Elektronik-Schaltkreis läuft mit Baumstrom

Forscher an der University of Washington (UW) haben einen elektronischen Schaltkreis entwickelt, der mit einer äußerst ungewöhnlichen Stromquelle auskommt: einem Baum.

Dieser liefert zwar nur eine Eingangsspannung im Millivoltbereich, doch aufgrund das speziellen Designs des Schaltkreises ist das genug, wie die Wissenschaftler in einer kommende Ausgabe des Journals Transactions on Nanotechnology berichten.

„Unseres Wissens nach ist dies die erste von Experten begutachtete Publikation darüber, dass jemand ein Gerät betreibt, nur, indem er Elektroden in einen Baum steckt“, sagt Babak Parviz, UW-Professor für Elektrotechnik. Er ist der Ansicht, dass Bäume in Zukunft genug Strom für bestimmte nanoelektronische Geräte liefern können.

Wie die UW-Forscher festgestellt haben, produziert eine auf dem Universitäts-Gelände verbreitete Ahorn-Art eine Spanung, die bis zu einige Hundert Millivolt (mV) betragen kann. Um diese geringe Eingangsspannung nutzbar zu machen, haben die Ingenieure einen Boost-Wandler entwickelt, der Eingangsspannungen ab 20 mV auf eine Ausgangsspannung von 1,1 Volt konvertieren kann – was immer noch weniger ist, als die Nennspannung einer Knopfzelle. Die Bauteile des UW-Schaltkreises wiederum sind nur 130 Nanometer groß und der mittlere Verbrauch liegt bei zehn Nanowatt.

„Normale Elektronik wird mit den Spannungen und Strömen, die ein Baum liefert, nicht funktionieren“, hält Parviz fest. Selbst der Spezial-Schaltkreis verbringt einen guten Teil der Zeit in einem energiesparenden Schlafzustand. Damit das System nicht in diesem Zustand einfriert, wurde ein spezielles Uhrelement verbaut, das alle paar Sekunden einen Weckimpuls gibt. Dennoch sehen die Forscher ein Potenzial, mit Baumstrom speziell energieeffiziente Nanotechnologie zu versorgen. Denkbar seien Baumsensoren, die beispielsweise Auskunft über Umweltbedingungen geben oder Waldbrände detektieren. Auch könne das Signal Aufschluss über den Gesundheitszustand des Baumes geben.

Der Baumstrom entsteht nicht aufgrund der Verwendung von Elektroden aus verschiedenen Metallen und den chemischen Reaktionen, die für das Funktionieren einer „Zitronenbatterie“. Das haben schon vor rund einem Jahr Forscher am Massachussetts Institute of Technology (MIT) http://www.mit.edu festgestellt. Laut Parviz sei bisher nicht genau klar, wie die Spannung entsteht. „Es scheint in Bäumen eine Signalübertragung ähnlich jener im menschlichen Körper zu geben, aber mit geringerer Geschwindigkeit“, meint er. Das MIT-Team allerdings hatte den Effekt einem Ungleichgewicht zwischen dem pH-Wert im Baum und dem umgebenden Erdreich zugeschrieben.

Auch am MIT hat man darauf gesetzt, mittels Baumstrom Sensoren zur Warnung vor Waldbränden zu betreiben. Die Entwicklung eines drahtlosen Sensornetzwerks für diesen Zweck wurde vom Start-up Voltree Power http://voltreepower.com vorangetrieben. Ende Juni dieses Jahres hat das Unternehmen gemeldet, dass ein erster Feldtest unter Aufsicht des United States Forest Service http://www.fs.fed.us und des Bureau of Land Management erfolgreich verlaufen sei.