Südkoreanische Ingenieure haben einen zementbasierten Verbundwerkstoff entwickelt, der in Beton verwendet werden kann, um Strukturen herzustellen, die durch Einwirkung externer mechanischer Energiequellen wie Schritte, Wind, Regen und Wellen Strom erzeugen und speichern.
Indem man Bauwerke in Energiequellen verwandelt, wird der Zement das Problem lösen, dass die gebaute Umwelt 40 % der weltweiten Energie verbraucht, so ihre Überzeugung.
Gebäudenutzer müssen sich keine Sorgen um Stromschläge machen. Tests haben gezeigt, dass bereits ein Volumenanteil von 1 % leitfähiger Kohlenstofffasern in einer Zementmischung ausreicht, um dem Zement die gewünschten elektrischen Eigenschaften zu verleihen, ohne die Tragfähigkeit zu beeinträchtigen. Der erzeugte Strom liegt weit unter dem für den menschlichen Körper maximal zulässigen Wert.
Forscher aus den Bereichen Maschinenbau und Bauingenieurwesen der Incheon National University, der Kyung Hee University und der Korea University haben einen zementbasierten leitfähigen Verbundwerkstoff (CBC) mit Kohlenstofffasern entwickelt, der auch als triboelektrischer Nanogenerator (TENG), eine Art mechanischer Energiewandler, fungieren kann.
Sie entwarfen eine Struktur im Labormaßstab und einen CBC-basierten Kondensator unter Verwendung des entwickelten Materials, um dessen Energiegewinnungs- und Speichereigenschaften zu testen.
„Wir wollten ein Strukturenergiematerial entwickeln, mit dem sich Netto-Null-Energie-Gebäude errichten lassen, die ihren eigenen Strom verbrauchen und erzeugen“, 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 zentrales leitfähiges Element für unser CBC-TENG-System zu verwenden“, fügte er hinzu.
Die Ergebnisse ihrer Forschung wurden diesen Monat in der Fachzeitschrift Nano Energy veröffentlicht.
Abgesehen von der Energiespeicherung und -gewinnung könnte das Material auch zur Entwicklung von selbstüberwachenden Systemen verwendet werden, die den strukturellen Zustand überwachen und die verbleibende Nutzungsdauer von Betonkonstruktionen ohne externe Energiezufuhr vorhersagen.
„Unser oberstes Ziel war die Entwicklung von Materialien, die das Leben der Menschen verbessern und keine zusätzliche Energie benötigen, um den Planeten zu retten. Wir gehen davon aus, dass die Ergebnisse dieser Studie dazu beitragen können, die Anwendbarkeit von CBC als All-in-One-Energiematerial für klimaneutrale Gebäude zu erweitern“, sagte Prof. Lee.
Die Incheon National University veröffentlichte die Forschungsergebnisse mit dem Kommentar: „Das scheint ein fulminanter Start in eine bessere und grünere Zukunft zu sein!“
Global Construction Review
Veröffentlichungsdatum: 16. Dezember 2021