Angezapfte Felder - scinexx | Das Wissensmagazin
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Angezapfte Felder

Strom aus elektromagnetischen Feldern und Radiowellen

Eine Energiequelle, die vor allem innerhalb von Gebäuden oder in den Innenstädten reichlich vorhanden ist, sind elektromagnetische Felder. Sie entstehen überall dort, wo Strom fließt. Jede Stromleitung, jede aktive Steckdose und jedes Elektrogerät erzeugen in ihrem nahen Umfeld ein schwaches Magnetfeld – Energie, die bislang ungenutzt bleibt.

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Alle Stromleiter und elektrischen Geräte erzeugen Streu-Magnetfelder – ein magnetomechanischer Wandler macht daraus nun nutzbaren Strom. © Kai Wang

„Hintergrundrauschen“ ungenutzter Energie

„Wir haben diese allgegenwärtige Energie in unseren Wohnungen, Büros und Autos – sie ist überall“, erklärt Shashank Priya von der Pennsylvania State University. Wie eine Art Hintergrundrauschen umgeben uns diese unsichtbaren Felder. Während jedoch starke Magnetfelder schon lange über Generatoren zur Stromgewinnung genutzt werden können, waren diese Felder mit ihren geringen Amplituden und der Frequenz von 50 bis 60 Hertz bislang dafür zu schwach.

Doch das könnte sich nun ändern. Denn Priya und sein Team haben nun ein Gerät entwickelt, das diese schwachen Magnetfelder erst in Bewegung und dann in elektrische Energie umwandelt. „Wir haben damit die Möglichkeit, dieses ‚Hintergrundrauschen‘ zu nutzen und es in praktische nutzbare Elektrizität umzuwandeln“, so der Forscher.

Magnetomechanische Umwandlung

Ihr magnetomechanischer Konverter besteht aus einem dünnen Streifen aus zwei papierdünnen Schichten. Die erste ist magnetostriktiv – es reagiert auf die Präsenz eines Magnetfelds, indem es sich je nach Polung ausdehnt oder zusammenzieht. Der Wechselstrom unserer Steckdosen und Stromleitungen bringt dieses Material deshalb zum Vibrieren. Die zweite Komponente ist ein piezoelektrisches Material, das die mechanische Energie der Vibrationen in elektrischen Strom umwandelt.

In der Praxis befestigt man den Konverter an einem beliebigen Objekt in der Nähe eines Elektrogeräts, das andere Ende schwingt frei. Ein daran angebrachter Magnet verstärkt die Vibration und erhöht damit die Stromausbeute. Sendet nun die Leuchtreklame, die Kaffeemaschine oder auch ein Stromkabel ein elektromagnetisches Feld aus, erzeugt der Konverter daraus Strom.

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Im Test produzierte ein Prototyp selbst bei schwachen Magnetfeldern unterhalb von 50 Mikrotesla noch genügend Elektrizität, um eine digitale Uhr oder hunderte LEDs anzutreiben. Nach Ansicht der Forscher eröffnet diese Technik damit eine ganz neue Möglichkeit, Sensoren, Kontrollsysteme in smarten Häusern und andere kleine Elektronik mit Strom zu versorgen.

Ein Handy ohne Akku

Noch mobiler und schon weiter fortgeschritten ist eine Technik, die Forscher der University of Washington in Seattle entwickelt haben: „Wir haben das wahrscheinlich erste funktionierende Mobiltelefon gebaut, das fast keinen Strom benötigt“, sagt Shyam Gollakota. Ein reiskorngroßes Solarmodul, die Radiosignale einer Mobilfunkantenne oder eines entsprechend konfigurierten Routers reichen aus, um mit dem Handy zu telefonieren.

Möglich ist dies, weil dieses Handy seine Mobilfunksignale nicht aktiv erzeugt. Stattdessen greift eine kleine Antenne die Sprachsignale des Mikrophons auf und schickt sie quasi „huckepack“ mit Funkwellen mit, die ohne hin in der Umgebung vorhanden sind. Dafür streut das Handy die Radiosignale einer nahen Basisstation, eines dafür konfigurierten WLAN-Routers oder von umgerüsteten Mobilfunkantennen auf, prägt ihnen seine Sprachinformationen auf und wirft sie dann wieder zurück.

So funktioniert das Handy ohne Batterie.© Paul G. Allen School

„Wir glauben, dass diese Technologie die Alltagsgeräte der Zukunft signifikant beeinflussen wird“, sagt Smith. „Man kann sich vorstellen, dass in der Zukunft alle Mobilfunkmasten und Router diese Technologie beinhalten. Und wenn ohnehin jedes Haus einen WLAN-Router hat, dann hätte man überall eine batteriefreie Handy-Abdeckung.“

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Inhalt des Dossiers

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Produktive Bewegung
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