Kraftwerke: Künstliche Bäume, die Sonne und Wind ernten, um Strom zu erzeugen

Ein Start-up schlägt Wälder aus unechten Bäumen mit "Blättern" vor, die Sonnenschein aufsaugen und in der Brise flattern, um saubere Sonnen- und Windkraft zu erzeugen. Könnte es einfach verrückt genug sein, um zu arbeiten?

Während einer Zugfahrt zu seiner Schwester in den Niederlanden im Jahr 2002, in der ungeheure Windräder heutzutage einen herrlichen Blick auf die Landschaft haben, kam Alex van der Beek auf eine Idee: Anstatt die natürliche Landschaft mit herkömmlicher Technologie zu ruinieren, sollte man nicht den Strom aus etwas erzeugen, das sich vermischt ein gefälschter Baum?

Van der Beek - dessen berufliche Erfahrung er bereits im Unterrichten von alternativer Medizin war - gründete die Solar Botanic Ltd. in London im vergangenen Jahr nach dem Konzept. Der ehrgeizige Plan von Solar Botanic sieht drei verschiedene Technologien zur Energieerzeugung vor - Photovoltaik (auch bekannt als Sonnenenergie oder Strom aus sichtbarem Sonnenlicht), Thermoelektrik (Strom aus Wärme) und Piezoelektrik (Strom aus Druck) - alles in der unscheinbaren Form eines Blattes sein Stiel.

Platzieren Sie Tausende dieser Einheiten, auch als Nanoleaves bezeichnet, auf einem natürlich aussehenden, aber gefälschten Plastikbaum - und man könnte Strom erzeugen, ohne die Naturlandschaften zu beeinträchtigen, sagt van der Beek.

Neben der Sonnenenergie, da ein raschelnder Wind oder ein fallender Regen die falschen Blätter stört, könnten Nanogeneratoren in ihren Blattstielen - die Stiele, die sie mit einem Zweig verbinden - geringe Mengen an piezoelektrischer Energie erzeugen, sagt van der Beek. Und die Thermoelektrik nutzt wie die Photovoltaik die Sonne, wandelt jedoch nicht nur Licht, sondern wandelt die energiearmen Wellen, die wir als Wärme empfinden, in Elektrizität um.

Derzeit erforscht Solar Botanic verschiedene Designs, von Palmen über breite Blätter bis hin zu Blumen und Sträuchern. Van der Beek prognostiziert, dass ein Baum mit einem Durchmesser von sechs Metern (6 Meter), der eine Fläche von etwa 110 Quadratmetern bereitstellt, ein durchschnittliches Zuhause versorgen könnte, während Haine von ihnen ausreichend Strom in und erzeugen könnten um Bevölkerungszentren. "Diese Bäume könnten dazu beitragen, die langen Landleitungen zu vermeiden, durch die Städte und Häuser mit Strom versorgt werden", sagt van der Beek.

Solar Botanic hat sich nicht auf Materialien festgelegt, aber die Nanoblätter würden sich wahrscheinlich auf hocheffiziente Dünnschichtsolarzellen verlassen, die möglicherweise aus Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS) bestehen, um Sonnenlicht in einen elektrischen Strom umzuwandeln, sagt van der Beek.

Die Installation eines Energy Harvesting-Baums, so van der Beek, würde einfach ein Loch bohren und dann den verlängerten Baumstamm und die Basis im Boden verankern. Die Äste würden sich ähnlich wie die eines künstlichen Weihnachtsbaums segmentieren. Sollte ein Abschnitt oder ein Blatt beschädigt werden, könnten Kunden es gegen ein neues oder repariertes Hardware-Stück austauschen, sagt van der Beek. Unterirdisch verlaufende Stromleitungen würden die Energie zu einem Haus oder einem zentralen Stromspeicherbereich bringen; Wechselrichter, die den vom Faux-Tree erzeugten Gleichstrom in nutzbaren Wechselstrom umwandeln, könnten in den Kofferraum oder in eine nahegelegene Wohnung gelangen.

Van der Beek stellt sich die Bäume vor, die Fahrbahnen säumen, Wärme einfangen und den wirbelnden Wind vorbeifahrender Sattelzugmaschinen einfangen. Künstliche Bäume mit Steckdosen in Einkaufszentren könnten Elektrofahrzeuge aufladen, während der Eigentümer einkauft, sagt er.

Die "Bäume" des Unternehmens würden sich der Realität so gut wie möglich annähern. "Wir möchten, dass die Außenseite einem natürlichen Baum ähnelt, sodass keine Schrauben und Muttern entstehen", sagt van der Beek. Obwohl der Kofferraum hauptsächlich aus recyceltem Material, einschließlich Kunststoffflaschen und Autoreifen, besteht, sagt van der Beek, dass er auch verflüssigte Biomasse (Holz) enthalten würde, die mittels einer Dampfverbrennungstechnik verarbeitet wurde, die am Staatlichen Institut für Holzchemie in Riga, Lettland, entwickelt wurde . "Das Ergebnis ist ein fließendes Produkt, das wir in jede gewünschte Form bringen. Daher sollten wir Bäume schaffen können, die wie echtes Holz aussehen, sich anfühlen und riechen", sagt van der Beek. Die Blätter würden auch nicht wie ein Sonnenkollektor glänzen.

