10.10.2022 | Porträts und Geschichten

Was mich an­treibt – An­dre­as War­ken­tin

Kasseler Promovierende und ihre Themen: Energie aus der Schwingung von Objekten ernten

Bild: Sofie Althoff

Andreas Warkentin (27): Energie aus der Schwingung von Objekten ernten

„In meiner Forschung beschäftige ich mich mit der theoretischen Beschreibung von smart materials und ihrer Anwendung im Rahmen des energy harvestings. Dabei geht es um die Frage, ob sich die mechanische Bewegung von Objekten, die wir in unserer Umgebung finden, in Elektrizität umwandeln lässt. Flugzeugtragflächen oder Brücken etwa schwingen permanent – ließe sich die vorhandene Energie nutzen, wäre sie eine nachhaltige Quelle für Energie. Ein simples Beispiel für die Ausnutzung der Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie: In manchen Feuerzeugen sind sogenannte Piezoelektrika verbaut. Sie nutzen eine mechanische Last zur Erzeugung eines elektrischen Funkens, der dann das Gas entzündet. Die Materialien, mit deren mikrophysikalischer Modellierung und numerischer Simulation ich mich beschäftige, sogenannte Ferroelektrika, können sogar noch mehr. Sie ändern ihre Mikrostruktur bei äußerer Belastungen dauerhaft. Dabei entsteht Wärme. Allerdings sind diese Veränderungen auch kompliziert vorherzusagen. Nun könnte man auf schwingende Objekte wie Brücken ferroelektrisches Material zum Beispiel als Folie aufbringen. Das würde grundsätzlich eine Produktion von Wärme nach sich ziehen. Um für das energy harvesting in Frage zu kommen, müssen die mechanischen Lasten allerdings große Arbeiten verrichten können, ohne dabei durch das smart material in ihrer eigentlichen Funktion beeinträchtigt zu werden. Das Material selbst kann die umgewandelte Energie nicht selbst speichern, weshalb die entstehende elektrische Spannung abgegriffen werden muss, z.B. dadurch, dass man einen elektrischen Stromkreislauf anschließt. Möglich ist auch, die geerntete Energie hinterher in Batterien zu speichern. Mein Schwerpunkt liegt auf der mikrophysikalischen Modellierung, ich mache also Grundlagenforschung. Ich überlege mir außerdem auch theoretische Konzepte zu energy harvesting-Kreisprozessen. Für die praktische Umsetzung und Weiterentwicklung der Kreisprozesse für das energy harvesting sind dann hinterher Fachleute aus der Konstruktion und Fertigung zuständig. Was mich besonders freut: Experimente in Zusammenarbeit mit der Universität Oxford haben unsere theoretischen Überlegungen bestätigt und Erkenntnisse geliefert, wie wir die Modellierung weiter vorantreiben können.