TEIL C

MICRO ENERGY HARVESTING

Felder und Wellen

Elektrostatik (III)

Ein Team unter der Leitung von Prof. Zhong Lin Wang vom Georgia Institute of Technology (Georgia Tech) in Atlanta, der uns weiter unten sowie bei den piezoelektrischen Zinkoxid-Nanodrähten nochmals begegnen wird, berichtet im Mai 2012 über die Entwicklung eines transparenten, flexiblen triboelektrischen Nanogenerators (TENG) sowie Drucksensoren mit eigener Stromversorgung auf der Basis mikrostrukturierter Kunststoff-Folien aus verschiedenen Materialien.

Das Team entdeckt das Stromerzeugungspotential des triboelektrischen Effekts eher zufällig bei seinen Arbeiten an piezoelektrischen Generatoren, als der Output einer entsprechenden Vorrichtung viel größer ist als erwartet. Als Ursache für die höhere Leistung erweist sich eine fehlerhafte Montage, durch die zwei Polymeroberflächen aneinander reiben. Sechs Monate der Entwicklung führen anschließend zur ersten Veröffentlichung.

Im Gegensatz zu früheren Ansätzen führt das Team eine Lücken-Trenntechnik ein, die einen Spannungsabfall erzeugt, was wiederum zu einem nutzbaren Stromfluß führt. Der Generator wandelt zufällige mechanische Energie aus der Umwelt in elektrische Energie um, sobald eine Folie aus Polyester, die dazu neigt Elektronen zu spenden, gegen ein Blatt aus Polydimethylsiloxan (PDMS) reibt, das Elektronen aufnimmt.

Unmittelbar nachdem sich die beiden Polymeroberflächen aneinander gerieben haben, werden sie mechanisch getrennt, um einen Luftspalt zu schaffen, der die Ladung auf der PDMS-Oberfläche isoliert und eine Trennung der positiven und negativen Ladungen hervorruft (Dipolmoment). Wird zwischen den beiden Flächen eine elektrische Last geschaltet, führt dies  zu einem kleinen elektrischen Stromfluß, um das Ladungspotential auszugleichen.

Um die Oberflächen zusammenzudrücken und zu verschieben und damit die Reibungsbewegung zu schaffen, wird eine externe Verformung verwendet. Durch kontinuierliches aneinander reiben und dann schnelles trennen der Oberflächen kann der Generator einen kleinen Wechselstrom erzeugen.

Verwendet werden können die triboelektrischen Generatoren um Strom aus Aktivitäten wie Wandern zu produzieren – oder um Touch-Screens herzustellen, die ihre eigene Energie erzeugen, da die Vorrichtungen etwa 75 % transparent gemacht werden können. Als Drucksensoren sind sie zudem so empfindlich, daß schon eine Feder oder ein Wassertropfen einen kleinen Strom produzieren, wenn diese die Oberfläche des triboelektrischen Generators berühren.

Wang und sein Team schafften es den Strom zu erhöhen, indem sie mikrostrukturierte Oberflächen verwenden. Bei der Prüfung von Linien-, Würfel- und Pyramidenstrukturierungen finden sie heraus, daß mit Pyramiden gemusterte Oberflächen den größten elektrischen Strom erzeugen: bis zu 18 V bei etwa 0,13 µA/cm². Die erhöhte Erzeugungskapazität dieser Oberflächenstruktur basiert auf den Luftspalten zwischen den Mustern, welche die Kapazitätsveränderung verbessern und die Ladungstrennung erleichtern.

Da der gesamte Herstellungsprozeß einfach und kostengünstig ist, kann er für eine Produktion in großem Maßstab und praktische Anwendungen skaliert werden. Zudem sind die Generatoren robust und funktionieren auch nach mehr als 100.000 Betriebszyklen. Die Forschung wird von der National Science Foundation (NSF), dem Department of Energy und der US-Air Force finanziert.

Im Februar 2013 berichtet das Team, zu dem inzwischen auch Kollegen vom Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems um Xiaonan Wen sowie der Universität Chongqing gehören, über die Entwicklung eines neuartigen TENG, der aus statischer Elektrizität erhebliche Mengen an elektrischer Energie erzeugen kann.

Um ihren neuen Nanogenerator herzustellen, beschichten die Forscher eine Polymeroberfläche mit einem dünnen Goldfilm, der zudem mit Gold-Nanopartikeln bedeckt wird. Oberhalb dieser Oberfläche, aufgehängt an winzigen Federn und mit einem Abstand von etwa 1 mm, befindet sich eine zweite Polymeroberfläche, die ebenfalls von einem Goldfilm überzogen ist. Beide Goldoberflächen sind durch Drähte mit einer externen Schaltung verbunden.

Das Funktionsprinzip ist das Gleiche: Werden die beiden Oberflächen zusammengedrückt, wird Reibung erzeugt, wobei der triboelektrische Effekt bewirkt, daß die eine Seite Elektronen gewinnt, während die andere Elektronen verliert. Wenn die Oberflächen dann getrennt werden, bleibt auch die Ladung getrennt und kann durch die Außenfläche abgeschöpft werden, um nützliche Arbeit zu tun. Wird wieder Last angelegt und die beiden Seiten berühren sich noch einmal, wiederholt sich der Vorgang.

Der neue Nanogenerator ist kleiner als eine menschliche Handfläche und erreicht einem Wirkungsgrad von 14,9 %. Mit einem einschichtigen und nur 5 cm² großen Gerät gelingt es eine Reihe von 600 LEDs zum Aufleuchten zu bringen, indem durch einfaches Treten auf den Generator eine Spitzenleistung von mehr als 1 W erzeugt wird. Dieser Leistungsrekord wird der optimierten Struktur, der richtigen Materialauswahl und der nanoskaligen Oberflächenmodifizierung zugeschrieben.

Abgesehen davon, daß es kein Gold sein muß – laut Wang würde so ziemlich jedes Metall funktionieren – soll ein einschichtiger Generator von 1 m² Fläche mehr als 300 W erzeugen, und damit auch die Energie rollender Räder, der Windkraft und Meereswellen ernten können.

Seit ihrer ersten Veröffentlichung im Jahr 2012 haben Wang und sein Forschungsteam die Ausgangsleistung ihres triboelektrischen Generators um einen Faktor von 100.000 erhöhen können. So erreicht die Volumenleistungsdichte inzwischen mehr als 400 kW/m³ bei einem Wirkungsgrad von über 50 % .

Im Oktober wird berichtet, daß es unter Verwendung der windinduzierten Resonanzschwingung einer fluorierten Ethylen-Propylen-Folie zwischen zwei Aluminiumfolien zwischenzeitlich gelungen sei, mit integrierten TENGs in den Abmessungen 2,5 × 2,5 × 22 cm eine Ausgangsspannung bis zu 100 V, einen Ausgangsstrom von 1,6 µA und eine Ausgangsleistung von 0,16 mW zu erreichen. Mit einem TENG auf Basis von Doppelelektroden zeigen die Forscher außerdem, wie sich mit etwas Pusten genug Strom erzeugen läßt, um ein Ausgangsschild zu beleuchten.

Im Februar 2014 ist in einem weiteren Bericht zu erfahren, daß sich der Nanogenerator auch einsetzen läßt, um akustische Energie aus der Umgebung zu ernten. Diese Variante besteht aus einer Polytetrafluorethylen-Dünnschicht und einer löchrigen Aluminiumfilm-Elektrode und ist in der Lage, über eine reibungselektrische Übertragung Schall in elektrische Energie umzuwandeln. In einem Bereich von 70 – 110 dB wird eine maximale elektrische Leistungsdichte von 60,2 mW erreicht, mit der sich 17 LEDs betreiben lassen.

Darüber hinaus wird eine Reihe von Geräten mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen verwendet, um die Gesamtbandbreite auf 10 – 1.700 Hz zu erweitern, wodurch der Nanogenerator als selbstgespeistes Mikrofon für Tonaufnahmen verwendet werden kann. Mehr über diese Techniken findet sich unter Schall (s.d.).

Die Forschung wird übrigens durch eine Vielzahl von Sponsoren unterstützt, darunter dem MANA, Teil des National Institute for Materials in Japan, der koreanischen Firma Samsung sowie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.

Einer Meldung vom März zufolge wird inzwischen mit einem weiterentwickelten Modell ein Output von 1,5 W und eine Effizienz von 24 % erreicht. Wangs neuer Triboelektrischer Generator (TEG) ist so flach und groß wie eine Untertasse. Mit zwei Schwungmassen, die auch Teilschwingungen verstärken und keine komplette Umdrehungen des Rotors erfordern, kann der TEG u.a. Energie aus menschlichen Bewegungen liefern.

Der Generator besteht aus vier flachen, übereinander liegenden Scheiben mit gemeinsamer Drehachse. Die unteren drei bilden den Stator: Auf einer Acrylschicht liegt eine Goldscheibe mit Elektroden, über der sich wiederum eine Kunststoffschicht aus Perfluorethylenpropylen-Copolymer (FEP) befindet. Darüber sitzt der Rotor, eine Kupferscheibe, die passend zur Elektrodenscheibe strukturiert ist.

Beide Scheiben sind in 120 radial nach außen laufende schmale ,Tortenstücke’ geschnitten, was beim Stator zwei 60-fach ineinander greifende Elektroden ergibt, während beim Kupfer-Rotor jedes zweite Stück entfernt ist, so daß ein 60-fingriger Strahlenkranz übrig bleibt. Dreht sich die Rotorscheibe, dann fahren ihre Finger immer abwechselnd über Elektrode A und B hinweg. Durch den direkten Kontakt und die unterschiedliche Elektronenaffinität der Materialien wandern Elektronen. Dadurch entstehen elektrostatische Ladungen, die bei geschlossenem Stromkreis abfließen können.

