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Fünf hessische Gemeinden erproben derzeit ein KI-System, das die Energiekosten in öffentlichen Gebäuden senken soll. Es soll Heizung und Beleuchtung in Echtzeit an die Menschen in einem Raum anpassen. 

Laufen Heizungen in Kindergärten bald nicht mehr nach der Uhrzeit, sondern nach der Anzahl der Kinder im Raum?  Zugegeben: Diese Idee mag auf den ersten Blick etwas abstrakt erscheinen, könnte aber bald Realität werden. Denn in fünf Gemeinden des Schwalm-Eder-Kreises soll eine speziell entwickelte Künstliche Intelligenz in öffentlichen Gebäuden wie Kitas, Rathäusern und Friedhofshallen für massive Energieeinsparungen sorgen.

Der Ansatz ist relativ simpel: Die KI erkennt, wie viele Menschen in einem Raum sind und passt daraufhin Heizung und Beleuchtung in Echtzeit an. Der Hintergrund ist, dass viele Kommunen sich durch hohe Energiekosten einer starken finanziellen Belastung ausgesetzt sehen.

Schwimmbäder, Rathäuser oder Turnhallen müssen etwa beheizt und beleuchtet werden, auch wenn die Räume nur teilweise oder gar nicht genutzt werden. Genau hier soll das neue KI-System Abhilfe schaffen, indem es Gebäude künftig bedarfsgerecht mit Strom und Wärme versorgt. Statt starren Zeitplänen entscheiden Sensoren, ob die Heizung aufgedreht oder das Licht angeschaltet wird. Ist niemand im Raum, bleiben Licht und Heizung aus.

Intelligente Steuerung: KI reduziert Energiekosten

Das Projekt, das mit 1,2 Millionen Euro aus einem Förderprogramm des Landes Hessen unterstützt wird, baut auf einem bereits abgeschlossenen Vorhaben auf. In den beteiligten Gemeinden Bad Zwesten, Borken, Jesberg, Neuental und Wabern installierten Fachbetriebe bereits erste digitale Thermostate, CO2-Messgeräte und Stromsensoren in den Gebäuden.

Diese erste Bestandsaufnahme, so Digitalisierungsbeauftragter Michael Meichsner, war entscheidend, um einen unnötigen Verbrauch überhaupt zu identifizieren. So konnte das Land in einer Veranstaltungshalle schon ohne die KI eine kontinuierlich laufende Lüftungsanlage anpassen und Einsparungen in Höhe von 10.000 Euro pro Jahr erzielen.

Das neue KI-System soll diese manuellen Anpassungen nun komplett übernehmen und perfektionieren. Beispielsweise in der Kita Lummerland in Neuental, in der Kinder in sechs verschiedenen Gruppenräumen untergebracht sind. Bisher regelt der Betreiber dort alles über Kalender oder schaltet die Heizung von Hand an und aus.

KI erkennt Anzahl an Menschen über Atemluft

In Zukunft sollen CO2-Messgeräte über die Atemluft erkennen, wie viele Kinder sich gerade im Raum aufhalten. Die KI wertet diese Daten dann aus und stellt die Heizung jederzeit bedarfsgerecht ein. Das soll nicht nur einen finanziellen, sondern auch einen menschlichen Vorteil haben. Denn Betreuer würden so entlastet und hätten mehr Zeit für die Kinder.

Die Gemeinden im Schwalm-Eder-Kreis sehen sich als Vorreiter, insbesondere im ländlichen Raum. Sie hoffen, dass ihre Erfahrungen eine Blaupause für ähnliche Projekte in ganz Hessen sein werden. Die Vorteile liegen auf der Hand. Denn das Projekt spart nicht nur Geld, das dann an anderer Stelle in Angebote wie Schwimmbäder oder Jugendzentren investiert werden kann.

Es ist auch ein wichtiger Schritt in Richtung Nachhaltigkeit. Die KI hilft, den Energieverbrauch zu senken und so Ressourcen zu schonen. Es ist ein anschauliches Beispiel dafür, wie Technologie einen konkreten, positiven Einfluss auf den Alltag haben kann und wie wir im Kampf gegen steigende Energiekosten ein unsichtbares, aber sehr smartes Hirn zu Hilfe nehmen können.

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Ob Lithium-Ionen, Festkörper-, Natrium- oder Redox-Flow-Batterien: Akkus gelten als Herzstück der Energiewende. Doch welche Technologie wird sich durchsetzen? Ein Überblick über Stärken, Schwächen und den aktuellen Stand der Forschung.

