Kann Holz Strom erzeugen? Ja! Das haben Forscher der ETH Zürich und der Empa jetzt bewiesen. Mittels einer chemischen Veränderung konnten sie einen Mini-Generator aus Holz schaffen, der bei Belastung Spannung erzeugt. Könnte der Gang über den Parkettboden also bald die Wohnzimmerlampe zum Leuchten bringen?
Holz ist ein flexibles Wundermittel. Sei es in Form von Papier, als Brenn- oder Baustoff – die Einsatzmöglichkeiten des Rohstoffs sind vielfältig und erstrecken sich über alle Bereiche des Lebens. Forschende der ETH Zürich und der Empa (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt) haben nun herausgefunden: Auch bei der Stromerzeugung kann Holz eine elementare Rolle spielen.
Hierzu wurde das Material chemisch verändert, komprimierbarer gemacht und in einen Mini-Generator in Form eines „Holzschwammes“ verwandelt. Bei Belastung entsteht dann eine elektrische Spannung, wodurch Holz als energieerzeugendes Baumaterial oder als Bionsensor verwendet werden könnte.
Wie ist das möglich?
Die Forscher haben den sogenannten piezoelektrischen Effekt von Holz verstärkt. Wird ein piezoelektrisches Material elastisch verformt, wird eine elektrische Spannung erzeugt. Da Holz zwar einen natürlichen piezoelektrischen Effekt besitzt, durch den jedoch nur eine sehr geringe elektrische Spannung entsteht, muss die chemische Zusammensetzungen des Holzes verändert werden. Dadurch wird es komprimierbarer.
Um den piezoelektrischen Effekt zu verstärken, kann man, mittels eines chemischen Verfahrens, einen der Grundstoffe aus dem Holzzellwände bestehen, herauslösen: Das Lignin. «Das Lignin ist der stabilisierende Stoff, den Bäume benötigen, um weit in die Höhe wachsen zu können. Ohne Lignin, das die Zellen verbindet und verhindert, dass die zugsteifen Zellulosefibrillen ausknicken, wäre das nicht möglich», so Prof. Dr. Ingo Burgert von der ETH Zürich. Jianguo Sun, Doktorand im Team von Burgert, hatte vor wenigen Monaten ein Verfahren vorgestellt bei dem das Holz in eine Mischung aus Wasserstoffperoxid und Essigsäure eingelegt wurde.
Mit Hilfe dieser Vorgehensweise wird aus einem Stück Balsaholz etwa ein weisser Holzschwamm aus übereinanderliegenden, dünnen Zelluloseschichten. Diese lassen sich zusammenpressen und verlieren anschliessend nicht ihre ursprüngliche Form. Dadurch kann dieser Holzschwamm eine 85-fach höhere elektrische Spannung erzeugen als es ein natives Holz könnte.
Wie viel Strom lässt sich erzeugen?
Beim Testwürfel, der eine Seitenlänge von etwa 1,5 cm aufwies, massen die Forscher bei jeder Belastung eine Spannung von rund 0,63 Volt. Damit könnte man etwa einen Sensor benutzen. Würde man 30 solcher Holzschwämme miteinander verbinden und gleichmässig mit dem Gewicht eines Erwachsenen belasten, liesse sich bereits ein einfaches LCD-Display betreiben. In dem Test mit etwa 600 Belastungszyklen erwies sich der Holzschwamm als „erstaunlich beständig“.
Gibt es umweltschonende Möglichkeiten zum chemischen Verfahren?
Das ETH-Empa-Team wollte jedoch noch einen Schritt weitergehen und hat ein Verfahren entwickelt bei dem es möglich ist, einen Holzschwamm ohne den Einsatz von Chemikalien herzustellen. Fündig wurde man in der Natur. Der Pilz Ganoderma applanatum ist ein Verursacher von Weissfäule im Holz, wobei er Lignin und Hemizellulose überaus schonend abbaut. «Zwar war die erzeugte Spannung bei ersten Tests geringer als beim chemisch behandeltem Holz, dafür ist das Pilz-Verfahren umweltverträglicher», sagt Burgert.
Mögliche zukünftige Anwendungen dieser Holzschwämme könnten im Bereich nachhaltiger Baumaterialien oder hautverträgliche Drucksensoren in der Medizin liegen. Bei Ersterem könnte das Piezo-Holz gar als stromerzeugender Parkettboden genutzt werden. Bis ein ausgereiftes und marktfertiges Produkt zugänglich ist, müssen jedoch noch einige Schritte unternommen werden.
Bis das Piezo-Holz aber effektiv als Biosensor oder gar als stromerzeugender Parkettboden zum Einsatz kommt, sind aber noch einige Schritte zu gehen.