Der 10 cm durchmesseende Generator-Prototyp erzeugt bei 3.000 U/m einen konstanten Wechselstrom mit Spannungsspitzen von bis zu 850 V und einem Stromfluß von rund 3 mA. Mit den bis zu 1,5 W werden LEDs, eine elektrische Uhr und ein Mobiltelefon mit Strom versorgt. Auch ein zweiter, kleinerer Prototyp mit besonders dünnen Materialschichten liefert eine vergleichbare Energieausbeute, obwohl der gesamte Generator nur 75 µm dick ist und 1,1 g wiegt.

Da der im Prinzip zweidimensionale Aufbau mit herkömmlichen Schnitt- oder Ätzmethoden einfach herzustellen und im Einsatz robust und wenig störanfällig ist, ließe er sich potentiell auf den Maßstab kleiner Wind- oder Wasserkraftwerke vergrößern. Der TEG gilt zudem als extrem kosteneffektiv, da durch den Aufbau in Scheiben nur kleine Mengen von leicht verfügbaren Materialien benötigt werden. Der ausführliche Bericht ist im Netz unter dem Titel ,Radial-arrayed rotary electrification for high performance triboelectric generator’ vollständig einsehbar.

Im Dezember 2014 veröffentlicht das Team einen Bericht, in welchem es primär um die Entwicklung einer schmutz- und wasserabweisenden Sicherheits-Tastatur geht, die durch kontinuierliche biometrische Überprüfung der Tastenanschläge ,weiß’, wer sie bedient – und sich bei unbekannten Nutzern sofort selbst sperrt.

Zudem beschafft sich das Intelligent Keyboard (IKB) die für seinen Betrieb nötige Energie durch die statische Elektrizität der Fingerspitzen. Hierzu besteht die nicht-mechanische Tastatur aus vier übereinander gelegten Schichten transparenter Folien, von denen zwei aus Indium-Zinn-Oxid sind und als Elektroden fungieren, die durch eine Schicht aus PET-Kunststoff getrennt sind. Über den Elektroden werden die statischen Ladungen der Haut von einer Schicht aus FEP-Kunststoff geerntet, wenn diese von Fingern berührt und dann wieder verlassen wird, wobei über den triboelektrischen Effekt Strom erzeugt wird.

Das IKB, für dessen Entwicklung auch das US-Department of Energy Mittel bereitstellt, wird als großen Sprung bei der Selbstversorgung elektronischer Geräte gefeiert – da es bereits bei einer Schreibgeschwindigkeit von mehr als 100 Zeichen pro Minute genug Energie erzeugt, um Kleingeräte aufzuladen. Innerhalb von ein paar Jahren soll die Technologie für die Vermarktung bereit sein – falls jemand bereit ist, zu investieren.

Im November 2015 empfehlen Wang und sein Team einen TENG auf Grundlage einer rollenden Struktur (rolling structure TENG, RF-TENG), um Wellenenergie zu ernten. In ihrer Arbeit wird ein freistehender, vollständig geschlossener TENG untersucht, der eine rollende Kugel in einer schwingenden Kugelschale einschließt (,Triboelectric nanogenerator based on fully enclosed rolling spherical structure for harvesting low-frequency water wave energy’).

Durch Optimierung der Materialien und strukturellen Parameter liefert ein kugelförmiges TENG mit einem Durchmesser von 6 cm, das durch Wasserwellen angetrieben wird, einen Spitzenstrom von 1 μA mit einer momentanen Ausgangsleistung von bis zu 10 mW. Bei einer Frequenz von 1,43 Hz kann das TENG mehrere Dutzend LEDs betreiben und eine Reihe von Superkondensatoren innerhalb mehrerer Stunden auf Nennspannung aufladen. Das rollende TENG ist extrem leicht, hat eine einfache Struktur und kann auf oder im Wasser schaukeln, um Wellenenergie zu ernten.

In einem weiteren Bericht vom April 2016 belegt das Team, daß die triboelektrischen Nanogeneratoren (TENGs) beim Ernten unregelmäßiger mechanischer Energie im niedrigen Frequenzbereich (< 5 Hz; typischerweise 0,1 – 3 Hz) eine viel bessere Leistung als elektromagnetische Generatoren (EMGs) erreichen.

Und schon im Juni 2016 folgen die nächsten Veröffentlichungen des äußerst aktiven Teams. Zum einen geht es um die Entwicklung eines elastischen und formbaren triboelektrischen Generators (Shape-adaptive TENG, saTENG), der aus nicht viel mehr als einer Salzlösung oder Wasser und einer Hülle aus elastischem Polyer besteht, welche eine Oberfläche aus Nanostäbchen besitzt – während es in dem anderem Bericht um die Nutzung der Wellenenergie geht.

Hier gibt es das Problem, daß es den meisten Erntern schwerfällt, die niederen Frequenzen der Ozeanwellen anzuzapfen. Das neue Gerät ist daher ein Hybrid-System, das die Fähigkeiten von zwei Generatoren kombiniert: einem umgebenden elektromagnetischen Generator (Wrap-around Electromagnetic Generator, W-EMG), der die hohen Frequenzen von sich schnell bewegenden Meeresströmungen erfassen kann, sowie einem triboelektrischen Nanogenerator mit spiralförmiger Elektrode (Spiral-interdigitated-electrode Triboelectric Nanogenerator, S-TENG), der die langsameren Frequenzen von weniger als 5 Hz abgreift.

Damit soll der neue Wellenenergiegenerator effizienter sein als bestehende Modelle. Bei praktischen Tests können mit dem System bereits erfolgreich mehrere LEDs betrieben werden.

Ebenfalls im Juni 2016 kann das Team vermelden, daß es seinen implantierbaren triboelektrischen Nanogenerator (iTENG) nun auch erfolgreich in vivo vom Herzschlag eines erwachsenen Yorkshire-Schweins hat betreiben können, wobei die Leerlaufspannung bis zu 14 V erreicht, bei einem entsprechenden Kurzschlußstrom von 5 µA.

Im Juni 2018 folgt die Publikation ,Rationally designed sea snake structure based triboelectric nanogenerators for effectively and efficiently harvesting ocean wave energy with minimized water screening effect’. Diesmal entwerfen die Wissenschaftler einen von Seeschlangen bzw. dem Pelamis-Wellenkraftwerk inspirierten TENG (snake based triboelectric nanogenerator, SS-TENG) für die Nutzung von Meeresenergie.

Der SS-TENG mit seiner leichtgewichtigen Struktur ist in der Lage, bei Meereswellen mit geringer Amplitude effektiv Energie zu ernten, indem geladene Polytetrafluroethylen-Kugeln verwendet werden, die aufgrund der Krümmung der Welle rollen. Durch die Integration von Federn zur Verbindung verschiedener Segmente können sich diese leicht biegen, wodurch sich die eingeschlossenen Kugeln schneller bewegen und der TENG eine maximale Leistungsdichte von 3 W/m³ erreicht.

Die Gruppe von ist auch in den Folgejahren aktiv. Zu erwähnen ist beispielsweise die im August 2020 veröffentlichte und im Netz einsehbare Arbeit ,Pumping up the charge density of a triboelectric nanogenerator by charge-shuttling’, in welcher die Erhöhen der Ladungsdichte eines triboelektrischen Nanogenerators demonstriert wird. Charge-shuttling ist ein spezifischerer Begriff, der sich auf einen aktiv gesteuerten Prozeß des Ladungstransports zwischen bestimmten Punkten in einem System bezieht.

Im Gegensatz zu konventionellen TENGs, bei denen statische Ladungen vollständig auf der dielektrischen Oberfläche gebunden sind, funktioniert das neue Gerät auf der Grundlage des Shuttlings von Ladungen, die in Leitungsdomänen eingeschlossen sind. Angetrieben durch die Wechselwirkung zweier quasi-symmetrischer Domänen kann das Shutteln von zwei Spiegelladungsträgern erreicht werden, um die Ladungsleistung zu verdoppeln. Der triboelektrische Nanogenerator auf der Grundlage von Charge-shuttling (CS-TENG) erreicht dadurch eine ultrahohe Ladungsdichte von 1,85 Millicoulomb pro Quadratmeter.

Auf der Grundlage dieses Mechanismus wird auch ein integriertes Gerät zur Energiegewinnung aus Wasserwellen vorgestellt, das periodisch hin und her kippt und eine maximale Spitzenleistung von 74 mW erreicht.

Im März 2022 folgt der ebenfalls einsehbare Bericht ,Raindrop energy-powered autonomous wireless hyetometer based on liquid–solid contact electrification’, der sich mit dem Einsatz von Triboelektrischen Nanogeneratoren zur Energiegewinnung aus Regentropfen befaßt. Über entsprechende Vorläufer berichte ich weiter unten unten (s.d.).

TENGs eignen sich sehr gut für diese Form der Energiegewinnung, da sie Energie direkt über die Kontakt-Elektrifizierung an der Fest-Flüssig-Grenzfläche ernten können. Das Team entwickelt infolge dessen ein energieautarkes Regenüberwachungs- und drahtloses Übertragungssystem, bei dem ein Regentropfen-TENG-Array (R-TENG) gleichzeitig als Regentropfen-Energiesammler und Regensensor dient.

