Stromerzeugung aus Radiowellen macht smarte Geräte ohne Batterie möglich

Von Wi-Fi über Bluetooth bis Mobilfunk lassen sich in unserer unmittelbaren Umgebung eine Vielzahl hochfrequenter Funkwellen ausmachen. Diese lassen sich mithilfe einer Rectenna, einer Schaltanordnung, die elektromagnetische Wellen in Gleichstrom umwandelt, für die Stromversorgung von Chips verwenden.

Nur so funktioniert zum Beispiel ein RFID-Chip, der weder auf Batterie noch Akku zugreifen kann. Auch die kleinen Transponder in mancher Winterbekleidung nutzen das Prinzip bereits, damit Verschüttete unter einer Lawine aufgespürt werden können.

Und im Bereich bis -10 dBm, was dem Tausendstel der Funkleistung eines WLAN-Routers entspricht, sind diese Schaltung sehr zuverlässig. Je nach Aufbau können dann 40 bis 70 Prozent der Energie der Radiowelle in Gleichstrom umgesetzt werden.

Energie: fast Null

Das Problem dabei: Funkt ein WLAN-Router mit voller Leistung, kommt bereits in einem Meter Entfernung auf der Fläche eines solchen Chips nur noch ein 30.000-stel davon an. Das ist 30-mal schwächer als bei den derzeitigen Chips nötig wäre.

Typischerweise liegt die Energie der elektromagnetischen Wellen, die in unserer unmittelbaren Umgebung zu finden sind, sogar noch einmal um mehrere Zehnerpotenzen darunter.

In diesen Bereichen kommen thermodynamischen Unwägbarkeiten hinzu. So können winzige Materialschichten die Strahlung komplett blocken und selbst kleinste elektrische Widerstände sorgen dafür, dass gar kein Strom fließt. Das ist der Grund, weshalb unter dem Leistungspegel von -20 dBm nur noch knapp 1 Prozent der Energie umgewandelt werden kann.

Mit einer Überlagerung und dem Zusammenschalten von insgesamt zehn neu entwickelten Rectennas gelang es den Forschenden der Universität von Singapur trotzdem, einen handelsüblichen Temperatursensor zu betreiben.

Sein Strom wurde ausschließlich aus ungenutzter elektromagnetischer Strahlung gewonnen. Möglich war das nur, weil selbst ein Leistungspegel von -62 dBm noch für die Erzeugung von Gleichstrom genügt. Nimmt man diese Leistung mal 150 Millionen, ergibt sich der Funk eines heimischen Routers. So konnte über den Bereich von -20 bis -62 dBm annähernd 8 Prozent der Energie für die Erzeugung von Gleichstrom verwendet werden.

Es genügt dann, 10, 20 oder gar 30 Meter von einem solchen Gerät entfernt zu sein - oder besser von ganz vielen solcher Geräte. Und schon ist die Versorgung von zahlreichen Sensoren und zukünftig vielleicht auch komplexeren Geräten ganz ohne Batterie oder Akku möglich.

Auf dem Land und selbst in einer Eigenheimsiedlung dürfte das aber wohl kaum gelingen. Im Herzen Singapurs dagegen ganz locker.