Luftfeuchtigkeit könnte wichtigste erneuerbare Energiequelle werden

Dass feuchte Luft elektrische Ladung erzeugen kann, demonstrieren Blitze in beeindruckender Weise. Nach demselben Prinzip, aber deutlich weniger beängstigend, zeigen Forschungen der Universität Tel Aviv (TAU), dass atmosphärischer Wasserdampf „in Zukunft als potenzielle erneuerbare Energiequelle dienen könnte.“

Die Professoren Colin Price und Hadas Saaroni sowie die Doktorandin Judi Lax von der Porter School of the Environment and Earth Sciences der TAU untersuchten die Wechselwirkungen zwischen Wassermolekülen und Metallen. Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten Lax et. al. am 6. Mai 2020 in „Scientific Reports“.

Ab 60 Prozent Luftfeuchtigkeit wird es „spannend“

„Wir versuchten, aus einem natürlich vorkommenden Phänomen Kapital zu schlagen: Elektrizität aus Wasser“, sagte Prof. Price. „Elektrizität in Gewittern wird nur durch Wasser in seinen verschiedenen Phasen – Wasserdampf, Wassertröpfchen und Eis – erzeugt. Durch zwanzig Minuten Wolkenentwicklung gelangen wir von Wassertröpfchen zu riesigen elektrischen Entladungen –Blitzen – von knapp einem Kilometer Länge.“

Bereits im 19. Jahrhundert entdeckte der englische Physiker Michael Faraday, dass Wassertröpfchen Metalloberflächen aufgrund der Reibung zwischen den beiden Oberflächen aufladen können. Eine viel jüngere Studie zeigte, dass bestimmte Metalle spontan eine elektrische Ladung aufbauen, wenn sie Feuchtigkeit ausgesetzt werden. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen früherer Entdeckungen versuchten die Forscher, eine winzige Niederspannungsbatterie herzustellen, die nur die Feuchtigkeit in der Luft nutzt.

Die Wissenschaftler führten ein Laborexperiment durch, um die Spannung zwischen zwei verschiedenen Metallen zu bestimmen, die einer hohen relativen Luftfeuchtigkeit ausgesetzt sind, während das eine Metall geerdet ist.

„Wir stellten fest, dass zwischen ihnen keine Spannung bestand, wenn die Luft trocken war“, erklärte Prof. Price. „Aber sobald die relative Feuchtigkeit über 60 Prozent stieg, begann sich eine Spannung [aufzubauen]. Als wir die Luftfeuchtigkeit auf unter 60 Prozent senkten, verschwand die Spannung wieder“. Ähnliche Ergebnisse zeigten sich, als die Forscher das Experiment im Freien unter natürlichen Bedingungen durchführten.

Dann, so Prof. Price weiter, haben „wir versucht, die Elektrizität im Labor zu reproduzieren und fanden heraus, dass verschiedene isolierte Metalloberflächen unterschiedliche Ladungsmengen von Wasserdampf in der Atmosphäre aufbauen, aber nur, wenn die relative Luftfeuchtigkeit über 60 Porzent liegt.“

Forschung stellt etabliertes Wissen in Frage

„Wasser ist ein ganz besonderes Molekül“, sagte Prof. Price und erklärte: Bei Molekülkollisionen kann es eine elektrische Ladung von einem Molekül auf das andere übertragen. Zudem können Wassermoleküle durch Reibung eine Art statische Elektrizität aufbauen. Besonders in trockener Luft kann diese dazu führen, dass man manchmal eine gewischt kriegt, wenn man beispielsweise einen Türgriff berührt.

Darüber hinaus wird Wasser normalerweise als ein guter elektrischer Leiter angesehen, nicht als etwas, das sich auf einer Oberfläche aufladen kann. Es scheint jedoch, dass, sobald die relative Luftfeuchtigkeit einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, sich die Dinge ändern. Damit stelle diese Studie etablierte Vorstellungen über Feuchtigkeit und ihr Potenzial als Energiequelle in Frage.

Im Verlauf der Forschung gelang es Pirces Kollegen, Oberflächen durch feuchte Luft auf Spannungen um ein Volt aufzuladen. Das entspricht etwa einer etwas gealterten AA-Batterie und könnte in Zukunft zu Batterien führen, die aus Wasserdampf in der Luft aufgeladen werden können.

Luftfeuchtigkeit könnte damit zu einer erneuerbaren Energiequelle werden. Insbesondere in Gebieten, die noch immer keinen Zugang zu Elektrizität haben und deren Luftfeuchtigkeit konstant bei etwa 60 Prozent liegt. „Dies geschieht im Sommer in Israel regelmäßig und in den meisten tropischen Ländern jeden Tag.“