Bei einer Niederschlagsintensität von 71 mm/min kann das mit Regentropfenergie betriebene Gerät einen durchschnittlichen Kurzschlußstrom von 15 μA, eine Leerlaufspannung von 1.800 V und eine maximale Ausgangsleistung von 325 μW erzeugen. Dabei kann die gesammelte Energie mit Hilfe einer Leistungsmanagementschaltung so eingestellt werden, daß sie als stabile 2,5-V-Gleichstromquelle für das gesamte System dient.

Damit nicht genug, folgt im April 2023 der Bericht ,The sealed bionic fishtail-structured TENG based on anticorrosive paint for ocean sensor systems’, in dem es um einen versiegelten bionischen TENG mit Fischschwanzstruktur geht (sealed bionic fishtail-structured TENG, SBF-TENG), der sich durch gute Manövrierbarkeit, Stabilität und mechanische Eigenschaften auszeichnet und eine Leistungsdichte von 1,67 mW/m² erreicht. Der SBF-TENG auf der nicht näher erklärten Basis von Korrosionsschutzfarbe ist für die Kombination mit biomimetischen Unterwasserrobotern für den kathodischen Metallschutz und für Meeressensorsysteme konzipiert.

Im Juni 2024 erscheint die im Netz einsehbare Studie ,Triboelectric nanogenerators for wind energy harvesting’, in welcher das äußerst produktive Wang-Team gemeinsam mit Kollegen der Guangxi University und der britischen University of Bath den Einsatz von TENGs zur Gewinnung von Windenergie konzipieren. Windgetriebene TENGs (W-TENGs) zeichnen sich demzufolge durch einfache Strukturen, geringe Größe und Gewicht, einfache Installation, Flexibilität und kostengünstigen Betrieb aus.

Ausgehend von einem detaillierten Vergleich mit konventionellen Windturbinen werden Gerätestrukturen, Werkstoffe, Herstellungsverfahren und Leistungsmerkmale der W-TENGs skizziert und Fragen im Hinblick auf die Entwicklung und Industrialisierung kommerzieller Produkte untersucht.

Bernd Folkmer, der sich am Institut für Mikro- und Informationstechnik HSG-IMIT in Villingen-Schwenningen seit mindestens 2011 mit dem Thema Vibration-Energy-Harvesting beschäftigt, veröffentlicht im April 2013 einen Anwendungsbericht über elektrostatische Mikrogeneratoren, deren Mechanismus in der Kopplung einer seismischen Masse mit zwei variablen Kapazitäten besteht.

Der gekapselte Mikrogenerator mit einer Bauteilgröße von 11 x 11 x 1 mm funktioniert bei Resonanzfrequenzen von 1 - 5 kHz und zeigt eine Effektivleistung von bis 2 x 1,9 μW. Hier abgebildet ist das Test-Board mit dem Mikrogenerator.

Chinesische Forscher der Universität Peking um Bo Meng und Haixia Zhang berichten im August 2013, daß sie einen triboelektrischen Generator entwickelt haben, der den menschlichen Körper als Elektrode nutzt. Die Haut am Finger habe die Tendenz, bei Kontakt Elektronen abzugeben, und bei wiederholten Zyklen des Antippens bewege sich die Ladung zwischen der Induktionselektrode und der geladenen Fingerhaut.

Bei den Experimenten können durchaus ansehliche Energiemengen erzeugt werden. Mit einer mikrostrukturierten Oberfläche aus Polydimethylsiloxan wird eine Ausgangsspannung von über 200 V mit einer Stromdichte von 4,7 μA/cm² erreicht. Mit dem menschlichen Körper als Leiter kann der Ausgangsstrom um 39 % und die Menge der Ladung, die übertragen wird, um 34 % gesteigert werden im Vergleich zu den Ergebnissen mit einer geerdeten Elektrode. Ein noch größerer Zuwachs von 210 % bzw. 81 % wird mit einer großformatigen, flachen Oberfläche aus Polyethylenterephthalat erzielt.

Mit dem transparenten Single-friction-surface Triboelectric Generator (STEG) sollen künftig tragbare Geräte mit Hilfe von Händen und anderen Körperteilen geladen werden. Bislang ist der STEG zwar nur für Niedrig-Energie-Geräte geeignet, wie zum Beispiel medizinische Geräte und Sensoren, doch die Forscher hoffen, daß er durch weitere Verbesserungen in Zukunft auch als Backup-Quelle für tragbare Elektonikgeräte einsetzbar wird.

Im September 2013 konstruiert ein internationales Team um Alvaro G. Marín von der niederländischen Universität Twente eine mikrofluidische Version des o.e. Kelvin-Generators, die anstelle der Schwerkraft eine pneumatische Kraft nutzt, um elektrische Spannungen zu liefern.

Mitbeteiligt sind Wissenschaftler der Universität der Bundeswehr München, der Universidad de Sevilla und dem Instituto de Ciencias Matemáticas (ICMAT) in Madrid.

Die Technik öffnet eine Tür zu einer billigen und leicht verfügbaren Transformation von pneumatischem Druck in elektrische Energie – sowie zu einer verbesserten Kontrolle der mikrofluidischen und biophysikalischen Manipulation von Kapseln, Zellen und Tröpfchen durch das selbstinduzierte Aufladen der Elemente.

Im Oktober 2013 berichtet die University of Colorado Boulder über eine neue Lösung für das wachsende Problem des Weltraummülls in der Nähe der Erde. In der Raumfahrt ging man lange davon aus, daß der Bereich um die Erde eine nahezu unbegrenzte Menge an Müll aufnehmen kann. Die Wahrheit sah anders aus, so daß wir uns einer Situation nähern, die als Kessler-Syndrom bezeichnet wird, bei der der Weltraumschrott so weit verbreitet ist, daß er zunehmend mit anderem Weltraummüll kollidiert, in Tausende neuer Müllteile zerfällt und die Umlaufbahnen um die Erde unbrauchbar macht.

Die neue Lösung beruht auf elektrostatischen Kräften, die immer dann auftreten, wenn sich Elektronen an etwas anlagern. Wenn man also ein Stück Weltraumschrott mit einem Elektronenstrahl beschießt, könnte man es mit einer bescheidenen negativen Ladung von einigen 10 kV versehen, was in etwa der Hochspannung entspricht, mit der eine Autozündkerze einen Funken abgibt.

Eine unbemannte Raumsonde oder ein Raumschiff mit positiver Ladung könnte den Weltraummüll dann aus einer Entfernung von 30 m wie mit einem ,Traktorstrahl’ abschleppen, in eine höhere Umlaufbahn ziehen und schließlich wegschleudern. Diese berührungslose Methode vermeidet die potentiellen Gefahren, die mit anderen Ideen zur Entfernung von Weltraumschrott verbunden sind, wie Harpunen, Lassos und Netze. Ob ein solcher elektrostatischer Traktor aber tatsächlich entwickelt wird, ist bislang noch unbekannt.

Im September 2014 wird erstmals über das Spin-off C-Motive Technologies Inc. in Madison (später: Middleton) berichtet, das zwei Jahre zuvor von Prof. Daniel ,Dan’ Colin Ludois sowie Micah Erickson und Justin Kyle Reed, Absolventen der University of Wisconsin, gegründet wurde. Die Firma hat das Ziel, die Technologie der elektrostatischen Motoren weiter zu entwickeln.

Das Argument dafür, daß das Prinzip solcher Geräte bis heute nicht praktisch genutzt wird, lautet, daß sich magnetische Motoren technologisch leichter beherrschen lassen. C-Motive zeigt demgegenüber, daß ein Motor, der elektrische statt magnetischer Felder zur Umwandlung von Strom in Rotation verwendet, sowohl funktioniert als auch die Probleme herkömmlicher Antriebe beseitigen kann. Zudem sei er günstiger.

Der im Labor gebaute Prototyp besteht aus eng nebeneinander angeordneten Aluminiumscheiben, von denen jede zweite drehbar ist. An die fixierten Scheiben wird eine Wechselspannung angelegt, wobei die wechselnden elektrischen Felder die drehbaren Scheiben in Rotation versetzen.

Die Technologie basiert auf einer präzisen Steuerung der Hochspannung, die das hochfrequente Wechselfeld erzeugt, und auf einer zuverlässigen Trennung der nahe beieinander liegenden Scheiben, die sich nicht berühren dürften. Da die Kräfte allein durch elektrische Felder übertragen werden und der Motor berührungslos arbeitet, muß er auch kaum gewartet werden.

Ludois zufolge soll die Technologie hocheffizient sein (um 95 %) und auch kleinere und leichtere Motoren ermöglichen, da kein Getriebe benötigt wird. Zudem kann auf das in Magnetmotoren verwendete teure Kupfer verzichtet werden. Die erste Anwendung soll allerdings kein elektrostatischer Motor, sondern ein elektrostatischer Generator sein, der mechanische in elektrische Energie umwandelt.

Im Dezember 2013 erhält die Firma 150.000 $ von der National Science Foundation (NSF), um den ersten kommerziell nutzbaren elektrostatischen Motor mit hohem Drehmoment auf Grundlage der patentierten Technologieplattform zu entwickeln – gefolgt von weiteren 875.307 $ im September 2015.

