Wellenkraftwerk mit dielektrischen Elastomeren

Bis 2050 will die deutsche Gesellschaft ihren Strom zu 100 % aus regenerativen Energien gewinnen. Dies ist das ausgemachte Ziel und die anderen Industrieländer blicken mit großer Erwartung auf das, was die deutsche Wissenschaft und Industrie an Ideen und Innovationspotenzial für das Erreichen der Zielsetzung freisetzen wird. Betonfassaden mit Farbstoffsolarzellen von der Universität Kassel, Flugdrachenkraftwerke von Enerkite oder Energy Floors mit Piezogeneratoren vom Sustainable Dance Club aus Rotterdam sind einige der jüngsten Entwicklungserfolge die zeigen, dass sich der zukünftige Energiemix aus vielen kleinen dezentralen Energieversorgern speisen wird.

Elektroaktive Polymere auf Silikonbasis

Ein an der TU Darmstadt entwickelter Demonstrator zeigt nun im Labor, wie sich die Energie von Meereswellen in Elektrizität wandeln lässt. Ziel des Forschungsverbundes EPoSiL ist die nachhaltige und umweltfreundliche Energieversorgung entlang der weltweiten Küstenlinien. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung hat die Arbeit im Projektes EPoSil (Elektroaktive Polymere auf Silikonbasis zur Energiegewinnung) mit fast 2 Millionen Euro unterstützt.

Nach einer Berechnung der Vereinten Nationen ist in Wellen ein riesiges Energiepotenzial in Höhe von rund 29.500 Terawattstunden im Jahr gespeichert, das die gesamte im Jahr 2010 erzeugte elektrische Energie von rund 21.500 Terawattstunden abdecken würde. Im Forschungsverbund finden sich dann auch so renommierte Technologieunternehmen wie die Robert Bosch GmbH als Koordinator, die Wacker Chemie AG als Lieferant des Werkstoffs auf Silikonbasis und der TU Hamburg-Harburg als Testort eines Maßstabmodells im Wellenkanal.

Im Kern besteht der Energiewandler aus einer dreilagigen Folie: Oben und unten je eine elektrisch leitende Schicht (Elektrode); in der Mitte ein extrem elastisches, sehr gut isolierendes Silikon. Durch die Bewegung der Wellen wird eine mechanische Kraft auf den Wandler übertragen. Die Welle presst das Silikon zusammen und die beiden Elektroden rücken näher aneinander. Von außen wird eine elektrische Spannung angelegt: eine der Elektroden wird positiv, die zweite negativ geladen. Bewegt sich die Welle weiter, nimmt die Kraft auf den Wandler ab. Das Silikon entspannt sich, wird wieder dicker. Daher entfernen sich die Elektroden und mit ihnen die Ladungen voneinander. Dieser Effekt bewirkt, dass sich die elektrische Energie im Wandler erhöht. Gewünschte Folge: Die mechanische Energie aus der Welle ist in elektrische Energie umgesetzt. Diese wird entnommen, und der Zyklus beginnt erneut.

Es gibt mehrere technische Möglichkeiten, wie Meereswellen die mehrlagigen Folien stauchen und dehnen können. Vereinfacht lässt sich eine Boje aus zwei Teilen vorstellen: Die obere Hälfte schwimmt auf der Oberfläche, die untere ist am Meeresboden fest verankert. Beide sind durch einen Stapel aus tausenden Folien miteinander verbunden. Die Wellenbewegung deformiert die Folien im Abstand von 3 bis 10 Sekunden. „Die elektrischen Ströme der Einzelschichten addieren sich“, erklärt Projektleiter Dr. Istvan Denes von der zentralen Forschung und Vorausentwicklung von Bosch in Waiblingen bei Stuttgart. Später liefern mehrere Wandler im Verbund Strom.

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