Batterie-Technologien im Vergleich

Batterien sind aus unserem Alltag kaum mehr wegzudenken. Sie treiben unsere Smartphones, Laptops, Elektroautos und sogar ganze Stromnetze an. Doch Batterie ist nicht gleich Batterie. Denn es gibt verschiedene Technologien mit unterschiedlichen Stärken und Schwächen.

Wir haben die vier wichtigsten Batterie-Technologien miteinander verglichen: Lithium-Ionen-, Festkörper-, Natrium-Ionen- und Redox Flow-Batterien. Den Fokus legen wir dabei auf Vorteile, Nachteile sowie den aktuellen Stand der Forschung und werfen einen Blick auf Alltagstauglichkeit sowie industrielle Anwendungen.

Lithium-Ionen-Batterien

Lithium-Ionen-Batterien gelten gewissermaßen als Standard unter den Akkus. Sie kommen in Smartphones, Laptops, Elektrowerkzeugen, E-Bikes und vor allem in Elektroautos zum Einsatz. Heißt konkret: überall dort, wo viel Energie auf kleinem Raum benötigt wird. Die Akkus funktionieren, vereinfacht gesagt, durch das Hin- und Herwandern von Lithium-Ionen zwischen zwei Elektroden (Anode und Kathode) in einem flüssigen Elektrolyten. Forscher entwickeln Lithium-Ionen-Akkus bereits seit den 1990er-Jahren kontinuierlich weiter. Daher dominieren sie seit Jahrzehnten den Batteriemarkt. Ihre Verbreitung beruht primär auf ihrem ausgezeichneten Leistungsprofil für den Alltag.

Vorteile

Ein wesentlicher Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien ist ihre hohe Energiedichte. Das bedeutet, dass sie viel Energie in einem relativ kleinen und leichten Paket speichern können. Ein moderner Lithium-Akku liefert pro Kilogramm Masse deutlich mehr Energie als ältere Akku-Technologien. Außerdem sind Lithium-Ionen-Batterien relativ langlebig und haben eine hohe Zyklenfestigkeit. Das heißt, dass sie hunderte bis tausende Ladezyklen überstehen, bevor ihre Kapazität spürbar nachlässt.

Ein weiterer Pluspunkt: eine relativ geringe Selbstentladung. Lithium-Ionen-Batterien verlieren also unbenutzt nur wenig Ladung. Bei Teilladungen wird die Kapazität zudem nicht dauerhaft beeinträchtigt. Hinzu kommt, dass Lithium-Ionen-Akkus relativ schnelle Ladezeiten ermöglichen und in unterschiedlichsten Formen und Größen hergestellt werden können. All das macht sie enorm vielseitig – vom Smartphone bis zum Elektroauto.

Nachteile

Ein wesentlicher Nachteil von Lithium-Ionen-Batterien ist der Faktor Sicherheit. Bei Beschädigung oder falscher Handhabung – etwa bei Überladung oder Kurzschlüssen – können sie überhitzen und im schlimmsten Fall Feuer fangen oder explodieren. Dieses Risiko wird zwar durch eingebaute Schutzmechanismen und Batteriemanagement-Systeme minimiert, kann aber nie ganz ausgeschlossen werden.

Ein weiterer Schwachpunkt sind die Kosten und Ressourcen. Denn Lithium-Ionen-Akkus basieren teilweise auf teuren und knappen Rohstoffen wie Lithium, Kobalt oder Nickel. Zwar sind die Preise in den vergangenen Jahren gesunken, aber die Materialien sind immer noch teurer als bestimmte Alternativen. Zudem entstehen Abhängigkeiten von wenigen Förderländern, was zu Versorgungsrisiken führen kann. Der Lithium-Abbau und die Kobaltgewinnung gehen außerdem oft mit Umweltproblemen und ethischen Fragen einher.

Selbst ohne Nutzung verlieren Lithium-Akkus über die Jahre etwas an Kapazität. Hohe Temperaturen beschleunigen diese Degradation. Dieses Phänomen ist mitunter von älteren Smartphone-Akkus bekannt, die nach einigen Jahren nicht mehr so lange durchhalten wie zuvor. Extreme Kälte kann die Leistungsfähigkeit von Lithium-Ionen-Batterien zudem vorübergehend verringern. Insgesamt erfordern die Akkus daher ein gewisses Temperatur- und Lademanagement, um eine optimale Lebensdauer und Sicherheit zu gewährleisten.