Zusätzliche Mittel gibt es aus dem Daniel H. Neviaser Entrepreneurship Fund, dem James Weinert Applied Ventures Capital Fund, von der Wisconsin Economic Development Corporation, dem Wisconsin-Center für Technologiekommerzialisierung sowie von prominenten Angel-Investoren. Das internationale Patent war bereits im Februar 2015 mit Hilfe der Wisconsin Alumni Research Foundation angemeldet worden (WIPO-Nr. WO/2015/120033).

Die Forschung konzentriert sich nun darauf, einen C-Machine genannten Generator für den Einsatz in der Windkraft-Großindustrie sowie für breitere Anwendungen auf dem globalen Markt der elektrischen Maschinen zu entwickeln, der ein hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl entwickelt und zu geringeren Kosten herstellbar sein soll, als jeder andere in der Entwicklung oder auf dem Markt befindliche Generator.

Weitere Mittel gibt es aus mehreren Finanzierungsrunden, angefangen mit 50.000 $ im Januar 2017 von N29 Capital Partners, gefolgt von einer Kreditfinanzierung in Höhe von 750.000  $ im Juli 2018 sowie 2 Mio. $ Investitionsmittel im April 2019 von PRIME Coalition und dem Prime Impact Fund.

Medial geht es im Dezember 2020 weiter, als die Firma verbreitet, daß elektrostatische Kräfte keine Energie in Form von Wärme verlieren, was zu einer Technologie führt, die eine Energieeffizienz von 98 % aufweist. Elektrostatische Motoren und Generatoren sind auch einfacher konstruiert und leichter, da sie ohne Getriebe und Spulen auskommen. Außerdem werden keine importierten Seltenerdmagnete verwendet, was den Preis erheblich senkt. 2021 wird das Patent für einen elektrostatischen Motor beantragt (US-Nr. 20210281193).

Im Mai 2022 startet die C-Motive eine Kooperation mit dem indischen Automobilzulieferer Sona BLW Precision Forgings Ltd., Teil der Sona Comstar Gruppe, zur weiteren Entwicklung elektrostatischer Antriebsmotoren für Elektrofahrzeuganwendungen. Im Rahmen der Partnerschaft beteiligt sich Sona Comstar auch an der Finanzierungsrunde von C-Motive im Januar 2023, die der Firma 10,7 Mio. $ einbringt. Die Serienproduktion soll im Jahr 2026 mit elektrostatischen Motoren beginnen, die kleine Gegenstände wie Förderbänder antreiben, bevor die Technologie bei Elektrofahrzeugen und Windturbinen zum Einsatz kommt. Dabei will die Firma die Motoren nicht selbst produzieren, sondern mit bestehenden Herstellern zusammenarbeiten.

Im März 2023 wird ein weiteres Patent beantragt (US-Nr. 20230223869), und im Dezember erfolgt unter der Leitung von Starlight Ventures eine Kapitalerhöhung im Umfang von rund 5,5 Mio. $, an der sich u.a. Rockwell Automation beteiligt. Die C-Motive schließt nach sechs Prototypen nun die Produktentwicklung für ihre erste Produktfamilie ab und sucht nach Demonstrationspartnern für erste Pilotprojekte im Folgejahr. Hierfür hat das Unternehmen eine Industriemotorplattform mit einer Leistung von weniger als 5 kW entwickelt.

Ebenfalls im September 2014 veröffentlichen südkoreanische Forscher der Chonam National University in Gwangju, die mit Kollegen der Seoul National University, dem Korea Advanced Institute of Science and Technology, der Firma Samsung Electronics Co. Ltd. sowie dem bereits oben erwähnten Zhong Lin Wang vom Georgia Institute of Technology zusammenarbeiten, Informationen über eine neue und vielversprechende Technologie zur Nutzung des triboelektrischen Effekts.

Das Team um Jong-Jin Park entwickelt einen Generator, der aus robusten fahnenartigen, mit Gold beschichteten Tüchern besteht, die zwischen Platten aus einem Kunststoff, der sehr gut zusätzliche Elektronen binden kann, hin- und herflattern – z.B. im Fahrtwind eines Autos. Erfolgt diese Berührung regelmäßig, baut sich mit hoher Frequenz immer wieder eine Spannung auf. Durch Kurzschluß wird dann ein Strom erzeugt.

Bei den Experimenten bringt eine Konstruktion mit Flaggen von 7,5 x 5 cm, die jeweils an zwei Seiten gegen die Platten schlagen, den größten Ertrag. Bei einer Windgeschwindigkeit von etwa 80 km/h erreicht der Generator eine Spannung von 250 V und einen Strom von 70 µA, was ausreicht, um einen Kondensator mit einer Kapazität von 100 Mikrofarad in wenigen Minuten aufzuladen. Zudem ist die Vorrichtung langlebig: Auch nach 12 Mio. Flatterschlägen wird nur unwesentlich weniger Strom als zu Beginn erzeugt. Ein vorteilhafter Nebeneffekt ist, daß sich verschmutzte Fahnen durch das permanente Schlagen selbst reinigen.

Die Firma Earth Energies Inc. (EEI) aus Johns Creek in Georgia meldet im Oktober 2014 zwei Patente unter den Namen ,Power Receiver for Extracting Power from Electric Field Energy in the Earth’ (US-Nr. 20150102675) sowie ,Method and Apparatus for Extracting and Conveying Electrical Energy From the Earth’s Ionosphere Cavity’ an (US-Nr. 20150102676). Als Erfinder werden John Dinwiddie, Terry L. Wright und David R. Ames genannt.

Außer einem bereits im April 2014 erfolgten Posting auf der Firmen-Homepage scheint sich in Bezug auf eine Umsetzung bislang allerdings noch nichts getan zu haben. In den Folgejahren werden zwar diverse Patente beantragt, die auf der Homepage aufgelistet sind, doch mehr passiert nicht.

Im November 2014 stellt Mercedes anlässlich der Eröffnung seines Entwicklungszentrums in Peking eine Crossover-Coupé-Studie namens Vision G-Code vor, deren Lack Sonnen- und Windenergie sammeln soll. Die besondere Lackfarbe, die sich ,multi-voltaic silver’ nennt, bildet im Grunde eine große Solarzelle mit hoher Effizienz.

Darüber hinaus kann dieser Lack elektrostatisch aufgeladen werden, entweder durch Fahrtwind oder natürlichem Wind, wenn der Wagen steht. In beiden Fällen wird die Energie den Fahrzeug-Akkus zugeführt, das ansonsten mit einem H₂-Ottomotor an den Vorderrädern sowie einem Elektromotor an der Hinterachse angetrieben wird. Mit der ,power on the move’-Aufhängung werden zudem die Bewegung der Stoßdämpfer in elektrische Energie umgewandelt. Ob das Auto aber tatsächlich realisiert wird, ist derzeit nicht bekannt.

Einem Vorschlag des Architekturbüros DoepelStrijkers von 2014 zufolge soll im Hafen von Rotterdam ein Dutch Windwheel errichtet werden – ein neuartiger Windgenerator, der sich in der Mitte eines 174 m hohen Gebäudes aus zwei aneinandergelagerten Riesenringen befindet. Dabei wird auf eine innovative Technologie der Technischen Universität Delft zurückgegriffen, welche komplett ohne bewegliche Teile wie Rotorenblätter auskommt und daher lautlos ist, nicht vibriert und auch keine Schatten wirft.

Die Elektrospraying genannte Technologie basiert darauf, daß der Wind geladene Teilchen durch die Ringstruktur befördert, was eine Spannung erzeugt, die wiederum in nutzbare Energie umgewandelt werden kann. Über die Entwicklung des Prototypen namens Electrostatic Wind Energy Converter (EWICON) habe ich bereits im Kapitel zur Windenergie berichtet (s.u. Neue Designs).

Auch das im Wasser auf einer Art Floß verankerte Gebäude selbst bietet einige Überraschungen: Während der innere Ring mit 72 Appartements, 160 Hotelzimmern, Geschäften und einem Restaurant an der Spitze aufwartet, befinden sich im äußeren Ring 40 Kabinen, die wie Gondeln an einem Riesenrad auf einem Rundkurs rotieren und den Besuchern eine beeindruckende Aussicht auf Rotterdam erlauben. Dazu sind klimatische Fassaden, die Intergration von Photovoltaik an rund 70 % der Gebäudefassade, ein Regenwasser-Sammelsystem sowie die Biogas-Erzeugung aus den organischen Abfällen der Bewohner geplant.

Nach dem Upscaling und der Optimierung der Technik, die von 2015 bis 2017 erfolgen soll, ist bis 2021 die Projektentwicklung geplant, welcher dann der Bau folgt, dessen Fertigstellung für 2025 angedacht ist.

Das Projekt ist eine Initiative der Windwheel Corp., einem Konsortium der in Rotterdam ansässigen Unternehmen BLOC, DoepelStrijkers und Masters, die es in enger Zusammenarbeit mit führenden Unternehmen und Forschungseinrichtungen umsetzen wollen und hierfür eine Allianz aus elf Partnern bilden: die AM und Royal BAM Group, Deltares, Dura Vermeer, ECN, Eneco, InnovationQuarter, Mammoet, SPIE, TNO und die Windwheel Corp. selbst.

Tatsächlich wird im März  2016 gemeldet, daß die Partner ein Programm beschlossen haben, um eine Reihe vielversprechender Technologien zu erproben. Das Projekt kommt als ,Ikone der Nachhaltigkeit’ nochmals 2021 und auch 2023 in die Presse, doch über einen tatsächlichen Baubeginn ist noch nichts bekannt.

