Kraftwerk im Knie

08.02.2008

Der Mensch verbraucht zwar elektrische Energie, kann sie persönlich aber nicht erzeugen. Ein jetzt von Forschern vorgestellter Generator fürs Knie versorgt ohne große Zusatzanstrengung Handy, iPod und mehr

Es gibt nicht viele Kraftwerke, die so effektiv arbeiten wie der menschliche Körper. Aus simplen Rohstoffen, nämlich Wasser, Sauerstoff und Nahrung, erzeugt er die verschiedensten Energiearten: Wärmeenergie, die zum Beispiel unsere Körpertemperatur konstant bei 37 Grad Celsius hält, oder kinetische Energie, die uns von Ort zu Ort bringt und unsere Glieder in Bewegung hält. Ein erwachsener Mensch speichert allein in seinem Körperfett so viel Energie wie ein tonnenschwerer Akku. Die gespeicherte Energie können wir mit einer Effizienz von bis zu 25 Prozent in eine andere Form umwandeln - und dabei bis zu 100 Watt Leistung produzieren. Dass wir uns dereinst mit allerlei persönlichen elektronischen Gadgets umgeben würden, hat die Natur aber nicht geahnt. Und so sind unsere Fähigkeiten, die dafür nötige elektrische Energie bereitzustellen, schon sehr begrenzt.

Natürlich können wir uns dafür von allerlei Hilfsmitteln unterstützen lassen, Batterien, Akkus, irgendwann vielleicht in größerem Maßstab Brennstoffzellen - bei all diesen Technologien gibt es aber ein Umwandlungs- und Speicherproblem, davon abgesehen, stehen wir immer auch vor der Kapazitäts- und der Transportfrage. Wieviel bequemer wäre es doch, könnten wir die Verbrennungsmotor-Qualitäten unseres Körpers direkt nutzen.

Studienautor Donelan mit einem Prototypen des Knie-Kraftwerks (Bild: Science)

Erste Ansätze dazu gibt es auch schon: man denke an die Kurbelradios oder Fahrraddynamos, die wir mit Körperkraft in Bewegung setzen. Etwas ausgefeilter sind da schon andere Ideen: spezielle Schuheinlagen nutzen zum Beispiel unser Körpergewicht, um bis zu 0,8 Watt zu erzeugen.

Noch effizienter arbeitet ein Rucksack-Kraftwerk, das die sich ändernde Masseverteilung beim Gehen ausnutzt - ähnlich wie beim Prinzip der sich selbst aufziehenden Uhr. Es kann immerhin mit einer 38 Kilogramm schweren Last beim flotten Wandern bis zu 7,4 Watt abgeben. Ohne die schwere Last läuft aber nichts.

Aktive Bremsen

In der Regel bringen diese Methoden aber entweder die Muskeln dazu, zusätzliche Arbeit zu leisten, oder sie generieren einfach nicht genug Strom. Wissenschaftler aus Kanada und den USA stellen nun im Wissenschaftsmagazin Science ein Körper-Kraftwerk vor, das überschüssige Energie nutzt.

Sie haben das Prinzip den aktiven Bremsen der Verkehrsindustrie abgeschaut: Dort baut man kinetische Energie von Bahnen oder Autos dadurch ab, indem man sie Arbeit verrichten lässt. Einen Teil der vorher in die Beschleunigung gepumpten Energie kann man auf diese Weise zurückgewinnen. Nun müssen natürlich nicht nur Verkehrsmittel ab und zu bremsen, auch unsere Körperglieder dürfen nicht immer wild in der Gegend herumschlenkern.

Der "Energie-Ernter" besteht aus einem Alu-Chassis (grün), dem Generator (blau) und einer orthopädischen Knie-Klammer (rot). Pro Fuß kommen 1,6 Kilogramm Zusatzgewicht zusammen. (Bild: Science)

Damit der Mensch laufen kann, muss er seinen Unterschenkel mit Hilfe der zugehörigen Muskeln erst beschleunigen und dann wieder abbremsen. Das Bio-Kraftwerk, das die Wissenschaftler konstruiert haben, unterstützt den Körper bei eben diesem Bremsvorgang. Zwar wird auch hier keine Energie aus dem Nichts erzeugt - es wird aber zu einem sehr passenden Zeitpunkt eine Energieform (die jetzt eh nicht mehr benötigt wird) in eine andere ungewandelt, über die sich unsere elektronischen Gadgets freuen. Dazu passt das Knie-Kraftwerk genau den Bremsmoment ab - dabei entlastet es die Muskeln sogar.

Der Prototyp, den die Forscher konstruierten, erzeugte im rein generativen Modus 4,8 Watt elektrischer Leistung - im aktiven Modus sogar bis zu sieben Watt. Davon lässt sich durchaus das ein oder andere elektrische Gerät betreiben oder ein Akku aufladen. Würde man jedem Menschen auf der Erde zwei der Geräte umschnallen, entstünden im Jahr über 250.000 GWh "Menschenenergie", was etwas weniger als der Hälfte des jährlichen Verbrauchs von elektrischer Energie in Deutschland entspricht.

Zugegeben - das reicht noch nicht, den Klimawandel zu verhindern. Die Wissenschaftler schlagen aber vor, auf diese Weise das Viertel der Weltbevölkerung mit Strom für Licht und Kommunikation zu versorgen, das noch keinen Zugang zu elektrischer Energie hat.

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