Wie Joanneum Research am Dienstag in einer Aussendung mitteilte, ist die Alltagsumgebung mittlerweile gespickt mit von außen nicht sichtbaren Sensoren: "Sie sind nicht nur im offensichtlichen Umfeld, wie beispielsweise in moderner Produktion oder Informationstechnologien, zu finden, sondern auch im Stillen und Versteckten: in den Wänden unserer Häuser, in der Karosserie unserer Fahrzeuge, im Fußboden, in Windturbinen, im Spielzeug, in der landwirtschaftlichen Nutzung und vieles mehr." Es stelle sich aber die Frage nach der Energieversorgung für diese Sensoren. Verkabelung oder Photovoltaik scheiden aus und Batterien sind wenig ökologisch und bringen Wartungsaufwand. "Symphony" (Smart Hybrid Multimodal Printed Harvesting of Energy) will an die Lösung des Problems gehen.

Ein kleiner, verbauter Sensor beispielsweise zum Messen der Zimmertemperatur braucht 0,1 bis zehn Milliwatt bei dauerhafter drahtloser Übertragung, schilderte Groten. Er ist Experte für piezoelektrisches Energy Harvesting bei Materials, dem Institut für Oberflächentechnologien und Photonik des Joanneum Research. "Wir haben uns gefragt, wie man am effizientesten die dauerhafte Energieversorgung an versteckten Orten gewährleisten kann. Eine Möglichkeit ist die Umwandlung von kinetischer Energie wie Vibration oder Rotation in elektrische Energie. Also nicht elektrische wird zu elektrischer Energie und kann dann direkt an Ort und Stelle 'geerntet' werden. Das entspricht dem System des Energy Harvesting und funktioniert in vielen Anwendungen." Die bekannteste und mittlerweile schon alte Technologie ist die der Solarzellen. Aber das funktioniert eben nur mit Licht. Eine Alternative stellen Vibrationen dar.

Wackeln nutzen

Man kann die Bewegungsenergie zum Beispiel von Maschinen, die in Produktionslinien "wackeln", nutzen. Dafür brauche man ein Material mit elektromechanischen Eigenschaften als "Umwandler". Häufig würden dafür Bleiverbindungen eingesetzt, die jedoch sehr toxisch sind. "Wir verwenden deswegen ein bleifreies Polymer mit piezoeleketrischen Eigenschaften", erklärte Groten. "Dieses Polymer hat mehrere Vorteile: Es ist nicht giftig, es ist günstig und es ist großflächig druckbar. Wir beschäftigen uns in unserer Forschung damit, wie wir dieses Material weiter optimieren können."

Beim Projekt "Symphony" werden drei Anwendungsbeispiele des energieumwandelnden Polymers untersucht: die Zustandsüberwachung in einer Windkraftanlage, die energieeffiziente Raumheizung oder -kühlung eines smarten Hauses und die Druckkontrolle von Schläuchen in Fahrrädern. Die Funktionsweise des piezoelektrischen Polymers PVDF ist dabei folgende: "Unter bestimmten Bedingungen bildet es eine Struktur, in der sich kleinste molekulare Dipole über einen großen Bereich aufsummieren. Man spricht dann von einer remanenten Polarisation. Wird dieses Polymer nun verformt, ändert sich diese Polarisation, und dadurch auch die Anzahl der elektrischen Ladungen in auf das Polymer aufgebrachten Elektroden. Verbindet man diese Elektroden wird bei mechanischer Verformung Strom generiert, der für die Energiegewinnung eingesetzt wird", hieß es in der Aussendung.