Bakterium Bacillus subtilis 22.06.2015, 15:13 Uhr

Energie verdunstenden Wassers treibt Mini-Auto an

Die Energie verdunstenden Wassers reicht aus, um ein Mini-Auto anzutreiben. Möglich macht das eine Maschine von US-Forschern, die Sporen des Bakteriums Bacillus subtilis nutzt. Sie reagieren stark auf Luftfeuchteänderungen.

Mini-Auto mit Verdunstungsantrieb: Bakteriensporen auf den Plastikstreifen absorbieren Wasserdampf, werden dabei schwerer und bewirken somit eine Vorwärtsbewegung des Rads.

Mini-Auto mit Verdunstungsantrieb: Bakteriensporen auf den Plastikstreifen absorbieren Wasserdampf, werden dabei schwerer und bewirken somit eine Vorwärtsbewegung des Rads.

Foto: Xi Chen

Wenn das Mini-Auto einer Forschergruppe an der Columbia University in New York neue Energie braucht, erhält es ein angefeuchtetes Blatt Papier. Das wird in einer Hälfte einer Trommel befestigt, die sich als Aufbau auf dem Fahrzeug befindet. In ihr befindet sich ein drehbares Plastikrad mit hauchdünnen Kunststofffolien, auf denen die Forscher tausende Sporen des Bakteriums Bacillus subtilis befestigt haben.

In dem Teil der Trommel, in dem sich das feuchte Blatt Papier befindet, absorbieren die Sporen winzige Mengen des auf Grund der Umgebungstemperatur verdunstenden Wassers – jeweils weniger als fünf Prozent ihres Eigengewichts. Wegen des zusätzlichen Gewichts beginnt sich das Rad zu drehen. Im trockenen Teil der Trommel geben sie das Wasser dann wieder ab, werden also leichter.

Sporen sind auch nach einer Million Zyklen noch topfit 

Dieses Wechselspiel zwischen Absorption und Desorption treibt das Wägelchen an. Die Sporen sind ungewöhnlich ausdauernd. Nach einer Million Zyklen innerhalb von 80 Tagen waren sie noch beinahe so fit wie am ersten Tag.

Eine andere Eigenschaft der Sporen machten sich die Forscher zunutze, um einen Generator zu bauen. Bei der Wasseraufnahme werden die Sporen nicht nur schwerer. „Sie schrumpfen, wenn sie trocken sind, und dehnen sich aus, wenn sie Feuchtigkeit aufnehmen“, so die Beobachtung von Professor Ozgur Sahin, Biologe an der New Yorker Hochschule.

Die Forscher haben Plastikstreifen mit Sporen versehen und damit künstliche Muskeln geschaffen. Die Sporen dehnen sich bei Wasseraufnahme aus und erzeugen dabei erhebliche Kräfte.

Die Forscher haben Plastikstreifen mit Sporen versehen und damit künstliche Muskeln geschaffen. Die Sporen dehnen sich bei Wasseraufnahme aus und erzeugen dabei erhebliche Kräfte.

Foto: Xi Chen

Dabei entwickeln sie relativ große Kräfte. Sie heben das 50-Fache ihres Eigengewichts an, so die Forscher. Sie multiplizierten diese Kraft, indem sie zahlreiche Sporen auf Plastikstreifen befestigten und viele davon parallel betrieben. Sahin und sein Kollege Xi Chen, Geologe und Umweltwissenschaftler an der Columbia University, sprechen dabei von Hygroskopy Driven Artificial Muscles (Hydra) – also künstlichen Muskeln, die von Wasserdampf angetrieben werden.

Sporen könnten effektiver als eine Windfarm arbeiten 

Dieses Auf und Ab, Wissenschaftler sprechen von oszillierenden Bewegungen, ähnelt den Bewegungen des Kolbens einer Dampfmaschine. Mit Hilfe eines Excenters wird sie in eine Rotationsbewegung umfunktioniert und auf einen winzigen Generator übertragen. Der erzeugt genügend Strom für zwei Leuchtdioden – die allerdings besonders genügsam sind, was den Energieverbrauch angeht.

In dieser Apparatur erzeugen die oszillierenden Bewegungen der künstlichen Muskeln genügend Energie, um zwei Leuchtdioden zu betreiben.

In dieser Apparatur erzeugen die oszillierenden Bewegungen der künstlichen Muskeln genügend Energie, um zwei Leuchtdioden zu betreiben.

Foto: Xi Chen

Jetzt arbeiten die Forscher daran, das Phänomen im großen Maßstab zu nutzen. Die Sporen könnten, theoretisch zumindest, auf gleicher Fläche mehr Strom produzieren als Windfarmen. Allerdings nicht bei niedrigen Temperaturen. Dann verdunstet extrem wenig Wasser.

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