Effiziente Energieumwandlung ersetzt riskante Operationen Strom aus dem Körper

Wie ungenutzte Energie aus der Umgebung, wie aus Wärme, Wasser oder der Luft in elektrische Leistung umgewandelt werden kann, erforschen derzeit WissenschaftlerInnen der Jade Hochschule. Sie entwickeln miniaturisierte Energiewandler, die beispielsweise in der Medizintechnik zum Einsatz kommen könnten: Durch die Umwandlung von Körperwärme oder -bewegung in elektrische Leistung könnte die Lebensdauer von elektrisch aktiven Implantaten wie Herzschrittmachern verlängert werden und damit die aufwendige und riskante Operation zum Tausch des Implantats vermieden werden.

Batteriebetriebene Geräte sind überall im Einsatz. Dabei sind Batterien umweltschädlich, weil sie giftige Stoffe enthalten und ineffizien sindt, weil für die Produktion einer Batterie mehr Energie aufgewendet wird als sie später wieder zurückgibt. Wie Batterien ersetzt werden könnten durch die Umwandlung von ungenutzter Energie erforscht der Doktorand Chengdong Yuan derzeit am Fachbereich Ingenieurwissenschaften der Jade Hochschule.

Elektrische Spannung von innen nach außen

Ziel des Promotionsvorhabens ist die Entwicklung miniaturisierter Energiewandler. Diese könnten in der Medizintechnik zum Einsatz kommen: „Wir Menschen sind alle kleine Batterien“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Tamara Bechtold, Betreuerin des Promotionsvorhabens. Der Körper als Quelle thermischer Energie würde beispielsweise durch die Temperaturdifferenz von 36,5 Grad innen und rund 22 Grad auf der Haut elektrische Spannung erzeugen, die für den Betrieb eines Implantats genutzt werden könnte.

Auch in der Industrie könnten miniaturisierte Energieumwandler eingesetzt werden. „Viele Maschinen sind rund um die Uhr im Einsatz und vibrieren während des Betriebs“, erklärt die Professorin. „Diese Vibrationsenergie könnte umgewandelt in elektrische Energie anders genutzt werden, zum Beispiel um Sensoren zu betreiben.“

Eine Herausforderung ist, dass die Geräte äußerst klein - für medizinische Implantate teilweise kleiner als ein Zentimeter - und trotzdem effizient sein müssen. „Mikrosysteme sind als Sensoren für Beschleunigung, Druck oder Sprache schon millionenfach in Automobilen und Mobiltelefonen im Einsatz“, sagt Bechtold. Die Erzeugung elektrischer Leistung aus Energieformen der Umgebung sei jedoch ein neues Anwendungsfeld für Mikrosysteme, insbesondere in der Medizintechnik. „Sie müssen funktionieren, extrem klein und günstig in der Produktion sein“, beschreiben die Professorin und ihr Doktorand die Herausforderungen des Projektes.