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Micro Energy Harvesting

Die Lösung des „Energieproblems im Kleinen“

Ein kalter, dunkler Morgen im Dezember 2020 …  Sie steigen an einem Montagmorgen aus dem Bett. Der Schlafzimmerteppich mit integriertem Generator- und Sensorsystem erkennt Ihr „Eintreten in den Arbeitstag“, gewinnt aus der Belastung durch Ihr Körpergewicht Energie und schaltet damit per Funkbefehl das Raumlicht ein, ebenso einen „Lichtpfad“ zum Badezimmer oder wahlweise zur Espressomaschine, die ebenfalls auf Befehl hochfährt. Im Duschkopf dreht sich wenig später eine kleine Turbine, die aus der Wasserströmung Energie gewinnt und ein kleines Funksensorsystem versorgt. Dies wiederum bestimmt die Wassertemperatur und  Verbrauch und funkt die Daten an Ihren persönlichen „CO₂-Footprint-Monitor“. Sie werfen auf dem Weg zur Garage einen Blick auf das Energiedisplay, stellen erfreut fest, dass Sie nach wie vor den Familienrekord im energieeffizienten Duschen halten und legen im Gehen noch schnell die Armbanduhr an. Diese gewinnt Energie aus der Abwärme Ihres Handgelenks. Ebenso wird die Energie, die Sie beim Tastendruck auf den Funkschlüssel Ihres Autos abgeben, geerntet, um per Funkbefehl das Fahrzeug zu öffnen …

Micro Energy Harvesting heißt der zukunftsträchtige Forschungsbereich, dem Prof. Peter Woias, Inhaber der Professur für die Konstruktion von Mikrosystemen an der Technischen Fakultät der Universität Freiburg einen Gutteil seiner Arbeit widmet. Das Ziel ist, elektrische Energie, z.B. aus Wärme, Licht, Bewegung oder chemischen Reaktionen vor Ort zu „ernten“, um so kleine eingebettete Mikrosysteme energieautark zu betreiben.

Anwendungsfelder gibt es in der Industrie, in der Medizintechnik, in Gebäuden oder im täglichen Gebrauch. In der Gebäudesteuerung sind drahtlose und selbstversorgende Sensoren bereits etabliert. Sie messen Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit und geben diese Informationen per Funk weiter.  Zudem gibt es kabellose Lichtschalter, die alleine durch das Drücken des Schalters mit Energie versorgt werden. Auf der Stromrechnung wird sich Energy Harvesting allerdings kaum bemerkbar machen. Sein großer Vorteil liegt darin, dass zukünftige Wartungskosten und Batteriewechsel entfallen. Zudem schont es Ressourcen, da keine Kabel verbaut werden müssen.

Besonders interessant ist dieser Aspekt für die Medizintechnik, bei der Implantate mit Batterien betrieben werden. Sind diese leer, müssen sie in einer Operation ausgetauscht werden. Werden Microcomputer mit besonders niedrigem Energiebedarf und Generatoren für im Körper gewonnene Elektrizität entwickelt, können energetisch völlig autonome Implantate hergestellt werden.