Effiziente Energieumwandlung ersetzt riskante Operationen

Batteriebetriebene Geräte sind überall im Einsatz. Dabei sind Batterien umweltschädlich, weil sie giftige Stoffe enthalten und ineffizient, weil für die Produktion einer Batterie mehr Energie aufgewendet wird als sie später wieder zurückgibt. Wie Batterien ersetzt werden könnten durch die Umwandlung von ungenutzter Energie zum Beispiel in Wärme, Wasser oder der Luft, erforscht der Doktorand Chengdong Yuan derzeit am Fachbereich Ingenieurwissenschaften der Jade Hochschule.

Ziel des Promotionsvorhabens ist die Entwicklung miniaturisierter Energiewandler. Diese könnten beispielweise in der Medizintechnik zum Einsatz kommen: Durch die Umwandlung von Körperwärme oder -bewegung in elektrische Leistung kann die Lebensdauer von elektrisch aktiven Implantaten wie Herzschrittmachern verlängert werden  - und damit die aufwendige und riskante Operation zum Tausch des Implantats vermieden werden. „Wir Menschen sind alle kleine Batterien“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Tamara Bechtold, Betreuerin des Promotionsvorhabens. Der Körper als Quelle thermischer Energie würde beispielsweise durch die Temperaturdifferenz von 36,5 Grad innen und rund 22 Grad auf der Haut elektrische Spannung erzeugen, die für den Betrieb eines Implantats genutzt werden könnte.
Auch in der Industrie könnten miniaturisierte Energieumwandler eingesetzt werden. „Viele Maschinen sind rund um die Uhr im Einsatz und vibrieren während des Betriebs“, erklärt die Professorin. „Diese Vibrationsenergie könnte umgewandelt in elektrische Energie anders genutzt werden, zum Beispiel um Sensoren zu betreiben.“

Eine Herausforderung ist, dass die Geräte äußerst klein - für medizinische Implantate teilweise kleiner als ein Zentimeter - und trotzdem effizient sein müssen. „Mikrosysteme sind als Sensoren für Beschleunigung, Druck oder Sprache schon millionenfach in Automobilen und Mobiltelefonen im Einsatz“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Tamara Bechtold. Die Erzeugung elektrischer Leistung aus Energieformen der Umgebung sei jedoch ein neues Anwendungsfeld für Mikrosysteme, insbesondere in der Medizintechnik. „Sie müssen funktionieren, extrem klein und günstig in der Produktion sein“, beschreiben die Professorin und ihr Doktorand die Herausforderungen des Projektes.

Die Promotion von Chengdong Yuan zum Thema „Parametrische Modellordnungsreduktion von mikrosystemtechnischen Energiewandlern“ wird durch das hochschuleigene Promotionsprogramm der Jade Hochschule gefördert und in Kooperation mit der Universität Rostock durchgeführt.

---

Bilder unten: Chengdong Yuan und Prof. Dr.-Ing. Tamara Bechtold entwickeln miniaturisierte Energiewandler, die beispielsweise in der Medizintechnik zum Einsatz kommen könnten.

---

---