Wir können Strom erzeugen, indem wir uns auf die Rotation der Erde verlassen und die Erde sogar langsamer rotieren lassen. Glaubst du es?

Physiker haben eine innovative Idee: Die Energie aus der Erdrotation durch ihr Magnetfeld könnte zur Stromerzeugung genutzt werden. Experimente zeigen, dass ein spezielles magnetisches Material dabei helfen kann, die durch die Erdrotation erzeugte Energie zu nutzen. Aber nicht jeder ist überzeugt. Die entsprechenden Forschungsergebnisse wurden am 19. März in Physical Review Research veröffentlicht und auf einer Tagung der American Physical Society vorgestellt.

Die Forscher sagen, der Befund sei faszinierend, wenn auch umstritten. Der Effekt konnte nur in einem sorgfältig entworfenen Aufbau festgestellt werden und erzeugte lediglich 17 Mikrovolt – ein winziger Bruchteil der Spannung, die freigesetzt wird, wenn ein einzelnes Neuron feuert. Daher lässt sich nur schwer feststellen, ob die Beobachtung auf einen anderen Effekt zurückzuführen ist. Wenn dies zutrifft und das Gerät skaliert werden kann, könnte es an einem stationären Standort emissionsfreien Strom erzeugen, was in abgelegenen Gebieten oder für medizinische Anwendungen nützlich sein könnte.

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„Diese Idee ist etwas kontraintuitiv und seit Faradays Zeiten umstritten“, sagte Paul Thomas, emeritierter Physiker der University of Wisconsin-Eau Claire. Er ist jedoch der Ansicht, dass das Experiment unter der Leitung des Physikers Christopher Chyba von der Princeton University in den USA vorsichtig durchgeführt wurde. „Ich fand es fesselnd und bemerkenswert.“

Andere stimmten zu, dass die Ergebnisse umwerfend waren, blieben aber skeptisch. Rinke Wijngaarden, ein pensionierter Physiker, der früher an der Freien Universität Amsterdam in den Niederlanden tätig war, begann 2016, sich mit den Behauptungen der Autoren zu beschäftigen, konnte diesen Effekt in seinen eigenen Experimenten im Jahr 2018 jedoch nicht feststellen. Er fand die Arbeit sehr interessant, blieb aber davon überzeugt, dass „die Theorie von Chyba et al. nicht stimmen konnte“.

Theoretisch funktioniert das Gerät ähnlich wie ein Kraftwerk, in dem ein Leiter durch ein Magnetfeld geführt wird, wodurch Elektronen in Bewegung versetzt werden und ein elektrischer Strom erzeugt wird. Einer Demonstration aus dem Jahr 1912 zufolge bleiben Teile des Magnetfelds stationär, während sich die Erde dreht, und Leiter auf der Erdoberfläche verlaufen durch bestimmte Teile des Felds.

Normalerweise würde dadurch kein elektrischer Strom erzeugt, da sich die Elektronen in einem gleichmäßigen Magnetfeld wie dem der Erde aufgrund dieses Drucks neu anordnen würden, wodurch eine entgegengesetzte elektrische Kraft entstehen würde, die die Ladungen letztlich an ihrem Platz halten würde.

Aber Chyba und Kollegen sagen, sie hätten ein Schlupfloch gefunden. Mithilfe komplexer Berechnungen haben Forscher gezeigt, dass bestimmte Materialien über besondere Eigenschaften verfügen, die, wenn sie zu runden Röhren geformt werden, das Magnetfeld der Erde in eine seltsame Struktur lenken können. Dadurch, so dachten sie, würde ein magnetischer Stoß entstehen, dem die elektrostatischen Kräfte im Inneren des Geräts nicht entgegenwirken könnten, und so ein elektrischer Strom erzeugt werden.

Um ihre Theorie zu beweisen, schufen die Forscher einen Hohlzylinder aus einem weichmagnetischen Material, das Mangan, Zink und Eisen enthält. Während sie andere Effekte kontrollierten, suchten sie nach der Spannung und dem Strom durch das Gerät. Sie beobachteten Spannungen von 17 Mikrovolt, abhängig von der Ausrichtung des Geräts im Verhältnis zum Erdmagnetfeld. Als sie anstelle eines hohlen Rohrs einen massiven Leiter verwendeten, betrug die Spannung Null.

„Die beobachtete Spannung könnte aufgrund vieler anderer Faktoren so gering sein.“ Doch Wijngaarden sagt, das Chyba-Team habe „alle Anstrengungen unternommen, um zu versuchen“, andere mögliche Einflüsse wie Temperaturschwankungen zu vermeiden.

Wijngaarden sagte, es seien weitere Beweise nötig, bevor man zu dem Schluss kommen könne, dass die Spannung tatsächlich von der Erdrotation herrühre. Physiker können testen, ob das Experiment wie vorhergesagt in unterschiedlichen Breitengraden unterschiedliche Ergebnisse liefert.

Selbst wenn dieser Ansatz erfolgreich wäre, würde er keine Energie aus dem Nichts erzeugen. Es würde die kinetische Energie der Erde nutzen und dabei ihre Rotation allmählich verlangsamen – wenn auch nur geringfügig. Wenn diese Technologie den gesamten Elektrizitätsbedarf der Erde decken könnte (der im Jahr 2022 auf 11 Terawatt geschätzt wird), würde sich die Rotation des Planeten im Laufe des nächsten Jahrhunderts nach Berechnungen der Autoren um 7 Millisekunden verlangsamen.

Verweise

[1]https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.7.013285

Planung und Produktion

Quelle: China Science Daily

Herausgeber: Yinuo

Korrekturgelesen von Xu Lailinlin