Ebenfalls im Laufe des Jahres 2014 wird auf einer 110 kV Freileitungstrasse im Harz die Pilotinstallation eines kapazitiven Energy Harvesters vorgenommen, den Forscher des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) im Rahmen des Projekts ASTROSE entwickelt haben, um Hochspannungsleitungen zu überprüfen. Dabei werden auf einem Teilabschnitt der 23 km langen Trasse 59 Funksensorknoten montiert.

Technisch geht das Freileitungsmonitoring auf eine Entwicklung des IZM im Jahre 2002 zurück, die zum damals weltweit kleinsten Funksensorknoten führte. Im Jahre 2006 wurde diese Technologie der Firma envia Mitteldeutsche Energie AG (enviaM; später: MITNETZ Strom mbH) vorgestellt und gemeinsam die Idee des ASTROSE-Sensorknotens konzipiert.

In der Zeit von 2009 bis 2012 wird dann mit finanzieller Unterstützung des Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) das industrielle Verbundprojekt durchgeführt, zusammen mit der TU Chemnitz, dem Fraunhofer ENAS sowie den Firmen Amprion GmbH, MPD GmbH, ELMOS Seminconductor AG, KE-Automation GmbH und Unilab AG. Im Ergebnis des Verbundprojektes werden erfolgreich erste Demonstrationstests mit der entwickelten Technik absolviert.

Dabei handelt es sich um ein Gerät zum Freileitungs-Monitoring, welches das elektrostatische Randfeld von Überlandleitungen anzapft um sich mit Energie zu versorgen und die gesammelten Daten alle 15 Minuten per Funk zu verschicken. Das 4 kg schwere Paket wird mechanisch auf die Leitung geklemmt, elektrisch aber isoliert, so daß die empfindliche Elektronik nicht in Kontakt mit der Hochspannung kommt.

Ausgelegt für 110 kV, 220 kV und 420 kV Wechselstrom­ bietet ASTROSE verschiedene Sensoren zur Erfassung relevanter Parameter des Seils und des elektrischen Systems, wie die Leiterseiltemperatur, die Stromstärke durch den Leiter, die Neigung des Seils sowie dessen Ausschwingwinkel. Einsatzgebiete sind die Erhöhung der Transportkapazität, die Eislast- und Gefahrendetektion wie Seilriß oder Erdschluß. Die weitere Entwicklung des Projekt kann auf astrose.de verfolgt werden.

Im März 2015 folgt die Nachricht, daß ein gemeinsames Team von Forschern der Sungkyunkwan University in Südkorea und der University of Wollongong in Australien unter der Leitung von Sang-Woo Kim ein flexibles und mechanisch robustes Gewebe entwickelt hat, das Energie aus der menschlichen Bewegung erzeugt.

Als aktive triboelektrische Materialien werden eine silberbeschichtete Textile sowie eine weitere aus Polydimethylsiloxan (PDMS) verwendet, die auf einer Anordnung von Zinkoxid-Nanostäbchen (jeweils ungefähr 100 nm breit und 1 µm hoch) auf einer ebenfalls mit Silber beschichteten textilen Vorlage basiert.

Der faltbare und tragbare triboelektrische Nanogenerator (TNG; bzw. wearable triboelectric nanogenerator, WTNG) besteht aus vier aufeinander liegenden Lagen des leichten Gewebes, welches schon bei leichtem Fingerdruck sofort im Durchschnitt 170 V und 120 µA sowie eine maximale Leistung von rund 1,1 mW erzeugt. Mit über 12.000 Druck- und Entspannungs-Zyklen ohne signifikante Unterschiede in der Ausgangsspannung erweist sich der Stoff zudem als äußerst langlebig.

Im Januar 2016 präsentiert ein Forscherteam der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) und der Universität Tokio um Prof. Xiao-Sheng Zhang auf der 29. IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) in Shanghai ein umweltfreundliches Gerät aus Alltagsmaterialien, das genügend Strom für mehrere Dioden, einen kleinen LCD-Bildschirm oder andere Geräte mit geringem Stromverbrauch erzeugen kann. Der Aufbau wird in einem YouTube-Video unter dem Titel ,Using cardboard, tape and a pencil to produce energy’ gezeigt.

Das aus Haushaltsgegenständen - Pappe, Teflonband und einem Bleistift - hergestellte Gerät erzeugt statische Elektrizität. Dies geschieht durch zwei 8 cm² große Papierkarten, die auf einer Seite mit einer Graphitkohleschicht bedeckt sind, was durch die Bleistiftmine geschieht. Die Karten werden mit Teflonband in Form eines Bogens befestigt, mit der geschwärzten Seite nach außen. Dabei wirken das Papier und das Klebeband als Isolatoren, während der Kohlenstoff als Elektroden dient.

Wird Druck auf das Gerät ausgeübt, nähern sich die beiden Seiten und erzeugen eine positive Ladung auf dem Papier und eine negative Ladung auf dem Teflon. Trennen sich die Karten dann wieder, baut sich eine elektrische Ladung auf den Kohlenstoffschichten auf. Zudem wird festgestellt, daß durch festes Andrücken von Sandpapier gegen die Karten und das Teflonband diese eine rauhe Oberfläche erhalten. Dadurch wird die effektive triboelektrische Fläche vergrößert, was wiederum die Leistung des Systems um mehr als das Sechsfache erhöht.

Das Team um Zhang hatte bereits im Oktober 2014 einen Artikel namens ,An unmovable single-layer triboloelectric generator driven by sliding friction’ veröffentlicht, der im Netz einsehbar ist. Im März 2017 folgt dann der Bericht ,Penciling a triboelectric nanogenerator on paper for autonomous power MEMS applications’, der sich auf den o.e. Papier-TENG bezieht. Hier ist zu erfahren, daß dieser zwischenzeitlich erfolgreich eingesetzt wurde, um Flüssigkeitströpfchen durch Elektrobenetzung in bestimmte Richtungen zu bewegen, was auf ein großes Potential bei Anwendungen in Bereichen wie dem Tintenstrahldruck und biomedizinischen Mikro-/Nanosystemen im Lab-on-Chip verweist.

Weiterführende Informationen finden sich in dem 2019 erschienenen Werk Flexible and Stretchable Triboelectric Nanogenerator Devices, das allerdings als eBook 143 € und als Printausgabe 159 € kostet. Offen im Netz einsehbar ist ein 2022 veröffentlichter Artikel namens ,3D stretchable and self-encapsulated multimaterial triboelectric fibers’.

In einer Arbeit des Harvard Microrobotics Laboratory, die im Mai 2016 erscheint, beschreiben die Forscher um Moritz Alexander Graule, wie sich statische Elektrizität als vorübergehenden ,Klebstoff’ verwenden läßt, um winzigen Flugrobotern zu ermöglichen, sich überall hin zu hocken (,Perching and takeoff of a robotic insect on overhangs using switchable electrostatic adhesion’). Über die seit 2013 laufende Entwicklung der entsprechenden RoboBee an der Harvard University berichte ich ausführlich in der Jahresübersicht Elektro- und Solarfluggeräte jenes Jahres (s.d.).

Tatsächlich besteht eine der schwierigsten Aufgaben beim Bau einer Roboterbiene nicht darin, sie zum Fliegen zu bringen oder zu verhindern, daß sie mit Gegenständen zusammenstößt, sondern darin, sich an der Unterseite einer Reihe von Oberflächen festzuhalten. Vögel und Fledermäuse benutzen ihre Krallen, um sich an Ästen, Kabeln oder Sitzstangen festzuhalten, doch Roboter müßten als Äquivalent eine Art Landegestell tragen, was die Batterielebensdauer reduziert, und sie müssen bestimmte Arten von Sitzstangen aussuchen.

Letztlich sind die Methoden der Tiere für einen Mikroroboter in der Größe einer Büroklammer ungeeignet, da sie entweder komplizierte Systeme mit beweglichen Teilen oder hohe Kräfte zum Ablösen erfordern. Ein Bot mit magnetischen Füßen braucht wiederum eine Sitzstange aus Eisenmetall, Saugfüße benötigen eine glatte Oberfläche, Stacheln eine weiche Oberfläche und so weiter. Statische Elektrizität hingegen kann hingegen so ziemlich alles an alles andere anheften. Sie klebt Luftballons an Decken und Styroporpackungen an fast alles, was sie berühren.

Die Lösung des Harvard-Teams besteht daher aus einer winzigen Drohne, die unten Füße hat, um normal zu landen, und an der Oberseite eine dünne, elektrostatisch aufgeladene Scheibe (Pad), um an jeder verfügbaren Oberfläche zu haften, sei es an Stromleitungen, am Boden eines Felsvorsprungs, an einem überhängenden Ast oder an einem Blatt. Dabei verbraucht sie etwa 1.000 Mal weniger Energie, als für einen dauerhaften Flug erforderlich wäre, was vor allem für kleine Drohnen nützlich ist, die nur über eine relativ geringe Batterieleistung verfügen.

Indem die statische Ladung gelegentlich aufgefüllt wird, um Verluste auszugleichen, kann die modifizierte RoboBee mit ihrem Gewicht von etwa 100 mg, was dem Gewicht einer echten Biene entspricht, unbegrenzt an ihrem Platz hängen bleiben. Außerdem kann das Aufsitzen die Zeit zwischen den Ladevorgängen verlängern.