Stand der Forschung

Obwohl Lithium-Ionen-Batterien bereits sehr ausgereift sind, wird weltweit weiter geforscht, um sie zu optimieren. Im Fokus stehen dabei höhere Energiedichten, ein schnelleres Laden und eine längere Lebensdauer. Forscher experimentieren etwa mit neuen Materialien wie Silizium-Nanopartikeln in der Anode, um die Kapazität zu steigern. Kobaltfreie Kathodenchemie wie Lithium-Eisenphosphat (LFP) haben sich zudem bereits bewährt, um Kosten zu senken und die Umweltbilanz zu verbessern. Gleichzeitig sorgen immer intelligentere Batteriemanagement-Systeme und Künstliche Intelligenz dafür, dass die Nutzung effizienter und sicherer wird.

Ein interessanter Ansatz für die Zukunft sind Lithium-Akkus mit festen Elektrolyten – sogenannte Festkörperbatterien. Zudem werden alternative Lithium-basierte Technologien wie Lithium-Schwefel-Verbindungen erforscht, die perspektivisch noch höhere Reichweiten ermöglichen könnten. Lithium-Ionen-Batterien bleiben vermutlich vorerst die dominierende Batterietechnologie. Kontinuierliche Verbesserungen sorgen dafür, dass sie auch in den kommenden Jahren im Alltag und in der Industrie eine Schlüsselrolle spielen. Die Investitionen in neue Fabriken und Weiterentwicklungen sind enorm, was zeigt, wie viel Potenzial nach wie vor in der Technologie gesehen wird. Für Verbraucher bedeutet das, dass Geräte und Fahrzeuge mit Lithium-Akkus tendenziell immer sicherer, leistungsfähiger und preisgünstiger werden.

Festkörper-Batterien

Festkörper-Batterien, auch Feststoffbatterien genannt, gelten als vielversprechende nächste Akku-Generation. Das Besondere an ihnen ist ihr Aufbau. Anders als bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien ist der Elektrolyt etwa nicht flüssig, sondern fest. Bei aktuellen Batterien bewegen sich Lithium-Ionen durch eine brennbare Flüssigkeit zwischen Anode und Kathode, was zwar reibungslos funktioniert, aber gewisse Risiken birgt. In einem Festkörper-Akku übernimmt ein festes Material (zum Beispiel eine Keramik oder ein spezielles Polymer) die Rolle als Ionenleiter. Diese scheinbar kleine Änderung hat große Effekte. Denn Sicherheit und Energiedichte können deutlich erhöht werden. Viele Hersteller betrachten die Festkörperbatterie deshalb als „Super-Batterie“ der Zukunft.

Vorteile

Der größte Vorteil von Festkörper-Batterien ist ihre hohe Energiedichte. Da durch den festen Elektrolyten neue Anodenmaterialien möglich werden (etwa reines Lithium-Metall statt Graphit) kann eine Festkörperzelle wesentlich mehr Energie pro Kilogramm speichern. Für Elektroautos bedeutet das nach aktuellen Schätzungen etwa 20 bis 30 Prozent mehr Reichweite. Gleichzeitig verspricht die Technologie kürzere Ladezeiten. Teilweise ist sogar von halb so langer Zeitspanne die Rede. Diese Kombination könnte das heutige Reichweiten- und Ladeproblem von E-Autos erheblich entschärfen.

Ein weiterer Pluspunkt ist die höhere Sicherheit, denn der feste Elektrolyt ist nicht entflammbar. Ein Festkörper-Akku kann daher nicht so schnell überhitzen oder in Brand geraten. Das könnte Elektroautos in Unfallsituationen sicherer machen und die Notwendigkeit aufwendiger Kühlsysteme reduzieren. Zudem neigen Feststoffakkus zu weniger Nebenreaktionen und mechanischen Veränderungen während der Ladezyklen, was prinzipiell eine längere Lebensdauer ermöglichen könnte.

Nachteile

Der Hauptknackpunkt ist derzeit, dass es noch keine Massenproduktion von echten Festkörper-Batterien gibt. Die Technologie befindet sich zwar in der Übergangsphase vom Labor zur Industrie, aber es gibt noch einige Herausforderungen. Eine davon ist die Herstellung im großen Maßstab. Denn es werden neue Materialien und Prozesse benötigt, die aktuell noch kompliziert und teuer sind. Experten sind sich einig, dass Festkörper-Akkus anfangs deutlich teurer sein werden als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Dass langfristig niedrigere Kosten in Aussicht stehen, muss sich aber erst noch zeigen.

