Piezoteppich aus Bambusfaser und ZnO-Nanodrähten: Stromerzeugender Bodenbelag für Smart Homes

Energie

Warum nicht jeden Schritt im Haus nutzen, um Lichtquellen, Sensoren – oder gleich das Smartphone – mit Energie zu versorgen? Der neue Piezoteppich aus Bambus­garn und in-situ gewachsenen Zinkoxid-Nanodrähten verwandelt mechanische Druckimpulse in Gleichstrom. Die weiche Florstruktur bleibt erhalten, doch unter jedem Tritt laden Nanogenerator-Fasern einen integrierten Superkondensator. So entsteht ein Teppich, der zugleich Bodenkomfort, Schalldämmung und Mikro-Energieerzeugung vereint.

1. Aufbau des Piezoteppichs

  • Flor: Garn aus Bambusviskose, Stapellänge 22 mm, antistatisch
  • Piezo-Fasern: Core-Sheath-Filament (Kern: Kupferlitze Ø 60 µm; Mantel: ZnO-Nanodrähte + PVDF-Matrix)
  • Zwischenschicht: Graphen-Superkondensator (500 mF, 3,8 V) auf non-woven Hanfvlies
  • Rücken: Naturkautschuk-Latex mit leitfähigem Silberflocknetz
  • Modulmaß: 600 × 900 mm, Dicke 18 mm, Gewicht 2,9 kg m-2

2. Funktionsprinzip & Kennzahlen

Beim Begehen verformen sich die ZnO-Nanodrähte radial, erzeugen eine piezoelektrische Spannung ≈ 18 V, die über das Cu-Kabelbündel in den Kondensator geleitet wird. Typische Ausgangsleistung: 85 µW cm-2 bei 2 Hz Schrittfrequenz (70 kg Testperson). Ein 0,9 m²-Modul kann so innerhalb von 40 min LED-Sockelleuchten (2 W) für 15 min betreiben.


Mikroskop: ZnO-Nanodrähte auf Bambusfaser, Leiterstruktur sichtbar

3. Fallstudie: Flur (6 m²) in München

  • Installation: 10 Module, Gesamtkapazität 3 F @ 3,8 V
  • Monitoring 12 Monate:
    • Energieausbeute Ø ≈ 12 Wh Monat (Familie 3 Personen)
    • Autarke Versorgung: Bewegungs­melder, WLAN-Temperatursensor, LED-Streifen (Notlicht)
    • Florabrieb < 2 % trotz 50 000 Schritte Tag-1

4. DIY-Verlegung in 5 Schritten

4.1 Materialliste

  1. Piezoteppich-Module 600 × 900 mm (Menge nach Fläche)
  2. Magnetische Teppichverbinder (Low-Voltage-Kontakt)
  3. Verlängerungskabel 24 V DC + DC-DC-Regler 5 V
  4. Klettband (rutschfest) oder Teppichkleber auf Latex-Basis
  5. USB-Step-Up-Modul (für Geräte > 5 V)

4.2 Schritt-für-Schritt

  1. Unterboden saugen, Unebenheiten < 3 mm ausgleichen.
  2. Module auslegen, Polung beachten (Pfeile auf Rückseite).
  3. Magnetverbinder an Stirnseiten einklicken – Stromkreis schließt sich automatisch.
  4. Am Randausgang DC-Leitung zum Verbraucher oder Akku führen.
  5. Teppich fixieren (Klett/Kleber), Flor ausbürsten – fertig.

Arbeitszeit: ~ 2 h bei 6 m², Materialkosten: ca. 780 €.

5. Pro / Contra kompakt

Aspekt Pro Contra
Energiemanagement Eigenstrom für IoT-Sensorik Leistung reicht nicht für Haushaltgeräte
Wartung Kondensator austauschbar ZnO-Nanodrähte empfindlich gegen pH > 9
Haptik Weicher Flor, rutschfest Dicke 18 mm – Türspalt prüfen
Ökologie Bambus & Latex bio-basiert Kupfer & Silber recyceln separat
Kosten Langfristig Einsparung Batterien ≈ 95 €/m² Anschaffung

6. Gesundheit & Sicherheit

  • VOC-frei – keine Lösungsmittel, PVDF im Mantel inert.
  • Antimikrobiell – Bambus + ZnO hemmen Bakterienwachstum.
  • Brandschutz – Flor schwer entflammbar (Bfl-s1), Rückseite selbstverlöschend.

7. Weiterentwicklung: Teppich 2.0

  • Hybrid-Harvesting – Tribo-Fasern ergänzen piezoelektrische Schichten.
  • Edge-AI-Modul – erkennt Gangmuster, fallende Personen, sendet Alarm.
  • Farb-E-Ink-Muster – Strom aus Tritten steuert interaktive Boden-Grafiken.

Fazit: Jeder Schritt zählt

Der Bambus-Piezoteppich zeigt, wie Raumausstattung zum unsichtbaren Energie­sammler wird. Er liefert genügend Strom für smarte Sensorik, verbessert die Raumakustik und besteht überwiegend aus nachwachsenden Rohstoffen. Eine spannende Option für Flure, Kinderzimmer oder jeden Ort, an dem viele Schritte gemacht – und künftig genutzt – werden.