Da der winzige Propeller der RoboBee jedoch plötzlich 40 % mehr Auftrieb entwickelt, wenn er sich einer Decke nähert, was ausreicht, um den Roboter abprallen zu lassen, bevor der elektrostatische Klebstoff haften kann, wird unter die elektrostatische Scheibe ein kleiner Block aus Polyurethanschaum montiert, der als Dämpfer dient. Und während die aktuelle Version nur hängen kann, weil die Scheibe auf der Oberseite des Körpers sitzt, soll die Version 2.0 so konzipiert werden, daß sie sich überall ,ankleben’ kann, was sie noch flexibler macht.

Leider ist diese schaltbare elektrostatische Haftung für größere Geräte nicht stark genug, bei insektengroßen Fluggeräten funktioniert sie jedoch hervorragend.

Im Kontext der Elektrostatik soll auch erwähnt werden, daß ein Team um Meiqing Li an der Jiangsu University in Zhenjiang im August 2017 einen Bericht über die Wirkungen elektrischer Felder auf die Keimrate von Tomatensamen veröffentlicht. Immerhin ist die Tomate eine der wichtigsten Marktfrüchte der Welt. Der Arbeit zufolge hat ein elektrostatisches Hochspannungs-Feld (High-voltage electrostatic field, HVEF) mit einer Intensität von 2,25 oder 2,5 kV pro cm einen positiven Einfluß auf die Keimung und das frühe Wachstum. Der öffentlich einsehbare Text trägt den Titel ,High-voltage electrostatic fields increase nitrogen uptake and improve growth of tomato seedlings’.

Speziell bei Tomatensamen wird festgestellt, daß die Anwendung von Hochspannungsfeldern zu einer erhöhten Stickstoffaufnahme, einer verbesserten Nährstoffaufnahme durch die Keimlinge sowie zu einer schnelleren Keimung und einem kräftigeren Wachstum in den frühen Stadien führt. Diese Anwendung stellt aber nur eine ergänzende Technik dar, die die grundlegenden Keimungsbedingungen wie optimale Temperatur (21°C - 29°C), ausreichende Feuchtigkeit und Dunkelheit während der Keimung nicht ersetzt.

Bei der weiteren Recherche zeigt sich, daß das Thema tatsächlich schon seit langem behandelt wird und experimentelle Untersuchungen zu den Auswirkungen von Elektrizität auf das Pflanzenwachstum bis 1746 zurückverfolgt werden können - sicherlich ein interessantes Feld für vertiefende Studien. Hier soll nur eine kurze Übersicht über den aktuellen Stand gegeben werden.

So erwähnen die Quellen einen Artikel ,Influence of electrostatic fields on seed germination’ von G. H. Sidaway und G. F. Asprey aus dem Jahr 1966; den Bericht ,The effect of externally applied electrostatic fields, microwave radiation and electric currents on plants and other organisms, with special reference to weed control’ von M. F. Diprose, F. A. Benson und A. J. Willis von 1984; die 1999 erschienene Studie ,Acceleration of germination of tomato seed by applying AC electric and magnetic fields’ von Jae-Duk Moon und Hwa-Sook Chung; sowie den 2011 erschienen Bericht ,Effect of electrostatic field on seed germination and seedling growth of Sorbus pohuashanesis’ von L. Yang und H. L. Shen - um nur einige Beispiele zu nennen.

Im Jahr 2013 veröffentlichten Wissenschaftler der indischen Mahatma Phule Agricultural University und des Staatlichen College für Ingenieurwesen in Amravati den im Netz einsehbaren Artikel ,High voltage electric field effects on the germination rate of tomato seeds’, in welchem sie ebenfalls über Experimente mit Tomatensamen berichten. Bei ihren Versuchen mit einer Pilotanlage zur Behandlung von Saatgutproben werden diese elektrischen 50-Hz-Feldern im Bereich von 10 - 30 kV pro cm mit einer Expositionszeit von 10 - 30 Sekunden ausgesetzt.

Im optimalen Labortest werden 100 % der Samen zum Keimen gebracht, während bei einer Referenzprobe, die den Feldern nicht ausgesetzt wird, nur etwa 76 % Samen keimen. Außerdem ist das Gewicht der resultierenden behandelten Tomatensetzlinge höher als das der unbehandelten. Den Wissenschaftler zufolge soll die Ozonerzeugung durch Teilentladungen zwischen den Samen der wichtigste wirksame Parameter sein, der das Wachstum fördert.

Im April 2014 folgt ,A New Approach of Electric Field Adoption for Germination Improvement’, das von indischen Forschern des Government College of Engineering in Amravati und des Dr. A. S. College of Agricultural Engineering in Ahmednagar veröffentlicht wird. Hier werden bei den Versuchen zur Verbesserung der Keimfähigkeit von Tomatensaatgut drei verschiedene Methoden angewandt: ein elektrostatisches Feld, eine Mikrowellen- und eine Koronaentladungsmethode.

Die vergleichende Analyse ergibt, daß die Anwendung des elektrostatischen Feldes eine einfache und wirksame Methode mit deutlich positiven Ergebnissen ist, was die Keimung, die Länge der Wurzelsprossen und die Vitalität der Samen anbelangt. Dabei liegt die optimale Dosis des elektrostatischen Feldes bei 2 kV/mm für eine Dauer von 20 Sekunden.

Auch in den Folgejahren wird weitergeforscht, eine vollständige Dokumentation würde diese Übersicht jedoch sprengen. Deshalb geht es nun mit dem primären Schwerpunkt weiter, der Energienutzung.

Im Mai 2019 berichtet das an der Rice University angesiedelte Labor des Chemikers James M. Tour, der uns bereits im Zusammenhang mit dem Nanocar Race begegnet ist, daß man laserinduziertes Graphen (LIG) zu kleinen, metallfreien Geräten verarbeitet habe, die Strom erzeugen. Ein Video zeigt, daß das wiederholte Klopfen auf einen gefalteten triboelektrischen Generator genug Energie erzeugt, um eine Reihe von LEDs zum Blinken zu bringen (,Laser-Induced Graphene Triboelectric Nanogenerators’).

LIG ist ein Graphenschaum, der entsteht, wenn Chemikalien auf der Oberfläche eines Polymers oder eines anderen Materials mit einem Laser erhitzt werden und nur miteinander verbundene Flocken aus zweidimensionalem Kohlenstoff übrig bleiben. Das Labor stellt das LIG zunächst auf gewöhnlichem Polyimid her, weitet die Technik dann aber auf Pflanzen, Lebensmittel, behandeltes Papier und Holz aus. Außerdem werden Polyimid, Kork und andere Materialien in LIG-Elektroden verwandelt, um herauszufinden, wie gut sie Energie erzeugen und der Abnutzung standhalten.

Zudem wird ein einzelnes Polyimid-Blatt in ein faltbares TENG umgewandelt, indem das LIG aus dem tribo-negativen Polyimid mit einer Schutzschicht aus Polyurethan besprüht wird, die auch als tribo-positives Material dient. Wenn die Elektroden zusammengebracht werden, gehen Elektronen vom Polyurethan auf das Polyimid über. Durch den anschließenden Kontakt und die Trennung werden Ladungen freigesetzt, die über einen externen Stromkreis gespeichert werden können, um die aufgebaute statische Ladung wieder auszugleichen.

Das faltbare LIG erzeugt etwa 1 kV und bleibt auch nach 5.000 Biegezyklen stabil. Die beste Konfiguration mit Elektroden aus dem Polyimid-LIG-Verbundwerkstoff und Aluminium erzeugt Spannungen von über 3,5 kV mit einer Spitzenleistung von mehr als 8 mW. Eine Umsetzung, bei der ein größeres Stück LIG in einen Flip-Flop eingebettet wird, ermöglicht dem Träger, bei jedem Schritt Energie zu erzeugen, da der wiederholte Kontakt des Graphen-Verbunds mit der Haut einen Strom erzeugt, der einen kleinen Kondensator auflädt. Darüber wird im Kapitel Muskelkraft unter Rucksack und Laufschuhe ausführlicher berichtet.

Das deutsche Start-Up Arioso Systems GmbH, eine Ausgründung des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme (IPMS) Dresden, gibt im April 2020 den Abschluß seiner ersten Finanzierungsrunde in Höhe von 2,6 Mio. € bekannt.

Die im Vorjahr von Hermann Schenk, Jan Blochwitz-Nimoth, Holger Conrad und Lutz Ehrig gegründete Firma entwickelt flache, quadratische Mikrolautsprecher im Chipformat, die nur 10 - 20 mm2 groß sind und vollständig aus Silizium bestehen. Sie verbrauchen viel weniger Batteriestrom als herkömmliche Modelle, da sie keine äußeren beweglichen Teile enthalten, und sollen insbesondere bei drahtlosen In-Ear-Kopfhörern und in Hörgeräten eingesetzt werden.

Den Patentantrag dafür hatte das IPMS im Dezember 2017 eingereicht (US-Nr. 2018/017904), und die Technik später der Arioso Systems lizenziert. Ein 2015 angemeldetes deutsches Patent ist seit 2023 erloschen (DE-Nr. 10 2015 210 919.4).

Die Nanoscopic Electrostatic Drive (NED) genannte Lautsprecher-Technologie basiert auf Silizium-MEMs (Micro-Electro-Mechanical-Systems). Im Inneren des Mikrolautsprechers befindet sich eine paarweise Anordnung winziger flexibler Lamellen, von denen jede nur 20 µm lang ist. Wenn die Spannung eines Audiosignals an das Gerät angelegt wird, werden diese elektrostatischen Biegeaktoren wiederholt aufeinander zu gebogen. Dabei drücken sie Luft aus kleinen Öffnungen an der Ober- und Unterseite des Geräts und erzeugen die Druckschwankungen, die im Ohr als Schall wahrgenommen werden.