Auch technisch gibt es Hürden. Die Schnittstelle zwischen festem Elektrolyt und Elektroden muss etwa perfekt funktionieren, damit der Ionenfluss stabil bleibt. In der Praxis neigen einige Prototypen jedoch zu Problemen wie einem Kontaktverlust oder der Dendritenbildung (mikroskopische Lithium-Fasern), die die Batterie beschädigen können. Außerdem verändern einige Feststoff-Zellen beim Laden ihr Volumen. Mercedes-Benz musste bei seinem Festkörper-Prototyp daher spezielle mechanische Puffer einbauen, um die Ausdehnung der Zellen abzufangen. Solche konstruktiven Kniffe zeigen, dass sich die Technik noch in der Entwicklung befindet.

Stand der Forschung

Die gute Nachricht: Die Erforschung von Festkörper-Batterien macht rasante Fortschritte. Es findet sogar ein regelrechter Wettstreit statt. Große Automobilkonzerne und Start-ups investieren beispielsweise Milliarden in die „Wunderakkus“. Volkswagen arbeitet etwa mit dem US-amerikanischen Start-up QuantumScape zusammen und will noch 2025 eine Pilotfabrik in Betrieb nehmen. BMW und Ford kooperieren mit Solid Power, einem weiteren Spezialisten, der ab 2026 erste Zellen in Serie liefern will. Mercedes-Benz hat wiederum Anfang 2025 für Aufsehen gesorgt, als ein elektrisches Testfahrzeug (EQS) mit einer Festkörper-Batterie über 1.000 km Reichweite erzielte. Der Prototyp basiert auf einer Lithium-Metall-Anode und erreicht Energiedichten von bis zu 450 Wattstunden pro Kilogramm.

Auch in China tut sich viel: E-Autobauer Nio präsentierte Ende 2023 etwa einen „Ultralangstrecken-Akku“ für seinen ET7, der mit 150 Kilowattstunden Kapazität ebenfalls über 1.000 Kilometer weit kam. Allerdings ist unklar, inwieweit es sich bei dem Akku schon um eine vollwertige Festkörper-Batterie handelt. In der Batterie-Branche geht man davon aus, dass zuerst hochpreisige Fahrzeuge (Luxuslimousinen, E-Sportwagen) mit Festkörper-Akkus ausgestattet werden, sobald diese verfügbar sind. Die Technik wird anfangs teuer und knapp sein, könnte aber in den 2030ern flächendeckend zum Einsatz kommen. Insgesamt herrscht eine Aufbruchstimmung, zumal es fast wöchentlich Meldungen über neue Durchbrüche bei Feststoffakkus gibt. Zwar ist noch Geduld gefragt, doch die Aussicht auf deutlich bessere Batterien beflügelt die gesamte Elektrobranche.

Natrium-Ionen-Batterien

Natrium-Ionen-Batterien gelten als vielversprechende „Alternative“ zur klassischen Lithium-Ionen-Technologie, insbesondere wenn es um Kosten und Rohstoffe geht. Wie der Name schon verrät, speichert diese Batterie Energie nicht mit Lithium-Ionen, sondern mit Natrium-Ionen, also Ionen des Elements, das wir aus Kochsalz kennen. Chemisch funktioniert das ähnlich. Natrium-Ionen wandern beim Laden von der Kathode zur Anode und beim Entladen zurück, durch einen geeigneten Elektrolyten. Ein zentrales Argument für die Technologie ist die Rohstoffverfügbarkeit: Natrium ist in riesigen Mengen auf der Erde vorhanden (etwa im Meerwasser oder in Salzlagerstätten), und es muss nicht in wenigen Ländern mühsam gefördert werden. Lithium und Kobalt hingegen sind „kritische“ Rohstoffe. Denn sie sind teuer, teils umweltschädlich im Abbau und geopolitisch heikel. Die Natrium-Ionen-Technologie könnte also Batterien billiger und nachhaltiger machen. Und das ohne große Leistungseinbußen, so die Hoffnung.

