Wissenschaftler der Universität Limerick haben eine innovative Technik zur Erzeugung nachhaltiger Energie mithilfe organischer Kristalle entwickelt. Dieser Durchbruch in der piezoelektrischen Technologie verspricht umweltfreundliche Alternativen zu herkömmlichen Energiequellen.
Forscher der University of Limerick in Irland haben eine bahnbrechende Technik zur Erzeugung umweltfreundlicher Energie mithilfe organischer Kristalle entwickelt – ein bedeutender Fortschritt mit dem Potenzial, die Unterhaltungselektronik und medizinische Geräte zu revolutionieren.
Bei der innovativen Methode, die vom Actuate Lab im Fachbereich Chemiewissenschaften und am Bernal Institute der Universität entwickelt wurde, werden organische Kristalle gezüchtet, die unter Druck Energie gewinnen können. Diese Energie wird durch die Kompression von Aminosäuremolekülen erzeugt – den Grundbausteinen der Proteine im menschlichen Körper.
Dieses Phänomen wird als Piezoelektrizität bezeichnet, was aus dem Griechischen übersetzt „drückende Elektrizität“ bedeutet. Es wird typischerweise mit Keramik oder Polymeren in Verbindung gebracht, kommt aber auch in menschlichen Biomolekülen vor.
Das UL-Forschungsteam hat sich diese Eigenschaft zunutze gemacht, indem es prädiktive Computermodelle verwendete, um die von einem biologischen Material unter Druck erzeugte Elektrizität zu bestimmen. Das Ergebnis sind Materialien, die sich für die Stromversorgung von Sensoren in Unterhaltungselektronik und medizinischen Geräten eignen.
Der neueste Durchbruch des Teams, veröffentlicht in der Zeitschrift Physical Review Letters beschrieben, ermöglicht es ihnen, diese Kristalle mit Silikonformen zu gestalten und ihnen so jede gewünschte Konfiguration zu geben.
Mögliche Anwendungen reichen von Elementen in medizinischen Geräten bis hin zu Komponenten in Telefonmikrofonen oder Autosensoren. Diese individuell geformten Scheiben und Platten können eine Spannung erzeugen, die, wenn sie verstärkt wird, elektronische Geräte mit alltäglichen physikalischen Kräften antreiben könnte.
Hauptautor Krishna Hari, ein Doktorand der UL, betonte die Bedeutung ihrer Arbeit.
„Die von uns entwickelte, vielseitige Formtechnik ist eine kostengünstige Wachstumsmethode bei niedrigen Temperaturen, die den Weg für die schrittweise Einführung biomolekularer Piezoelektrika als leistungsstarke und umweltfreundliche Alternative zu derzeit verwendeten Keramiken ebnet“, sie sagte in a Pressemitteilung.
Mitverfasser Sarah Guerin, außerordentliche Professorin der UL, die 2023 von Research Ireland (SFI) als Nachwuchsforscherin des Jahres ausgezeichnet wurde, äußerte sich optimistisch über die möglichen Auswirkungen des Fortschritts.
„Wir hoffen, dass es das ganze Feld revolutionieren wird, denn es gibt viele Wissenschaftler, die versuchen, biologische Kristalle zu züchten, die sich immer noch chaotisch verhalten“, sagte Geurin in der Pressemitteilung. „Ich bin gespannt, ob sich dies als Methode für andere Leute durchsetzt, die an nachhaltiger Piezoelektrik arbeiten.“
Die Auswirkungen dieses Durchbruchs erstrecken sich bis hin zur möglichen Entfernung umweltschädlicher Materialien wie Blei aus Unterhaltungselektronik:
„Es gibt EU-Vorschriften für die Verwendung von Blei, aber Piezoelektrika sind eine der letzten verbliebenen Mainstream-Technologien, die diese Substanz enthalten dürfen, da es keine leistungsstarke Alternative gibt“, fügte Guerin hinzu. „Jedes Jahr fallen bei diesen Sensoren etwa 4,000 Tonnen bleihaltiger Elektroschrott an, und diese Forschung hat das Potenzial, diesen Abfall aus dem Herstellungsprozess zu entfernen.“
Diese Entwicklung verspricht einen bedeutenden Schritt hin zu nachhaltigeren elektronischen Geräten und stellt eine innovative Lösung für eine der anhaltenden Umweltprobleme der Branche dar.