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Skurril: Schweiß als Stromquelle

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In diesem Klebetattoo verbirgt sich die Biobatterie (Credit: American Chemical Society)
Wer beim Sport ordentlich schwitzt, tut nicht nur etwas für seine Gesundheit. Künftig könnte er damit sogar Strom erzeugen und beispielsweise sein Handy oder seinen MP3-Player aufladen. Klingt verrückt? Ist es aber nicht. US-Forscher haben den Prototypen eines solchen Schweiß-Akkus bereits getestet. Er besteht aus einem kleinen, mit einem Sensor und einem Enzym beschichteten Klebetattoo. Das Enzym setzt Elektronen aus dem im Schweiß enthaltenen Laktat frei und erzeugt so eine winzige Menge elektrischen Stroms. Noch reicht sie nicht aus, um ein Gerät zu laden, aber die Forscher sind zuversichtlich, ihre Technik noch ausbauen zu können.

Ausgangspunkt der skurrilen Idee war eine für die Sportmedizin wichtige Frage: Wie lässt sich der Laktatwert eines Athleten bestimmen, ohne ihm ständig lästige Blutproben entnehmen zu müssen? Bei starker körperlicher Aktivität wird im Muskel Zucker zu Laktat abgebaut. Dieses Salz der Milchsäure ist ein Maß dafür, wie stark sich der Muskel anstrengen muss, um seine Leistung zu bringen. Ungewöhnlich hohe Laktatwerte zeugen von eher untrainierten Muskeln, können aber auch auf ernste Erkrankungen von Lunge oder Herz-Kreislaufsystem hindeuten. Deshalb werden bei Belastungstests häufig Blutproben entnommen, um die Laktatwerte im Testverlauf zu ermitteln – keine wirklich angenehme Prozedur.  Wenzhao Jia von der University of California in San Diego und seine Kollegen suchten daher nach einer schonenderen Methode, um den Laktatwert bei solchen Tests zu bestimmen.

Dafür entwickelten sie einen chemischen Sensor, der nicht das Laktat im Blut, sondern im Schweiß der Sporttreibenden misst. Er besteht aus einem Enzym, das auf einem selbstklebenden, flexiblen Trägermaterial sitzt – einer Art Klebetattoo. Das Enzym reagiert mit dem Laktat und „klaut“ diesem dabei Elektronen, die als Strom abgeleitet werden. Dieser winzige Strom lässt sich messen und gibt an, wie viel Laktat abgegeben wurde. In einem ersten Test ließ sich so der Laktatwert von Probanden während eines 30-minütigen Trainings auf einem Fahrradergometer lückenlos und in Echtzeit mitverfolgen, wie die Forscher berichten.

Vom Sensor zur Biobatterie

Doch das Ganze lässt sich auch zu einer Biobatterie umfunktionieren, wie Jia und seine Kollegen in einem weiteren Versuch belegten. Durch kleine Veränderungen an dem Tattoosensor rüsteten sie ihn so um, dass er möglichst viele Elektronen aus der Laktatreaktion gewinnt. „Bisher können wir damit theoretisch ein Maximum von 70 Mikrowatt pro Quadratzentimeter erzeugen“, erklärt Jia. Allerdings waren die Elektroden ihrer Prototypen nur zwei bis drei Millimeter groß und damit viel zu klein, um schon diese Leistung zu bringen. Sie erzeugten gerade einmal vier Mikrowatt – selbst eine Uhr benötigt zehn Mikrowatt.

Doch mit etwas größeren Biobatterie-Pflastern und weiteren Optimierungen wollen die Forscher ihr Prinzip schon bald so verbessern, dass mit solchen Schweiß-Akkus künftig kleinere Geräte geladen werden können. „Solche auf der Haut getragenen Biosensoren und Biobatterien bieten vielversprechende Möglichkeiten für sportliche, militärische und biomedizinische Anwendungen“, so Jia und seine Kollegen. Die Vorteile gegenüber herkömmlichen Akkus lägen auf der Hand: Sie nutzen eine erneuerbare Energiequelle, wären immer dabei und enthalten keinerlei giftige Chemikalien.

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Einen kleinen Haken gibt es allerdings: Nicht jeder Mensch erzeugt beim Schwitzen gleich viel Strom mit der Biobatterie, wie sich beim Test des Prototypen herausstellte. Die Probanden, die extrem sportlich waren und normalerweise mehr als dreimal die Woche trainierten, produzierten kaum Strom. Die Biobatterien an den eher unsportlichen Teilnehmern dagegen erreichten die höchsten Leistungen. Der Grund für diese Unterschiede: Der Abbau von Zucker zu Laktat im Muskelgewebe findet erst dann statt, wenn der Muskel bereits ermüdet ist. Bei den Untrainierten fand sich daher schon früher und mehr Laktat im Schweiß als bei ihren sportlichen Kollegen, wie die Forscher erklären. In diesem speziellen Fall gilt daher ausnahmsweise: Je unsportlicher, desto besser – zumindest wenn es um die Stromausbeute der Biobatterie geht.

Quelle:

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar
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