Kraftwerk Sport: Chinesen wandeln Schweiß in Energie um

Mithilfe von „tätowierten Batterien“ haben Forscher eine neue Methode entwickelt, um Energie zu gewinnen. Das funktioniert über einen beweglichen Lactat-Sensor. Der Sensor ist wiederum ausgestattet mit einem Enzym, dass die Elektronen vom Lactat trennt. So entsteht eine schwache elektrische Spannung.

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Die Konstruktion basiert dabei auf einem temporären Tattoo, das mit speziellen Sensoren ausgestattet ist. Diese messen den Trainingsfortschritt und produzieren gleichzeitig Strom durch den Schweiß auf der Haut des Sportlers. Vergangene Woche wurde das Modell auf einer Ausstellung der American Chemical Society vorgestellt.

Lactat ist dabei der Schlüssel für das System. Dieser Stoff, der auf natürliche Weise im Schweiß vorkommt, wird üblicherweise nur bei Profisportlern gemessen. Dazu gehörige Tests werden häufig bei Fußballspielern durchgeführt, um deren Fitness zu überprüfen. Dies wollen sich die Wissenschaftler für die Tattoo-Batterie zunutze machen.

Wenzhao Jia hat mit seinen Kollegen an der University of California eine einfachere und schnellere Methode des Lactat-Tests entwickelt. „Lactat ist ein sehr wichtiger Indikator, der angibt, wie es dir während einer Übung geht.“ Als Faustregel gilt dabei: Je intensiver die Übung ist, desto mehr Lactat produziert der Körper.

Bei fordernden physischen Anstrengungen muss der Körper mehr Energie entwickeln. Dann wird ein Prozess namens Glykolyse gestartet. Dabei entsteht Energie und Lactat. Zumindest Letzteres kann im Blut nachgemessen werden.

Dies dient allerdings nicht nur dem Fitness-Test bei Profisportlern. Selbst Herz- und Lungenkrankheiten können damit diagnostiziert werden. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn die Untersuchungen ungewöhnlich hohe Lactat-Werte ergeben.

Mit der neu entwickelten Technologie schafften es die Forscher einen beweglichen Lactat-Sensor auf ein temporäres Tattoopapier zu drucken. Der Sensor ist wiederum ausgestattet mit einem Enzym, dass die Elektronen vom Lactat trennt. Dadurch entsteht eine schwache elektrische Spannung.

Für einen ersten kleinen Test bekamen zehn gesunde Freiwillige das Tattoo auf den Oberarm befestigt. Das Forscherteam führte dann Messungen durch, um die Stromerzeugung zu analysieren. Bei dem Versuch fuhren die Freiwilligen 30 Minuten lang Fahrrad mit steigernder Intensität. Dadurch konnte das Lactat-Niveau während des Tests gemessen und mit der größer werdenden Anstrengung verglichen werden.

Doch das Lactat-Tattoo reichte den Forschern noch nicht als Fortschritt. Sie entwickelten eine schweißgetriebene Biobatterie. In einem ersten Video zeigen die Wissenschaftler die Funktionsweise. Dabei leitet das Tattoo je mehr Strom, desto höher die Schweißproduktion ist. Durch die entwickelte Energie wird das kleine Gerät auf dem Tattoo betrieben und kann die Lactat-Produktion messen.

In einem zweiten Test stellten sich 15 Freiwillige zur Verfügung. Diesmal wurde nicht die Lactat-Produktion untersucht, sondern wie viel Energie die Batterie auf dem Oberarm erzeugt. Dies ist natürlich abhängig davon, wie viel geschwitzt wird. Interessanterweise haben deshalb die Menschen mit wenig Ausdauer mehr Strom produziert. Das ging sogar soweit, dass besonders aktive Teilnehmer, die mehr als drei Mal pro Woche Sport treiben, bei dem Test die wenigste Menge an Energie produzierten.

Die maximale Energie erzeugte ein Teilnehmer der Gruppe, die weniger als einmal pro Woche Sport treibt. Gemessen wurden hierbei 70 Mikrowatt pro Quadratzentimeter Hautfläche. Jia ist mit dem ersten Ergebnis zufrieden, er will dennoch mehr. „Die aktuelle Energieproduktion ist nicht sonderlich hoch, aber wir arbeiten daran, dies zu verstärken, so dass wir damit auch kleine Geräte betreiben können.“

Biobatterien, wie sie bei diesem Modell verwendet werden, haben einige Vorteile gegenüber konventionellen Batterien: Sie lassen sich schneller aufladen, verwenden erneuerbare Energien – in diesem Fall Schweiß – und sich wesentlich sicher, weil sie keine giftigen Chemikalien verwenden und deshalb auch nicht explodieren können.

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