Sound to Energy: Kann man mit Geräuschen Strom erzeugen?

Kostenlos saubere Energie gewinnen – Diese Idee lässt viele kreative Köpfe auf der ganzen Welt nicht los. So entwickelte zum Beispiel der junge, aus Sierra Leone stammende Jeremiah Thoronka ein Gerät, das die Vibration von Autos und Fußgängern auffängt und in nutzbare Elektrizität umwandelt. 2023 gewann er damit den Green Award in der Kategorie „Youngster“ beim Greentech Festival in Berlin. Auch Bands wie Coldplay legen nach, indem sie während ihrer Tourneen kinetische Tanzflächen benutzen. Wenn die Konzertbesucher tanzen und springen, erzeugen sie dadurch Strom, mit dem die Bühnentechnik der Show angetrieben wird.

Es gibt also durchaus Möglichkeiten, kinetische, also Bewegungs-Energie, in Strom umzuwandeln – ob nun von tanzenden Musikfans oder fahrenden Autos. Doch unsere Welt hat noch eine weitere, schier unerschöpfliche Quelle von Vibration: Geräusche! Wie wäre es, wenn man den Verkehrslärm in Städten, die Jubelrufe von Fußballfans in Stadien oder die laute Musik von Konzerten nutzen könnte, um sauberen Strom zu erzeugen? Tatsächlich gibt es hier bereits kreative Ansätze und erste Erfolge.

Nachhaltigen Strom erzeugen mit Physik: Energy Harvesting mit piezoelektrischen Materialien

Bereits im Jahr 2014 forschten Wissenschaftler:innen der Londoner Queen Mary University gemeinsam mit Microsoft an einer Methode, um Strom aus Umgebungsgeräuschen zu erzeugen. Die Idee dahinter: Smartphones und Tablets könnten so einfach unterwegs aufgeladen werden – durch Verkehrslärm oder auch einfach durch das Rauschen der Bäume und die Stimmen der Menschen.

Denn: Geräusche erzeugen Vibrationen bzw. Schwingungen. Und genau diese kann man sich zunutze machen. Die Forschenden nannten ihr Projekt passenderweise „Good Vibrations“ und setzten dabei auf ein bewährtes Material: Zinkoxid. Dieses hat sogenannte „piezoelektrische Eigenschaften“.

Der Piezoeffekt einfach erklärt: Festkörper werden zum Beispiel durch Vibrationen aus Umgebungsgeräuschen elastisch verformt, wodurch eine elektrische Spannung auftritt.

Die Forschenden nutzten auf Zinkoxid basierende Nanostäbchen, die durch Vibrationen gestaucht oder gedehnt werden. Dabei wandeln diese die durch Schwingungen erzeugte Energie in Strom um. Elektrische Kontakte an beiden Enden der Nanostäbchen „sammeln“ diese Energie ein, welche anschließend zum Beispiel in Batterien gespeichert werden kann.

Im Jahr 2022 veröffentlichen chinesische und australischen Wissenschaftler:innen eine gemeinsame Studie, in der sie Piezoelektrika auf ihre Fähigkeit, Schallwellen in Strom umzuwandeln, tiefergehend untersucht haben. Kurz darauf veröffentlichte auch das Max-Planck-Institut für Polymerforschung einen Bericht darüber und bezeichnete piezoelektrische Materialien als zukunftsweisende Technologien, zu denen aber noch weiter geforscht werden müsse. Und auch das MIT sieht die Umwandlung von Umgebungsgeräuschen in Strom als Forschungsfeld mit viel Potenzial.

Was kann Piezoelektrik noch? Weitere spannende Pilotprojekte für nachhaltigen Strom

Der Piezoeffekt lässt sich nicht nur für die „Sound to Energy“-Methode einsetzen, wie die Beispiele zu Beginn dieses Artikels bereits zeigten. Hier kommen noch ein paar weitere clevere Ideen für den Einsatz dieser Technologie, um nachhaltigen Strom zu erzeugen:

Piezokacheln auf Fußgängerwegen

Die Besucher des Kennedy-Raumfahrtzentrums in Cape Canaveral (Florida) erzeugen den Strom für die Beleuchtung des Weges selbst, indem sie über Piezokacheln laufen. Die Piezoelemente werden durch das Gewicht der Besucher immer wieder zusammengepresst, wodurch sie Energie freisetzen. Wenn der erzeugte Strom gerade nicht gebraucht wird, lässt er sich in Lithium-Ionen-Batterien speichern.

Flugzeugtragflächen mit Piezoelementen

Ein indisches Forscherteam hat den Airbus-Wettbewerb „Fly Your Ideas“ mit der Idee gewonnen, die Tragflächenschwingungen während des Fluges mittels Piezotechnologie für die Stromerzeugung zu nutzen. Diese Energie ließe sich dann zum Beispiel für die Kabinenbeleuchtung oder für das Entertainment an Bord einsetzen. Akkuplatten in den Flügeln würden den Strom speichern. Umgesetzt wurde diese Idee noch nicht.

Piezoelektrik in Straßenbelägen

Warum nicht gleich ganze Straßen mit Piezoelementen versehen, um die Vibrationen von Fahrzeugen in Strom umzuwandeln? Diese Idee wird bereits in Kalifornien, Israel und Italien getestet. Dafür werden die Piezoelemente etwa 10 Zentimeter unterhalb des bestehenden Straßenbelags verbaut. Die Hoffnung: Durch den Verkauf von Strom würde sich der Bau der Straßen buchstäblich selbst finanzieren.