Ingenieure aus Südkorea haben einen Verbundwerkstoff auf Zementbasis erfunden, der in Beton verwendet werden kann, um Strukturen zu bauen, die durch Einwirkung externer mechanischer Energiequellen wie Schritte, Wind, Regen und Wellen Strom erzeugen und speichern.
Indem der Zement Strukturen in Energiequellen verwandelt, wird er das Problem lösen, dass die gebaute Umwelt 40 % der weltweiten Energie verbraucht, glauben sie.
Gebäudenutzer müssen sich keine Sorgen um einen Stromschlag machen. Tests zeigten, dass ein Volumenprozent leitfähiger Kohlenstofffasern in einer Zementmischung ausreichte, um dem Zement die gewünschten elektrischen Eigenschaften zu verleihen, ohne die strukturelle Leistung zu beeinträchtigen. Der erzeugte Strom lag zudem weit unter dem für den menschlichen Körper maximal zulässigen Wert.
Forscher im Maschinenbau und Bauingenieurwesen der Incheon National University, der Kyung Hee University und der Korea University haben ein leitfähiges Komposit auf Zementbasis (CBC) mit Kohlenstofffasern entwickelt, das auch als triboelektrischer Nanogenerator (TENG) fungieren kann, eine Art mechanischer Energiesammler.
Sie entwarfen eine Struktur im Labormaßstab und einen Kondensator auf CBC-Basis unter Verwendung des entwickelten Materials, um dessen Energiegewinnungs- und -speicherfähigkeiten zu testen.
„Wir wollten ein strukturelles Energiematerial entwickeln, mit dem man Netto-Nullenergiestrukturen bauen kann, die ihren eigenen Strom verbrauchen und produzieren“, sagte Seung-Jung Lee, Professor am Institut für Bau- und Umweltingenieurwesen der Incheon National University.
„Da Zement ein unverzichtbarer Baustoff ist, haben wir uns entschieden, ihn mit leitfähigen Füllstoffen als leitfähiges Kernelement für unser CBC-TENG-System zu verwenden“, fügte er hinzu.
Die Ergebnisse ihrer Forschung wurden diesen Monat in der Zeitschrift Nano Energy veröffentlicht.
Abgesehen von der Speicherung und Gewinnung von Energie könnte das Material auch zur Entwicklung selbsterfassender Systeme verwendet werden, die den strukturellen Zustand überwachen und die verbleibende Lebensdauer von Betonstrukturen ohne externe Energie vorhersagen.
„Unser oberstes Ziel war es, Materialien zu entwickeln, die das Leben der Menschen verbessern und keine zusätzliche Energie benötigen, um den Planeten zu retten. Und wir erwarten, dass die Ergebnisse dieser Studie dazu genutzt werden können, die Anwendbarkeit von CBC als All-in-One-Energiematerial für Netto-Null-Energiestrukturen zu erweitern“, sagte Prof. Lee.
Bei der Veröffentlichung der Forschungsergebnisse witzelte die Incheon National University: „Das scheint ein fulminanter Start in eine bessere und grünere Zukunft zu sein!“
Globale Bauprüfung
Veröffentlichungszeit: 16. Dezember 2021