Im April 2022 wird die Arioso Systems von der Bosch Sensortec GmbH übernommen - über die ich aber erst berichte, wenn sie ihre Firmenhomepage auch in Deutsch vorlegt.

Im März 2021 erhält die US-amerikanische gemeinnützige Forschungs- und Entwicklungsorganisation Charles Stark Draper Laboratory (Draper) mit Sitz in Cambridge ein Patent auf elektrostatische Motoren (US-Nr. 10.958.191, beantragt 2019). Das Draper arbeitet seit einiger Zeit an einer neuen Familie von Elektromotoren und Generatoren, die auf elektrostatischen und nicht auf elektromagnetischen Prinzipien beruhen.

Elektrostatische Motoren waren lange Zeit zu schwach und problematisch, um mit ihren elektromagnetischen Pendants zu konkurrieren. Durch den Einsatz modernster Materialien, neuartiger Konstruktionen und jahrzehntelanger Erfahrung in der Herstellung entwickelt Draper nun leistungsstarke neue elektrostatische Motoren, die die Drehmomentgrenze ihrer Vorgänger durchbrechen. Die Verwendung dünner Elektroden und Elektrete reduziert das Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen Motoren um 80 % oder mehr.

Der Motor umfaßt einen zylindrischen Rotor und einen Stator. Auf einer zylindrischen Innenfläche des Stators sind Elektroden angeordnet. Elektrete und/oder elektrisch leitende Elektroden sind auf dem zylindrischen Rotor angeordnet und ein dielektrisches Fluid füllt den Raum zwischen dem Rotor und dem Stator, um eine Entladung der Elektrete zu verhindern. Eine Maske dient dazu, Teile eines Elektretzylinders oder einer anderen gekrümmten Oberfläche aufzuladen.

Der neue Ansatz bietet zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen Elektromotoren, darunter einen höheren Wirkungsgrad, eine höhere spezifische Leistung und niedrigere Materialkosten, da die Motoren ohne die Verwendung von Seltenen Erden konstruiert sind. Simulationen ergeben, daß durch ihren Einsatz die Reichweite von Drohnen um bis zu 40 % und die von Elektrofahrzeugen um bis zu 25 % erhöht werden könnte.

Im Januar 2022 veröffentlicht ein Team der Zhejiang University in China und der University of Pittsburgh in den USA einen ausführlichen und im Netz einsehbaren Bericht mit dem Titel ,Magnetic capsulate triboelectric nanogenerators’, in welchem sie über die Entwicklung von magnetisch gekapselten triboelektrischen Nanogeneratoren (MC-TENG) berichten, die eine wirksame Methode zur Gewinnung elektrischer Energie aus niederfrequenten und niedrigamplitudigen Schwingungen wie Meereswellen bilden.

Die gekapselten TENG sind so konzipiert, daß sie durch eine schwingungsausgelöste Magnetkraft in einem Halterahmen angetrieben werden, um aufgrund des Prinzips der freistehenden Triboelektrifizierung elektrische Energie zu erzeugen. Die Ergebnisse der numerischen und experimentellen Studien zeigen, daß die Energieernteleistung des MC-TENG erheblich von der Struktur des gekapselten TENG beeinflußt wird. Als das effektivste Design erweisen sich Kupfer-MC-TENG-Systeme, die einen maximalen Spannungsbereich von 4 V erzeugen.

Einen besonderen Ansatz zur dauerhaften Reinhaltung von Solarmodulen verfolgen die Forscher Sreedath Panat und Kripoa Varanasi am Massachusetts Institute of Technology (MIT), wie im März 2022 zu erfahren ist. Ihr wasserloses Verfahren beruht auf elektrostatischer Abstoßung. Die Forschung wird vom italienischen Energieunternehmen ENI S.p.A. unterstützt.

Im Gegensatz zu den bisher entwickelten Systemen, die auf elektrostatischer Abstoßung basieren und bei zu hoher Luftfeuchtigkeit nicht funktionieren, ist das MIT-System in der Lage, bei einer Umgebungsfeuchtigkeit von bis zu 95 % zu arbeiten. Da unter dem Schwerpunkt Reinigung von PV-Solaranlagen ausführlich darüber berichtet wird, muß dies hier nicht wiederholt werden.

Bemerkenswert ist, daß nicht nur Menschen von der Elektrostatik profitieren, sie erzeugen oder mit ihr interagieren. Im November 2022 berichten Wissenschaftler der University of Bristol und der University of Reading in ihrer im Netz einsehbaren Studie ,Observed electric charge of insect swarms and their contribution to atmospheric electricity’ darüber, daß Insektenschwärme wie Bienen und Heuschrecken elektrische Ladungen in der Atmosphäre erzeugen können.

Es ist bekannt, daß Insekten elektrische Felder wahrnehmen und anzapfen können, und besonders Bienen haben eine engere Beziehung zur Elektrizität. Sie nehmen Veränderungen in elektrischen Feldern wahr, um zu Blumen zu navigieren. Statische Ladungen tragen dazu bei, daß die Pollen an ihnen haften bleiben. Und sie können sich elektrisch aufladen, wenn sie durch die Luft fliegen. Welchen Einfluß Bienen jedoch auf die elektrische Ladung der Atmosphäre haben, war bisher nicht untersucht worden.

Die Forscher um Ellard R. Hunting interessieren sich dafür, wie verschiedene Organismen die statischen elektrischen Felder nutzen, die praktisch überall in der Umwelt vorhanden sind. Um die Felder in der Nähe schwärmender Honigbienen zu messen, plaziert das Team ein Meßgerät nahevon Forschungsbienenstöcken und stellt fest, daß die schwärmenden Bienen die atmosphärische Elektrizität um 100 - 1.000 V/m erhöhen, je nach Dichte der Insekten im Schwarm.

Von diesem Ausgangspunkt aus entwickelt das Team ein Modell, mit dem der Einfluß anderer schwärmender Insekten auf die elektrische Ladung der Atmosphäre extrapoliert werden kann. Es zeigt sich, daß Heuschrecken den größten Einfluß haben, da sie in gewaltigen Größenordnungen schwärmen können. Durch messen ihrer Ladung und der Korrelation mit Aufzeichnungen über die Dichte von Heuschrecken-Schwärmen ergibt sich, daß sie ähnliche atmosphärische elektrische Ladungen wie eine Gewitterwolke erzeugen können.

Das Team erklärt, daß der Einfluß schwärmender Insekten auf das atmosphärische elektrische Feld ein Faktor ist, der derzeit in Klima- und Wettermodellen übersehen wird. Es deutet auch darauf hin, daß andere Organismen, wie Vögel und Mikroben, ähnliche Auswirkungen haben könnten, weshalb es interessant wäre zu untersuchen, wie diese Organismen mit anderen atmosphärischen Prozessen wie dem Fluß von Ionen und Aerosolen interagieren.

Ein anderes Team der University of Bristol veröffentlicht im Juli 2024 eine Studie über Motten und Schmetterlinge, die während des Fluges genügend elektrostatische Ladungen ansammeln, um Pollen anzuziehen, ohne hierfür die Blüten berühren zu müssen. Sam J. England und Daniel Robert untersuchen in ihrer Studie ,Electrostatic pollination by butterflies and moths’ 269 Schmetterlinge und Motten (Lepidoptera) aus elf verschiedenen Arten und von fünf Kontinenten.

Die Analysen zeigen, daß die elektrostatische Ladung eines Schuppenflüglers ein elektrisches Feld von mehr als 5 kV/m erzeugt, wenn er sich nur wenige Millimeter von einer Blüte entfernt befindet, und daß ein elektrisches Feld dieser Größenordnung ausreicht, um eine berührungslose Pollenübertragung von der Blüte auf den Körper des Schmetterlings oder Falters zu bewirken.

Außerdem wird festgestellt, daß es phylogenetische Variationen in der Größe und Polarität der elektrostatischen Aufladung zwischen verschiedenen Arten und Familien der geflügelten Insekten gibt. Diese Variationen korrelieren mit morphologischen, biogeographischen und ökologischen Unterschieden könnten evolutionäre Anpassungen zur Maximierung oder Minimierung der Ladungsakkumulation in Bezug auf Bestäubung, Räuber und Parasiten widerspiegeln.

Die Feststellung, daß elektrostatische Aufladung ein Merkmal ist, auf das die Evolution einwirken kann, wirft viele Fragen darüber auf, wie und warum die natürliche Selektion dazu führen könnte, daß Tiere von der Menge an statischer Elektrizität, die sie ansammeln, profitieren oder darunter leiden. England würde daher gerne eine breitere Untersuchung von möglichst vielen verschiedenen Tierarten durchführen, um zu sehen, wie viel statische Elektrizität sie ansammeln, und dann nach Korrelationen mit ihrer Ökologie und Lebensweise suchen: „Dann können wir wirklich anfangen zu verstehen, wie Evolution und statische Elektrizität zusammenspielen.“

Im Dezember 2023 publiziert das National Renewable Energy Laboratory (NREL) den komplett einsehbaren Bericht über einen elektrostatischen Generator, der in Textilien, Gebäudewände oder Straßen eingewebt werden kann, um Metamaterialien zu bilden: ,Numerical Methods to Evaluate Hyperelastic Transducers: Hexagonal Distributed Embedded Energy Converters’. Wenn Wind, Wellen, der Druck eines Autos oder die Bewegungen eines Körpers diese elektrischen Gewebe verformen, erzeugen die integrierten Generatoren Energiefunken - auch wenn die einzelne Maschine bei jeder Dehnung nur ein Millionstel Joule Energie produziert.

