Nanoschwamm zur Stromerzeugung

Es wäre eine völlig neue Art von grüner Energie: Das EU-Projekt mit dem Namen EHAWEDRY entwickelt ein Material, das durch Befeuchtung und anschließende Trocknung Strom erzeugen kann.

Basis sind elektrisch leitfähige Werkstoffe, die unzählige nanometerkleine Poren enthalten. Für die Entwicklung dieser Materialien spielen Untersuchungen an DESYs Röntgenquellen eine zentrale Rolle. Mit PETRA III lassen sich bereits wesentliche Erkenntnisse über die zugrundeliegenden Mechanismen erzielen.

Durch PETRA IV erhoffen sich die Forschenden deutlich tiefere Einsichten, um das Verhalten einzelner Poren detailliert enträtseln zu können.

Das Prinzip hinter der neuen Methode: Wird ein solcher „Nanoschwamm“ unter positive elektrische Spannung gesetzt und mit Salzwasser geflutet, lagern sich negativ geladene Ionen an die Porenwände an, wogegen positive Ionen im Wasser zurückbleiben: Die Ladungen werden getrennt. Trocknet der Nanoschwamm dann wieder, verdichten sich die Ladungen. Dadurch steigt die elektrische Spannung, was sich zur Stromgewinnung nutzen lässt – letztlich wird Verdunstungsenergie in Strom umgewandelt.

„Für das Trocknen ließe sich zum Beispiel ungenutzte Abwärme aus Industrieanlagen oder Rechenzentren verwenden“, sagt Huber. Zuvor aber sind noch verschiedene Forschungsfragen zu klären.

So könnte beim Trocknen das Salz kristallisieren und den Nanoschwamm aufsprengen. „Um diese Prozesse möglichst gut analysieren zu können, müssten wir am besten beobachten können, was sich in den einzelnen Poren abspielt“, erläutert Huber. „Mit PETRA III ist das bislang nur begrenzt möglich, da können wir zumeist nur mehrere Poren gleichzeitig beobachten und mitteln daher über deren Verhalten.“ Dagegen wird der deutlich feinere und intensivere Röntgenstrahl von PETRA IV präzise verfolgen können, was in einzelnen Nanoporen geschieht:

• Wo genau lagern sich die Ionen beim Befeuchten an die Porenwände an?
• Wieviel Flüssigkeit verbleibt beim Trocknen in dem winzigen Hohlraum?

Hundertfach präziser als bislang

Auch das zeitliche Verhalten wird sich wesentlich besser verfolgen lassen: Mit dem Röntgenlicht von PETRA IV wollen die Forschenden das Befeuchten und Trocknen der Nanoporen auf einige hundertstel Sekunden genau verfolgen, also um das etwa Hundertfache präziser als bislang. Und da der Röntgenstrahl kohärent, das heißt überaus geordnet ist, scheint sogar die Aufnahme von Hologrammen möglich – und damit das Aufnehmen von detaillierten 3D-Filmen über die Energie­gewinnungs­prozesse in den Nanoschwämmen.