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publié le 15 août 2017 Beauté › Soins

Thüringens Wissenschaftsminister Wolfgang Tiefensee (SPD) kam nach Jena und brachte einen Förderbescheid über 6,5 Millionen Euro. Das Geld dient der Ausrüstung von Laboren und Geschäftsstelle am Zentrum für Energie und Umweltchemie (englische Abkürzung: CEEC). Der Minister erkannte völlig richtig die Analogie zur Familienbescherung: „Der Onkel, der die Geschenke bringt, ist beliebter als die Tante, die Klavier spielen kann.“
Und das klingt tatsächlich wie Weihnachten, denn die Großbatterien der Zukunft könnten ohne Leichtmetalle und seltene Erden auskommen, deren Abbau in den Herkunftsländern heute jede Menge Probleme aufwirft.

Stattdessen werden in zwei Flüssigkeiten positiv und negativ geladene Elektrolyte getrennt voneinander gespeichert. Fließen diese an einer Membran vorbei, wird eine elektrische Spannung erzeugt. Das Tanken eines Elektroautos wäre demnach keine zeitaufwendige Angelegenheit mehr. Man könnte – wie bei Benzin – eine energiereiche Flüssigkeit auffüllen. Noch reicht die Energiedichte der Flüssigkeiten dafür aber bei Weitem nicht.

Professor Ulrich S. Schubert, Direktor des CEEC Jena, sagte, dass das Speicherprinzip auf der Redox-Flow-Batterie beruhe – sie werde bisweilen wegen ihres Wirkprinzipes auch Flüssigbatterie oder Nasszelle genannt.

Erfunden wurde sie Ende der 1940er Jahre in Braunschweig. Problem war bisher, dass als Speichermedium umweltschädliche Stoffe zum Einsatz kamen. Der seit 2011 aktive Forschungsverbund von Friedrich-Schiller-Uni (FSU) und Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme Hermsdorf/Dresden (IKTS) – im August 2014 offiziell als wissenschaftliches Zentrum an der FSU gegründet – entwickelt innovative Batterien und Energiespeicher. Diese kommen ohne teure und umweltgefährdende Schwermetalle und Säuren aus und nutzen stattdessen umweltfreundliche Alternativen aus Kunststoffen oder Keramiken.

Auch die kürzlich bekannt gegebene „größte Batterie der Welt“, die in Oldenburg in Salzkavernen entstehen soll, ist auf Basis der Technik des CEEC Jena geplant. „Jena setzt mit Impulse für die Batterieforschung weit über Deutschland hinaus“, sagte Tiefensee. „Jena leistet damit Pionierarbeit für die Energiewende und schafft den notwendigen Wissenstransfer in die Thüringer Wirtschaft.“

Das Wissenschaftsministerium, die Carl-Zeiss-Stiftung und Ernst-Abbe-Stiftung haben die Arbeit des CEEC Jena seit 2011 mit mehr als 23 Millionen Euro gefördert. Im Juni hatte die Gemeinsame Wissenschaftskonferenz (GWK) von Bund und Ländern zudem grünes Licht für einen etwa 2500 Quadratmeter Nutzfläche umfassenden zweiten Forschungsbau (CEEC Jena II) gegeben, der knapp 26 Millionen Euro kosten und hälftig vom Bund und Land finanziert werden soll.

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6,5 Millionen kommen dazu, um sieben themenspezifische Forschungslabors einzurichten. Dazu sind Geräte, technisches und Verwaltungspersonal, Gebäudemieten bis zum Bezug der Neubauten und Betriebsmittel erforderlich. Auch wird das CEEC Jena eine eigene Geschäftsstelle bekommen.

„Neben Investitionen in Beton und Stahl sind natürlich das Personal sowie die Ausstattung mit erstklassigen Forschungsgeräten entscheidend für den Erfolg eines Zentrums im hochkompetitiven internationalen Wettbewerb, gerade auch im Bereich der Energiespeicherung“, sagte Jenas Uni-Präsident Professor Walter Rosenthal. Entstehen soll das CEEC Jena II hinter dem bereits bestehenden Gebäude. Das derzeit dort stehende Haus mit dem Institut für Technische Chemie und Umweltchemie wird abgerissen.