Das Team um die Ingenieure James Salvador Niffenegger und Blake Craig Boren stellt die ultraflexiblen, zentimetergroßen elektrischen Maschinen mit der Bezeichnung sechseckige verteilte eingebettete Energiewandler (Hexagonal Distributed Embedded Energy Converters, hexDEECs) aus widerstandsfähigen und erschwinglichen Materialien wie Silikonkautschuk her, was sie sowohl kosteneffizient als auch ideal für Bedingungen wie den salzigen Ozean macht.

Die Entwickler nennen ein entsprechendes Anwendungsbeispiel: Um eine Navigationsboje, einen Wellenenergiekonverter oder ein Schiff festzuhalten, braucht man eine Verankerungstrosse, und diese kann auch aus einer geflochtenen Reihe von hexDEECs bestehen und dadurch die Fähigkeit erhalten, bei jedem Zug Strom zu erzeugen. Es werden aber noch andere Umsetzungsformen angedacht, die bereits ausführlich im Kapitel der Wellenenergie unter USA beschrieben sind (s.d.).

Die HexDEECs sind ursprünglich von den NREL-Experten Panagiotis ,Panos’ George Datskos und Jochem Weber entwickelt worden, die nach Möglichkeiten suchten, Strom aus der statischen Elektrizität zu erzeugen. Um einen elektrostatischen Generator mit variabler Kapazität zu bauen, verbanden sie zwei separate Flächen - wie eine flauschige Socke und einen Teppich - durch eine Feder miteinander. Drückten äußere Kräfte die Feder zusammen, kamen Socke und Teppich zusammen und eine elektrische Ladung entstand.

In Zusammenarbeit mit Boren wird dann ein beweglicheres, federloses Design konstruiert, eine sechseckige Version aus Silikonkautschuk, die die Vorteile des eigenen flexiblen Körpers nutzt, um zwischen Zusammendrücken und Öffnen zu wechseln und Elektrizität zu erzeugen. Die sechseckige Form ermöglicht es auch, die Maschinen zu größeren, leistungsfähigeren Metamaterialien zu verweben.

Zwar ist die hexDEEC-Technologie noch theoretisch, aber sie kann mehr als nur Energie erzeugen, denn in ihrem Aktuatormodus können diese Metamaterialien ihre Form verändern. HexDEEC-Fenster würden sich selbständig leicht verschieben, um Blendung zu verhindern, Wände könnten sich versteifen, um das Schwanken bei starkem Wind oder einem Erdbeben zu verringern, oder Sonnenkollektoren würden vibrieren, um sich von lichtblockierendem Staub zu befreien.

Im nächsten Schritt soll Design verfeinert werden, um zu bestätigen, daß solche theoretischen Anwendungen möglich sind, und auch um ihre Gesamtleistung zu steigern. Bislang werden zwei Patente genannt, die 2020 beantragt und 2022 erteilt wurden: ,Flexible Wave Energy Converter’ (US-Nr. 11.401.910) sowie ,Electric Machines as Motors and Power Generators’ (US-Nr. 11.522.469).

Im August 2024 erscheinen gleich mehrere Berichte im Zusammenhang mit triboelektrischen Nanogeneratoren.

Zum einen publiziert ein Team um Chenguo Hu von der Chongqing University in China eine Studie über Energiemanagement- und Energiespeicherstrategien für TENGs (,Efficient energy conversion mechanism and energy storage strategy for triboelectric nanogenerators’). In dem Beitrag wird ein detaillierter Mechanismus zur Energieübertragung und -extraktion vorgeschlagen, der die Spannungs- und Ladungsverluste berücksichtigt, die durch Schaltungen verursacht werden.

Darüber hinaus realisiert das Team eine TENG-basierte Stromversorgung mit Energiespeicher- und Regelungsfunktionen, was eine stabile Versorgung elektronischer Geräte unter unregelmäßigen mechanischen Einwirkungen erlaubt. Durch die synergetische Optimierung von TENG- und Schalterkonfigurationen wird die Energieumwandlungseffizienz um das 8,5-fache gesteigert.

Auf dieser Grundlage wird ein rotierender scheibenförmiger TENG (rotating free-standing mode TENG, RF-TENG) mit einer maximalen Leerlaufspannung von 6.913 V, einem maximalen Kurzschlußstrom von 85 μA und einer maximalen übertragenen Ladung von 1,3 μC hergestellt.

Die zweite Studie trägt den langen Titel ,A rolling-mode triboelectric nanogenerator with multi-tunnel grating electrodes and opposite-charge-enhancement for wave energy harvesting’ und stammt von einem großen chinesischen Forschungsteam, dem Mitglieder der Hong Kong University of Science and Technology, der Dalian Maritime University und der Xidian University angehören.

In dieser Arbeit wird ein triboelektrischer Nanogenerator mit geschlossener Struktur und Rollkugeln als Trägheitskörper vorgestellt (rolling-mode triboelectric nanogenerator, MO-TENG), der Multi-Tunnel-Gitterelektroden und den Mechanismus der gegenläufigen Ladungsverstärkung nutzt, um Wellenenergie effizient zu ernten.

Mit gestapelten MO-TENG-Einheiten und einem speziellen Energieverwaltungsmodul wird ein energieautarkes Ozeansensorsystem (self-powered ocean sensing, SOS) mit extrem niedrigem Stromverbrauch entwickelt, das neben Messungen auch die Möglichkeit zur Datenverarbeitung und drahtlosen Kommunikation über Entfernungen bis 800 m bietet. Zur Bewertung und Validierung des Systems werden mit der Boje sowohl im Labor als auch im realen Ozean Tests durchgeführt.

Der dritte Bericht im August wird von Wissenschaftlern der Shanghai University, des Beijing Institute of Technology und des Imperial College London veröffentlicht und trägt den Titel ,Ocean wave energy harvesting with high energy density and self-powered monitoring system’. Hierbei geht es um ein hochfestes, umweltverträgliches und schwimmfähiges Energieerntegerät, das auf den Defektzustandseigenschaften von Metamaterialien basiert.

Das durch die integrierte dynamische Anpassungsoptimierung von Materialien, Strukturen und Signalübertragung entwickelte Gerät erreicht eine hohe Energiedichte von 99 W/m3 und ermöglicht dem selbstversorgten Überwachungssystem die Echtzeitüberwachung verschiedener Meeresparameter und die drahtlose Weiterleitung der Daten.

Im September 2024 erscheint eine Studie, an der Forscher des Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST) in Korea, der indischen Siksha O Anusandhan University sowie der University of Southern Denmark beteiligt sind. Unter dem Titel ,Simultaneous Triboelectric and Mechanoluminescence Sensing Toward Self-Powered Applications’ wird ein selbstversorgter Sensor vorgestellt, der durch Bewegung und Druck gleichzeitig Strom und Licht erzeugt, indem triboelektrische Nanogeneratoren mit der Mechanolumineszenz verbunden werden.

Die Mechanolumineszenz (o. mechanochrome Lumineszenz, ML) bezieht sich auf Intensitäts- und/oder Farbänderungen von Festkörper-Leuchtstoffen, die durch mechanische Kräfte wie Reiben, Quetschen, Pressen, Scheren oder Streichen hervorgerufen werden.

Zu Umsetzung fügt das Forscherteam dem gummiartigen Polydimethylsiloxan (PDMS) lichtemittierende Zinksulfid-Kupfer-Partikel (ZnS:Cu) hinzu und entwirft eine einzelne Elektrodenstruktur auf der Grundlage von Silbernanodrähten, um eine hohe Effizienz zu erzielen. Das entwickelte Gerät verliert auch nach mehr als 5.000 wiederholten Druckvorgängen nicht an Leistung und erzeugt stabil Spannungen von bis zu 60 V und einen Strom von 395 nA.

Die Forschung am DGIST ist bereits auf einem Niveau, das für reale Anwendungen bereit ist, wie für tragbare Sicherheitsvorrichtungen, die Überwachung von Sportaktivitäten und Rettungssignalgeräte. Beispiele sind Helme, die einen Aufprall erkennen und sofort einen Alarm senden, Glenkschützer, die Bewegungen erkennen, und Geräte, die unter Wasser Rettungssignale senden können. Insbesondere die Möglichkeit, SOS-Signale mit Hilfe von Licht zu senden, ohne Batterien zu benötigebn, kann in Notfällen wie bei der Katastrophenrettung und bei Tiefseeinsätzen sehr hilfreich sein.

 

Ein Hinweis zum Abschluß: Statische Aufladung hat nicht immer positive Auswirkungen. Eine elektrostatische Entladung kann einen kleinen Funken erzeugen, der verschiedene Gefahren mit sich bringt. Sie kann elektronische Geräte und mechanische Bauteile beschädigen oder die Verarbeitung von Materialien wie Papier und Kunststoff stören. Außerdem kann die Entladung einen elektrischen Schlag durch den Körper verursachen. Meist handelt es sich dabei nur um einen kleinen, kaum spürbaren Schock, der aber im Extremfall zu Verbrennungen oder sogar zum Herzstillstand führen kann. Elektrostatische Entladungen können auch Brände und Explosionen auslösen, wenn brennbare oder explosive Stoffe vorhanden sind.

 

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