Mit Meerwasser Strom erzeugen: Nanofluides Gerät nutzt Ionenfluss zur Energiegewinnung

Windkraft und Photovoltaik sind bei weitem nicht die einzigen Technologien, um nachhaltige Energie zu erzeugen. Es gibt Möglichkeiten, aus Umgebungsgeräuschen Strom zu gewinnen oder die Vibration von vorbeifahrenden Autos oder spazierenden Fußgängern zu nutzen (Energy Harvesting). Forschende auf der ganzen Welt suchen nach neuen klimaneutralen Energiequellen und haben eine weitere, spannende Idee getestet: Sie nutzen die Energie des Ionenflusses, der entsteht, wenn Salz- und Süßwasser aufeinandertreffen. Wir erklären dir, wie das geht!

Ökostrom: Wenn sich Salz- und Süßwasser vermischen, entsteht Energie

Wenn zwei Wasserkörper mit einer unterschiedlich hohen Salzkonzentration aufeinandertreffen, passiert folgendes: Die Salzmoleküle fließen von dem Wasser mit mehr Salz zu dem Wasser mit weniger Salz. In dem gelösten Salz dieser Wasserströme bilden sich Ionen – ein Ionenfluss entsteht. Und genau in diesem Moment lässt sich nachhaltige Energie „ernten“.

Forschende der University of Illinois at Urbana-Champaign (UIUC) haben untersucht, wie sich die Energie dieses Ionenflusses nutzbar machen lässt. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie im Fachmagazin „Nano Energy“. Es gibt viele Orte, etwa Flussmündungen an Meeresküsten, wo Süßwasser natürlicherweise auf Salzwasser trifft.

„Obwohl unser Design derzeit noch ein Konzept ist, zeigt es bereits eine hohe Vielseitigkeit und ein starkes Potenzial für Energieanwendungen. Es begann mit einer akademischen Frage – 'Kann ein nanoskaliges Festkörpergerät Energie aus dem Ionenfluss extrahieren?' – aber unser Design hat unsere Erwartungen übertroffen und uns in vielerlei Hinsicht überrascht“, so die Forschenden der University of Illinois.

Nachhaltige Energie: Ein nanofluides Gerät gewinnt Strom aus Salzwasser

Die Wissenschaftler:innen konstruierten ein sogenanntes „nanofluides Gerät“, das auf der Basis von Halbleitern aufgebaut ist. Wenn Ionen aus dem Salzwasser in diesem Gerät durch einen schmalen Kanal fließen, entstehen elektrische Kräfte – „Coulomb-Drag“ genannt – die dazu führen, dass sich die Ladungen von einer Seite zur anderen bewegen. In diesem Moment wird Energie frei und damit elektrischer Strom erzeugt.

Das Wichtigste hierbei ist, dass der Kanal, durch den die Ionen fließen, schmal genug ist, damit sich die Ionen und Ladungen nah genug kommen. Die Forschenden entdeckten jedoch, dass das nanofluide Gerät relativ unabhängig vom eigentlichen Baumaterial funktioniert, was viele Möglichkeiten eröffnet. Für den Coulomb-Drag, also die elektrischen Kräfte, ist einzig und allein der schmale Kanaldurchmesser essenziell. Eine weitere Zufallsentdeckung offenbarte, dass der Coulomb-Drag nicht nur bei anziehenden elektrischen Kräften zustande kommt, sondern gleichermaßen auch bei abstoßenden. Das könnte für zukünftige Technologien relevant werden.

Die Wissenschaftler:innen arbeiten nun daran, die Innovation weiterzuentwickeln und in großem Stil praxistauglich zu machen.