Exoelektrogene Bakterien sorgen für den nötigen Stromfluss

Im Wissenschaftsjournal »Advanced Materials Technology« präsentiert die Binghamton University alle wichtigen Fakten zur neuen Bio-Batterie. Die kleine Zelle sieht aus wie ein Origami-Kunstwerk und liefert genug Strom, um eine LED-Lampe 20 Minuten lang zum Leuchten zu bringen: eine gute Leistung, dafür, dass sie tatsächlich nur aus Papier, Carbon, Wachs und gefriergetrockneten Bakterien besteht. Die genannten Bakterien sind der eigentliche Clou an dem wackeren Stromlieferanten, sie befinden sich sozusagen in dauerhafter Wartestellung, bis sie ein Tropfen Spucke aktiviert. Dann beginnen sie fleißig, außerhalb ihrer Zellwände Elektronen zur eingebauten Elektrode zu transportieren und sorgen damit für den benötigten Stromfluss. Diese seltsamen Mikroorganismen nennen sich exoelektrogene Bakterien.

Bis der Stromfluss in Gang kommt, dauert es ein paar Minuten

Statt der Spucke lassen sich auch andere Flüssigkeiten verwenden, die in irgendeinem Sinne Nahrung für die Bakterien enthalten: Ein Tropfen Schmutzwasser genügt durchaus als Speichelersatz, wenn sich der Batterienbesitzer zu allzu ausgetrocknet fühlt. Der wässrige Teil sorgt dafür, dass die Mikroorganismen aus ihrem Gefrierschlaf erwachen – das enthaltene organische Material ernährt die Bakterien und verleiht ihnen so den nötigen Schwung. Allerdings dauert es ein paar Minuten, bis der Stromfluss so richtig in Gang kommt, doch dafür lässt sich die Batterie ganz leicht überall mit hinnehmen und kostet in der Herstellung nur wenige Cents.

Die Papierbatterie in ihrer jetzigen Form eignet sich vor allem für die Nutzung in Biosensoren wie Schwangerschafts- und HIV-Tests, Glukosesensoren und andere medizinische Mini-Geräte. Damit könnten sich auch Menschen in ärmeren Ländern solche wichtigen Hilfsmittel leisten, denn sie wären sehr viel kostengünstiger zu haben. Außerdem beinhalten die Bio-Batterien keine chemischen Schadstoffe und richten somit auch keinen ökologischen Schaden an. Und wenn Seokheun Choi Pläne aufgehen, kommen sie bald als gekoppelte Power-Module auf den Markt, die auch einen höheren Strombedarf decken.

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Ostfriesland ist für sein plattes Gelände und die idyllischen Küsten bekannt, die von kleinen Leuchttürmen geschmückt sind. Was eher weniger bekannt ist: Hunderte Meter unter der Erde befinden sich zahlreiche Salzstöcke. Durch das Auslösen und Abpumpen des Steinsalzes – die sogenannte Solung – geben sie riesige Kavernen frei. In den teils hunderte Meter in die Tiefe strebenden Hohlräumen werden heute schon Öl und Erdgas eingelagert. Das Unternehmen EWE will dort nun aber auch elektrische Energie abspeichern – und damit auch gleichzeitig die größte Batterie der Welt schaffen. Dafür sollen zwei der großen Hohlgebilde mit Bohrschächten und Pumpsystemen in eine Redox-Flow-Batterie umgewandelt werden.

„Das Prinzip der Redox-Flow-Batterie kommt aus den 40er Jahren des letzten Jahrhunderts“, sagt uns Ralf Riekenberg von EWE Gasspeicher, Projektleiter beim brine4power getauften Kavernenprojekt. „Die Friedrich-Schiller-Universität Jena hat dieses Batteriesystem in den letzten Jahren optimiert und mit Elektrolyten versehen, die im Vergleich zu anderen Batteriesystemen sehr umweltfreundlich sind.“ Eigentlich werden bei dieser Batteriegattung nämlich Substanzen wie Schwefelsäure und Vandium verwandt. Beim EWE-Projekt sollen es nun Salzwasser und eine mit Kunststoff-Polymeren versetzte Lösung tun. Diese werden in zwei voneinander getrennten Behältern gelagert. Treffen sie getrennt durch eine Membran aufeinander, kommt es zum Ionenaustausch: Die Energie wird als elektrischer Strom freigegeben.

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