Tapete produziert Strom mit Luftfeuchtigkeit

Ein Forschungsteam der Binghamton University haben eine Tapete entwickelt, die mithilfe von Luftfeuchtigkeit in Innenräumen Strom erzeugt. Noch sind die Strommengen recht gering, können aber schon dazu genutzt werden, um etwa Umweltsensoren oder andere intelligente Umwelttechnik im Haus zu betreiben.

Aus Luftfeuchtigkeit elektrische Energie zu erzeugen, hat in Innenräumen einen großen Vorteil: Die Luftfeuchtigkeit liegt hier meist konstant in einem Bereich von 30 bis 60 Prozent und ist damit nicht so stark von der Wetterlage abhängig wie in Außenbereichen. Zusätzlich wird von den Bewohnern immer wieder neue Feuchtigkeit in die Räume eingetragen – etwa durch Atmen, Kochen und Duschen. Das Problem: Bisher gab es kein sinnvolles Design für Innenräume, das kleine feuchtigkeitselektrische Generatoren (Moist-Electric Generator – MEG) aufnehmen konnte.

Die Wissenschaftler der Binghamton University kamen auf die Idee, MEGs in eine Wandtapete zu integrieren, wie aus der Studie „Moist‐Electric Wallpaper With Engineered Unidirectional Moisture Transport for Indoor Energy Harvesting and Humidity Management“ hervorgeht, die in Advanced Energy Materials veröffentlicht ist. Die Tapete lässt sich vergleichsweise einfach an Wände anbringen und integriert sich so nahtlos in Innenräume.

MEGs in der Tapete

Die Herausforderung bestand darin, MEGs in die Papiertapete zu integrieren und zugleich eine ineffiziente Nutzung zu vermeiden und einen gerichteten Feuchtigkeitstransport über solch große Flächen aufrechtzuerhalten. Die Forscher entwickelten dazu eine neue MEG-Architektur, die direkt auf die Tapete gedruckt werden kann. Sie ähnelt einem Mikrochip auf einer Leiterplatte. An dessen Rändern befindet sich Glycerin, das die Feuchtigkeit aus der Luft aufnimmt. In der Mitte ist eine erhabene Struktur aus Polyvinylpyrrolidon (PVP) zusammen mit einem Wachsmuster aufgebracht. Darüber erfolgt die Feuchtigkeitsabgabe in Form von Verdunstung.

Das Design des MEG ist so konzipiert, dass die Feuchtigkeit vom Absorptions- zum Desorptionsbereich geleitet wird. Dadurch entsteht ein dauerhafter Gradient der Feuchtigkeit und Ionenkonzentration, der die Ladungstrennung kontrolliert antreibt und kontinuierlich Strom erzeugt.

Auf der Tapete sind viele kleine dieser MEGs aufgebracht. Deren Verkabelung erfolgt auf der Tapetenrückseite. Die Forscher schalteten dabei die MEGs in Reihe und Parallel, um zu ermitteln, welche Verschaltung die beste Stromausbeute verspricht. Es stellte sich heraus, dass beide Verschaltungen in etwa gleiche Ergebnisse lieferten.

Die MEGs haben neben der Erzeugung von Strom für Umwelt- und Haushaltssensorik aber noch einen weiteren Vorteil: Sie regulieren zusätzlich die Luftfeuchtigkeit im Raum und sorgen für ein ausgewogeneres Raumklima.

Die Technik wollen die Wissenschaftler weiterentwickeln, um mit ihr mehr Energie gewinnen zu können.