Die fortschreitende Integration von Technik in lebende Organismen erfordert biokompatible und flexible Energiequellen, die ihre Energie aus einem biologischen System selbst beziehen können. Die Erzeugung von Elektrizität innerhalb des Körpers könnte für implantierbare Geräte wie Herzschrittmacher, Sensoren, Medikamentendosierungspumpen oder Prothesen sowie vielleicht auch für Wearables dauerhaft Energie liefern.
 

Electric eel inspires new power source
Bild: University of Fribourg

Inspiration durch die Natur

In der Hoffnung, eine Lösung für dieses Problem zu finden, haben Forscher des Adolphe Merkle Instituts (nicht Angela Merkel ;-) der University of Fribourg (nicht Freiburg ;-), der University of Michigan und der University of California San Diego die Phänomene beim Zitteraal untersucht, einer Art der Gattung der Neuwelt-Messerfische.

Kleinfisch macht auch Zack!

Das elektrische Organ dieses Aals macht etwa 80 % seines Körpers aus und besteht aus parallelen Stapeln von langen und dünnen Zellen, den sogenannten Elektrozyten. Ausgelöst durch das Gehirn erzeugen diese Zellen jeweils eine kleine Spannung, indem sie Natriumionen in die Zelle einströmen lassen, während Kaliumionen hinausbefördert werden. Die dabei entstehende Spannung kann aufsummiert bis zu 600 V erreichen.
Inspiriert von diesem Prinzip haben die Wissenschaftler eine Energiequelle entwickelt, die auf der Grundlage der sogenannten Salinitätsdifferenz zwischen durch ionenselektive Membranen getrennten Frischwasser- und Salzwasserabteilen elektrische Spannung erzeugt. Durch Serienschaltung mehrerer hundert solcher Kompartimente konnten die Forscher Spannungen von 110 V lediglich aus Unterschieden der Salzkonzentrationen von Wasser erzeugen.

Raumfahrt & 3D-Druck

Um alle Zellen gleichzeitig auszulösen, nutzten die Forscher eine ursprünglich zum Entfalten von Solarmodulen im Weltraum entwickelte Technik.
Jeder Teil dieser Energiequelle besteht aus einem Hydrogel in einem massiven Polymerkäfig, der Wasser enthält und Salzionen leiten kann. Diese Teile können mit einem handelsüblichen 3D-Drucker auf transparenten Kunststoffplatten erzeugt werden.

Noch nicht ganz spruchreif

Die Ergebnisse sind leider noch weit von den Fähigkeiten des Zitteraals entfernt. Die Hauptschwierigkeit besteht darin, die metabolischen Energieressourcen des Körpers zu nutzen. Verschiedene Wege sind hierbei denkbar, wie etwa die Nutzung von Ionendifferenzen (zum Beispiel in Magenflüssigkeiten) oder auch die direkte Umwandlung mechanischer Muskelenergie in elektrische Energie.