Strom aus Luft und Wasser

Physik Journal – Mit einem Fluidwandler lässt sich elektrische Energie erzeugen.

Druckluft- oder hydraulische Anlagen sind aus der Industrie nicht mehr wegzudenken. Bei wichtigen Systemen überwachen Sensoren die Leitungen auf Druckabfälle, die auf Lecks hindeuten. Ihre Stromversorgung erhalten sie per Batterie oder Leitung, was Nachteile mit sich bringen kann, wenn die Sensoren schlecht zugänglich sind oder die Verkabelung sehr kostspielig ist. Wissenschaftler der Fraunhofer-Technologie-Entwicklungsgruppe in Stuttgart versuchen daher, die kinetische Energie des durch die Leitungen strömenden Fluids für die elektrische Stromversorgung von Sensoren anzuzapfen.

Abb.: Das Herzstück des Fluidwandlers ist ein Oszillator, den zwei Druckkammern begrenzen, in denen die Piezokeramiken Platz finden. (Quelle: Fraunhofer TEG)

Für einen solchen Fluidwandler zweigen sie einen kleinen Teil des Gases bzw. der Flüssigkeit aus der Hauptleitung ab und leiten ihn in einen Bypass, in dem die konstante Fluidströmung durch den Coanda-Effekt in Schwingung versetzt wird. Der Coanda-Effekt beschreibt das Verhalten eines Fluids, das eine gewölbte Oberfläche entlang strömt: Es behält die Krümmung bei, anstatt sich abzulösen.
Die Oszillationsfrequenz ist proportional zur Durchflussmenge. Durch die Schwingung entsteht eine periodische Druckschwankung in den Rückkopplungszweigen des Bypasses, welche die Forscher mittels Piezokeramiken in elektrische Energie umwandeln. Das Prinzip ist schon länger bekannt, neu ist der Einsatz von Piezokeramiken für die Energiewandlung.
Die erreichten Leistungen liegen im Nano- bis Milliwattbereich, was ausreicht, um die Sensoren zu versorgen. Die erforderlichen Oszillationsfrequenzen hängen von den Materialeigenschaften des Fluids ab. Im Falle von Luft liegen sie im Kilohertzbereich, bei Wasser zwischen 50 und 100 Hz. Dies ließe sich bei medizinischen Geräten und Versorgungsleitungen anwenden.

Michael Vogel

Quelle: Physik Journal, Dezember 2008, S. 13

GWF