bedeckt München 20°

Energietechnik:Zitteraal-Kraftwerk

Die Fische töten ihre Beute mit Spannungspulsen von bis zu 800 Volt. Das ist faszinierend und bizarr und hat Wissenschaftler dazu inspiriert, die Tricks der Zitteraale zu kopieren: Sie haben eine Folie konstruiert, die auf ähnliche Weise Strom erzeugt.

Mit Spannungspulsen von bis zu 800 Volt tötet der Zitteraal seine Beute und verteidigt sich gegen Räuber. Sein elektrisches Organ besteht aus Tausenden winzigen Elektrozyten. Diese Stromquelle ahmten nun Wissenschaftler aus der Schweiz und den USA nach. Wie sie im Fachblatt Nature berichten, konnten sie so elektrische Spannungen von bis zu 110 Volt erzeugen. Aufgebaut aus einem weichen, flexiblen Kunststoff könnte das Zitteraal-Kraftwerk-Prinzip für Stromquellen zum Betrieb von Sensoren, Implantaten oder gar Herzschrittmacher genutzt werden.

"Der Zitteraal polarisiert Tausende Zellen gleichzeitig, um die hohen Spannungen zu erzeugen", sagt Max Shtein von der University of Michigan. In diesen Elektrozyten konzentrieren sich abwechselnd Kalium- und Natriumionen, jeweils mit hauchdünnen Membranen voneinander getrennt. Auf der Jagd nach Beute aktiviert der Zitteraal die Zellen durch Muskelbewegungen und die Membranen werden für die Ladungsträger durchlässig. Jeder Elektrozyt baut so eine elektrische Spannung von etwa 150 Millivolt auf. Mit dem gesamten Organ entstehen Spannungspulse mit mehr als 600 Volt bei einer Stromstärke von rund einem Ampere.

Die Strom erzeugenden Elektrozyten bauten Shtein und seine Kollegen von der Universität Fribourg per 3-D-Druckverfahren nach. Auf einer Kunststoffschicht druckten sie knapp 2500 Noppen aus einem weichen, flexiblen Hydrogel. Immer abwechselnd war in den Hydrogelnoppen mal sehr viel, mal fast gar kein Salz gelöst. War die Folie flach ausgelegt, berührten sich die einzelnen Noppen nicht. Dann legten die Forscher darauf eine zweite Noppenfolie genau so, dass sich immer abwechselnd Noppen mit hohem und geringem Salzanteil berührten. Durch die Kontaktflächen konnten nun die enthaltenen Ionen wandern und so einen Stromfluss erzeugen.

© SZ vom 18.12.2017 / wsa
Zur SZ-Startseite