Kristallenergie, aber in echt: Forscher finden neue Methode zur Erzeugung umweltfreundlicher Energie

Forscher der Universität Limerick in Irland haben eine neue Methode zur Züchtung organischer Kristalle entwickelt, die zur Energiegewinnung eingesetzt werden können.

Die Energie wird durch das Zusammendrücken von Aminosäuremolekülen – den Bausteinen der Proteine im menschlichen Körper – erzeugt. Dabei nutzen die Wissenschaftler das Prinzip der Piezoelektrizität, das aus dem Griechischen übersetzt „drückende Elektrizität“ bedeutet und üblicherweise in Keramiken oder Polymeren vorkommt. Diese Eigenschaft ist jedoch auch in menschlichen Biomolekülen vorhanden.

Das Team des Actuate Lab in der Abteilung für Chemische Wissenschaften und des Bernal-Instituts an der University of Limerick (UL) hat bereits Computermodelle eingesetzt, um die Strommenge zu berechnen, die ein biologisches Material beim Zusammendrücken erzeugt.

Der jüngste Durchbruch, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Physical Review Letters, ermöglicht es den Forschern nun, mithilfe von Siliziumformen Kristalle in Scheiben oder jede andere benötigte Form zu bringen – etwa als Komponente eines medizinischen Geräts, eines Telefonmikrofons oder eines Autosensors.

Das Abklopfen dieser Scheiben erzeugt eine nutzbare Spannung, die verstärkt werden kann, um elektronische Geräte durch alltägliche Bewegungen aufzuladen.

Krishna Hari, Hauptautorin der Studie und Doktorandin an der UL, betont die Bedeutung dieser Entwicklung:

„Unsere vielseitige Formtechnik ist eine kostengünstige Methode bei niedrigen Temperaturen. Sie eröffnet biomolekularen Piezoelektrika als leistungsstarke, umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Keramiken neue Möglichkeiten.“

Innovatives Forschungsprojekt für nachhaltige Elektronik

Das Forschungsprojekt Pb-FREE: Piezoelectric Biomolecules for Lead-Free, Reliable, Eco-Friendly Electronics (Piezoelektrische Biomoleküle für bleifreie, zuverlässige und umweltfreundliche Elektronik) wird durch ein Startstipendium des Europäischen Forschungsrats (ERC) finanziert, das die außerordentliche Professorin Sarah Guerin erhalten hat.

Die Dozentin und Forscherin an der University of Limerick, die 2023 als Research Ireland (SFI) Early Career Researcher of the Year ausgezeichnet wurde, äußerte sich optimistisch über die Auswirkungen dieser Entwicklung auf die Festkörperchemie.

„Wir hoffen, dass diese Methode das gesamte Forschungsfeld revolutionieren wird, insbesondere da viele Wissenschaftler noch Schwierigkeiten haben, biologische Kristalle zu züchten, die stabil bleiben. Ich bin gespannt, ob unsere Methode auch andere Forschende im Bereich der nachhaltigen Piezoelektrik inspirieren kann“, freut sie sich Guerin über das Ergebnis ihrer Studien.

Sollte die Forschung des UL-Teams erfolgreich verlaufen, könnte sie dazu beitragen, schädliche Materialien wie Blei aus der Unterhaltungselektronik zu verbannen.

„Zwar gibt es in der EU bereits Vorschriften zur Reduktion von Blei, doch Piezoelektrika gehören zu den wenigen Technologien, in denen diese Substanz noch verwendet werden darf, da bisher keine leistungsstarke Alternative existiert“, so Guerin.

Sie fügte hinzu: „Jährlich entstehen etwa 4.000 Tonnen Elektronikabfall aus bleihaltigen Sensoren. Unsere Forschung könnte das Potenzial haben, diesen Schadstoff aus dem Herstellungsprozess vollständig zu eliminieren.“

Sie wollen diesen Beitrag teilen?