Zhong Lin Wang, ein Nanotechnologe am Georgia Institute of Technology, schätzt den Vorschlag von van der Beek. "Die Form eines Baumes ist die ideale Form, um die Kraft der Sonne einzufangen", sagt Wang. "Ich denke, dass die Idee von Solar Botanic enormes Potenzial haben kann." Wang und seine Kollegen aus Georgia Tech haben das Potenzial der piezoelektrischen Erzeugung in kleinem Maßstab demonstriert, indem sie Nanodrähte entwickelt haben, die in Gewebe gewebt werden könnten, um mit dem Träger Strom zu erzeugen, um beispielsweise einen iPod anzutreiben.

Andere Wissenschaftler sind jedoch skeptisch. "Viele Leute versuchen, die grüne Energiewelle aufzufangen, und manchmal ist es eine halbe Wissenschaft", sagt Michael Woodhouse, ein Wissenschaftler für Solarenergiematerialien am National Renewable Energy Laboratory (NREL) in Golden, Colo.

Könnten Solar- und Thermoelektrika tatsächlich auf einer einzigen Blattspreite zusammenarbeiten? Joseph Heremans, Professor für Maschinenbau und Physik an der Ohio State University in Columbus, sagt, das sei "räumlich problematisch, gelinde gesagt". Van der Beek erkennt dies als wahrscheinlich noch verbleibende technische Hürde an und sagt: "Wir müssen eine Symbiose zwischen diesen Materialien [Photovoltaik und Thermoelektrika] finden ... Sie können sich nicht in die Quere kommen."

Hinzu kommt die Effizienz grüner Sonnenkollektoren: "Wenn Mutter Natur die Photosynthese effizienter machen wollte, hätte sie Blätter schwarz gemacht", sagt Woodhouse. Schwarze Materialien absorbieren das gesamte sichtbare Licht der Sonne. Dies erklärt, warum Hersteller von Solarmodulen lieber Pitch als Designerfarben verwenden. Van der Beek räumt ein, dass sich Solar Botanic möglicherweise mit einem dunklen Grünton begnügen muss, aber er ist der Meinung, dass die sich ständig verbessernde Photovoltaik die Energieerzeugung machen wird, die einige reflektierte grüne Wellenlängen wirtschaftlich macht.

Es ist unklar, wie viel die thermoelektrische Komponente der Bäume beitragen wird, sagt Heremans. Die Temperaturen, die für eine echte thermoelektrische Stromerzeugung in diesen Umgebungen erforderlich sind, liegen weit über der Wärme, die das grüne Grün der Sonne normalerweise erlebt. "Ich sehe nicht, dass [Nanoleaves] mit kleinen Temperaturgradienten arbeiten", sagt er. "Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik sagt Ihnen, dass kleine Gradienten eine schlechte Effizienz bedeuten." Van der Beek räumt ein, dass diese dritte Komponente den geringsten Beitrag zur Gesamtenergie- Gleichung leisten würde.

Trotzdem hofft er, in drei Jahren einen funktionsfähigen Prototypen zu haben. "Ich weiß, dass dies vielleicht noch weit entfernt ist", sagt van der Beek, "aber wir haben die Energie und den Willen, dies zu tun." Zusammen mit van der Beek hat Solar Botanic vier Vollzeitbeschäftigte, die in mehreren Ländern zum Patent angemeldet sind (ein US-Patent ist in Vorbereitung), und er hat Finanzmittel von in Kalifornien ansässigen Investoren erhalten (er sagt nicht wie viel). Die technische Unterstützung für Solar Botanic stammt vom gemeinnützigen, in England ansässigen Centre for Sustainable Engineering sowie vom Bionis-Netzwerk für industrielle Nachhaltigkeit (BIONIS), das von der Universität Reading unterstützt wird.

Alles in allem wird erwartet, dass ein Energy Harvesting-Baum mit einem Durchmesser von 20 Fuß (20 Fuß Durchmesser) nach Angaben von Van der Beek zwischen 12.000 und 20.000 Dollar kostet und über eine Lebensdauer von 20 Jahren etwa 120.000 Kilowattstunden produzieren würde. Jede Kilowattstunde würde somit etwa 13,5 Cent kosten - was mit den meisten Stromquellen, die durchschnittlich bei etwa 5 Cent liegen, nicht besonders konkurrenzfähig ist.

Die Bäume des Unternehmens würden echten Bäumen so sehr ähneln, sagt van der Beek, dass Vögel in Versuchung geraten könnten. Und auch andere Tiere: "Unsere Bäume wären für Hunde und Menschen sicher", sagt van der Beek, "wenn sie pinkeln müssen." Das ist gut - ein künstlicher Wald, der von Vögeln und Hunden mit Stromschlag besiedelt wird, würde dieses Projekt höchstwahrscheinlich kurzschließen.

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