Der Energiebaum

"Mein Freund der Baum": Nicht nur Vertreter der Müsli-Fraktion haben dieses Sechzigerjahre-Hit von Schlagersängerin Alexandra gerne auf den Lippen, sondern auch die Holzwirtschaft sowie die Kämpfer gegen den Klimawandel, schließlich bauen die Pflanzen etwa im Regenwald gehörig CO2 ab. Dass man aus Bäumen auch Strom gewinnen kann, ohne sie vorher abzuholzen, ist dagegen neu. Doch genau das haben Forscher der University of Washington (UW) in Seattle nun gezeigt: Anhand des großblättrigen Ahorns, der in größerer Stückzahl auf dem Campus-Gelände steht.

Ein Kraftwerk ersetzen die ausgewachsen 30 Meter hohen und fast 1,5 Meter dicken Blattriesen allerdings nicht. Doch immerhin einige Millivolt ließen sich aus den Gewächsen ziehen. Anwendungsfelder dafür gibt es durchaus: Beispielsweise Sensoren, die auch ohne Batterie den Zustand des Baumes ständig überwachen, oder aber in den ausgedehnten Wäldern Skandinaviens oder Amerikas als frühzeitiger Feuermelder dienen.

Die Grundidee, die von den UW-Forschern nun erstmals in die Praxis umgesetzt wurde, stammt eigentlich von Wissenschaftlern des MIT in Cambridge. Dort hatte man bereits 2008 im Rahmen einer Studie dokumentiert, dass ausgewachsene Bäume bis zu 200 Millivolt an Spannung liefern können. Dazu muss nur eine Elektrode in den Stamm, eine weitere in das Erdreich um selbigen gesteckt werden. Die UW-Wissenschaftler schufen nun einen Schaltkreis, der mit zwischengeschalteter Konvertierung bis zu 350 Millivolt bezog, was einem Viertel der Spannung einer Mignonbatterie entspricht.

Warum Bäume Strom liefern, ist bislang noch nicht genau erforscht. Es könnte sich um Signalisierungssysteme handeln, wie man es von menschlichen Nerven kennt - nur eben deutlich langsamer.

Um sicherzustellen, dass es die Forscher nicht mit dem lange bekannten Zitroneneffekt zu tun hatten, sondern tatsächlich die Stoffwechselprozesse des Baumes des Baums anzapften, achteten die Forscher darauf, dass jeweils das gleiche Metall für beide Elektroden verwendet wurde. So wurde die Schaffung eines elektrischen Potenzials durch metallische Reaktionen unterbunden.

Bei ihrem Versuch bauten die UW-Forscher einen Schaltkreis auf, der aus Teilen in 130 Nanometer-Bauweise bestand. Diese verbrauchten 10 Nanowatt im Betrieb, was der Baum locker schaffte. "Normale Elektronik wird in diesem Voltbereich und bei diesen Stromstärken nicht funktionieren. Im Nanobereich geht das aber, weil hier nur wenig Energie notwendig ist", sagt Babak Parviz, Dozent für Elektrotechnik und Co-Autor der Studie, die im Journal "IEEE Transactions on Nanotechnology" erschien.

Laut den Erkenntnissen der Forscher ist es die erste Peer Review-Studie, bei der Forscher einen Schaltkreis ganz durch Elektroden in einem Baum betrieben. Um dann doch etwas mehr Strom zu haben als nur maximal Hunderte Millivolt, bauten Parviz und sein Team auch noch einen so genannte Boost Converter. Dieser nimmt geringe Eingangsspannungen an, sammelt sie und kann bis zu 1,1 Volt ausgeben. Das würde durchaus für handelsübliche Sensoren ausreichen.

Ganz unproblematisch war der Aufbau des Prototypen allerdings nicht. Die Forscher stießen auf das Problem, dass sich die verbaute Elektronik regelmäßig schlafen legte, um Strom zu sparen. Um das zu vermeiden, wurde eine Art Minizeitschaltuhr geschaffen, die nur 1 Nanowatt zieht. Sie liefert alle paar Sekunden einen elektrischen Impuls, der den Rest des Schaltkreises aufwachen lässt.

Neben den MIT- und UW-Forschern bastelt inzwischen auch eine kommerzielle Firma an der Ausnutzung der Baumkraft. Das Unternehmen Voltree Power aus Canton in Massachusetts arbeitet am so genannten "Early Wildfire Alert Network" (EWAN), das als Frühwarnsystem gegen Waldbrände genutzt werden soll. Es ergänzt die einzelnen Sensoren um ein Mesh-Netzwerk zur Datenweiterleitung von Baum zu Baum und kann Feuerwehrleute dann an genau die Stelle locken, wo ein Brand gerade ausgebrochen ist. (bsc)