Strom aus einem Wassertropfen

An Phänomenen wie der Anti-Stokes-Verschiebung erkennen wir, dass es möglich ist, Umgebungswärme zu entnehmen und diese in ein energiereicheres Licht umzuwandeln. Wir dürfen sie „entnehmen“ – aber was wir wirklich wollen, ist elektrischer Strom, nicht zusätzliches Licht. Wir wollen Strom, und zwar sehr viel davon, mindestes 25 TWh im Jahr, bitte!

Im Jahr 2020 entwickelte der amerikanische Forscher Dr. Paul Thibado die erste nachgewiesene Methode, Umgebungswärmeenergie wie die, die in unseren Meeren vorhanden ist, in elektrischen Strom umzuwandeln. Ich möchte Ihnen anhand eines Vergleichs erläutern, wie Dr. Thibados nobelpreiswürdige Erfindung funktioniert.

Bei Wärme handelt es sich bekanntlich nur um die zufälligen Schwingungen von Atomen und Molekülen im kleinsten Maßstab. Luft besteht bei Zimmertemperatur aus heftig schwingenden Luftmolekülen, die miteinander und mit jeder der Luft ausgesetzten Oberfläche – auch unseren Trommelfellen – kollidieren. Da Luftmoleküle so winzig und so zahlreich sind, können wir nicht jede dieser kleinen Kollisionen mit unseren Ohren oder auch den empfindlichsten Mikrofonen hören. Die Durchschnittskraft dieser Kollisionen erzeugt jedenfalls das, was wir als Luftdruck erleben.

Wenn wir ein Mikrofon konstruieren könnten, das so winzig ist wie die Luftmoleküle, dannkönntenwir damit hören, wie jedes der Moleküle kollidiert und gegen Oberflächen stößt. Das würde so klingen wie Regen auf einem Blechdach, wobei wir jeden einzelnen Regentropfen hören können und einem ziemlichen Krach ausgesetzt sind.

Stellen wir uns nun unter dieses laute Blechdach und bauen ein Mikrofon auf einem Stativ auf, um die Geräusche aufzunehmen. Unser Mikrofon wandelt die Schallenergie in ein wenig elektrische Energie – das elektrische Audiosignal, das wir aufnehmen – um. Verwenden wir diese Energie stattdessen dazu, eine Batterie aufzuladen, dann stellen wir fest, dass wir das Auftreffen von Regentropfen auf einem Blechdach dazu genutzt haben, Strom zu erzeugen. Genau das schafft auch Dr. Thibados Erfindung. Sie arbeitet mit winzigen „Mikrofonen“ aus Graphen, die so leicht und klein sind, dass einzelne Luftmoleküle, die auf sie treffen, elektrische Signale und somit eine winzige Strommenge erzeugen.

„Bei Zimmertemperatur sind mikrometergroße Platten aus frei stehenden Graphenen in ständiger Bewegung, sogar bei angelegter Vorspannung. Wir [sammeln] den Verschiebungsstrom mit einer nahen, kleinflächigen Metallelektrode. Durch den Belastungswiderstand wird Strom abgegeben, dessen Zeitmittelwert genau der vom Wärmebad gelieferten Leistung entspricht.“

Die Studie trägt den Titel „Schwankungsinduzierter Strom durch frei stehende Graphene“ und erschien im Oktober 2020.² So wird mit wissenschaftlichen Ausdrücken der Satz „Wir haben soeben aus Umgebungswärme Strom erzeugt“ umschrieben.

Und genau solche Dinge hat man lange Zeit für unmöglich gehalten. Wir wollen aber keine Zeit damit vergeuden, auf veraltete falsche Ansichten einzugehen, sondern befinden uns in einer neuen Ära, in der die Umwandlung von Umgebungsenergie zu Strom bereits gelungen ist.

Jetzt geht es nur noch um das technische Wettrennen, wer es als Erster schafft, diese Technologie auf immer höhere Leistungsstufen hinaufzutreiben und die entsprechenden Geräte einfach herstellbar zu machen. Sehen wir uns zum Vergleich die Geschichte des Transistors an. Er wurde im Jahr 1945 von einem Team hochgebildeter Forscher möglich gemacht. Dann dauerte es 20 Jahre, bis man Transistoren effizient in Massen produzieren konnte, und weitere zehn Jahre, um sie zu Tausenden und Millionen in alle möglichen Geräte zu integrieren. Das brachte uns die modernen Computer und das mooresche Gesetz. Die Technikgeschichte zeigt uns also, dass es einen Zeitraum nach der Entdeckung gibt, in dem eine neue Technologie klein und ineffektiv bleibt, gefolgt von der neuen Fähigkeit, sie in Massen herzustellen, bis die jeweilige Technologie dann weltweit zum Einsatz kommt.

Sie ist real – und sie wird alles verändern. Als ich diese Worte Anfang 2025 niederschreibe, erfordert jede Art der Stromerzeugung einen umständlichen Materialeinsatz. Dabei kann es sich um Kohle, Erdgas, Uran oder schweren Wasserstoff handeln, also einen Brennstoff. Es kann auch Sonnenlicht oder Wind sein, die aber im besten Fall nur zeitweise vorhanden sein werden. Auf welche Weise wir auch immer Strom erzeugen, wir müssen etwas dazu beisteuern.

Aber diesmal ist dem nicht so. Die Technologie, Strom ständig und ohne jeden Brennstoff bereitzustellen, existiert bereits. Und da sie existiert, besteht die nächste Schwelle in der neuen Fähigkeit zu ihrer Massenproduktion. Wenn das erst geschafft ist, ist ihr weltweiter Einsatz unvermeidlich. Wir werden die erste Stromquelle schaffen, die uns Energie liefert, ohne eine Gegenleistung von uns zu verlangen.

Es ist nur noch eine Frage der Zeit.

Mein Name ist Graham Gunderson. Ich habe Eternalon Inc. gegründet, um genau diese Technologie hochzuskalieren und eine billige Massenproduktion zu garantieren, damit wir saubere, kostenlose Energie auf der ganzen Welt genießen können. Wir werden zeigen, wie wir die Abkühlung im großen Maßstab bewerkstelligen, aber diesmal weder mit einem Laser noch mit Graphen. Stattdessen werden wir Eisenoxid verwenden, eine Form von chemisch dotiertem Rost, die leicht herzustellen ist und überall auf der Welt im Überfluss vorkommt.

Wer wird noch fossile Brennstoffe kaufen, wenn wir unseren Strom kostenlos beziehen können? Feiern wir also die kommende Revolution und die unglaubliche Wissenschaft dahinter.

Endnoten

1. „Stanford researchers develop first self-cooling laser made with a silica fiber“, Stanford.edu, 16.03.2021, t1p.de/dqy4s

2. Thibado, P. M. et al.: „Fluctuation-induced current from freestanding graphene“,Phys Rev E, 02.10.2020, t1p.de/rvntb