Vorteile

Der größte Trumpf von Natrium-Ionen-Akkus ist ihre Kosteneffizienz und Umweltfreundlichkeit. Schätzungen zufolge liegen die Herstellkosten schon heute rund 40 Prozent unter denen vergleichbarer Lithium-Akkus. Das liegt primär daran, dass auf teure Materialien verzichtet werden kann. So können Hersteller statt Kupfer einfaches Aluminium für bestimmte Batterie-Komponenten verwenden. Zudem enthält die Zelle kein Lithium und kein Kobalt, was Versorgungssicherheit und Nachhaltigkeit verbessert. Statt Kobalt nutzen Hersteller oft alternative Kathodenmaterialien (etwa auf Eisenbasis) und für die Anode sogenannte Hard Carbon (Hartkohlenstoff), den sie sogar aus Biomasse-Abfällen wie Kaffeesatz oder Holzspänen gewinnen können.

Natrium-Batterien sind auch robuster gegenüber Temperaturen. Sie überhitzen weniger leicht und funktionieren auch bei Kälte noch zuverlässig. Hersteller geben an, dass ihre Natrium-Zellen bis zu minus 20 Grad Celsius oder sogar minus 40 Grad Celsius einsetzbar sind. Ein großer Vorteil etwa für den Wintereinsatz im Auto oder in kalten Regionen. Hinzu kommt eine potenziell hohe Lebensdauer. Erste Tests attestieren der Technologie viele Ladezyklen. Und das ohne großen Kapazitätsverlust. Die ohnehin bessere Umweltbilanz (weil einfachere Rohstoffgewinnung) wird dadurch weiter gesteigert. Alles in allem könnten Natrium-Ionen-Batterien eine preiswerte, sichere und langlebige Lösung sein, besonders für stationäre Speicher und preisgünstige E-Fahrzeuge. Der Tonus vieler Experten ist ermutigend: Natrium könnte die Elektromobilität breiter, massentauglicher machen und die Energiewende beschleunigen.

Nachteile

Der Preis für die genannten Vorteile ist vorwiegend eine geringere Energiedichte. Aktuelle Natrium-Ionen-Zellen erreichen etwa 75 bis 160 Wattstunden pro Kilogramm, während Lithium-Ionen-Batterien (je nach Chemie) um die 120 bis 250 Wattstunden pro Kilogramm schaffen. Praktisch bedeutet das, dass ein Natrium-Akku gleicher Masse weniger Energie speichert. Er ist also schwerer und voluminöser für die gleiche Kapazität. In Elektroautos würde das entweder geringere Reichweite oder mehr Gewicht bedeuten. Dieser Rückstand ist zwar schon kleiner geworden (CATL, der Weltmarktführer für Batterien, gibt für seine erste Natrium-Generation 175 Wattstunden pro Kilogramm an). Doch selbst damit bleibt Natrium vorerst eher für Fahrzeuge mit moderatem Reichweiten-Bedarf oder für stationäre Speicher attraktiv.

Ein weiterer Schwachpunkt ist, dass die Natrium-Ionen-Technik noch neu und wenig erprobt ist. Die globale Batterieindustrie ist auf Lithium ausgerichtet. Ein Wechsel zu Natrium erfordert daher Umstellungen bei Herstellern und Zulieferern. Zwar können viele Produktionsanlagen dank „Drop-In“-Kompatibilität weitergenutzt werden, aber es fehlen noch Erfahrungswerte aus dem Massenbetrieb. Auch sind Natrium-Zellen derzeit kaum in Geräten verfügbar. Early Adopter könnten mit Kinderkrankheiten rechnen. Zudem ist die Energiedichte-Problematik bisher nicht gelöst. Forschungsteams arbeiten daran, neue Elektrodenmaterialien zu finden, um die Kapazität zu erhöhen. Aktuell liegt die Speicherkapazität etwa ein Drittel unter der moderner Lithium-Zellen, und auch die bisher erreichte Zyklenlebensdauer hinkt teils hinter hochwertigen Li-Ion-Zellen her.

Stand der Forschung

2025 befinden sich Natrium-Ionen-Batterien auf dem Sprung zur Marktreife. In China sind Ende 2023 tatsächlich schon erste Elektroautos mit Natrium-Akku in Serie gegangen. Ein Beispiel ist der kompakte Kleinwagen JAC Yiwei E10X, der mit einer 25-Kilowattstunden-Natrium-Batterie etwa 250 Kilometer Reichweite erzielt. Das Auto kostet in China nur rund 12.000 Euro. Dieser Wagen zeigt, wofür Natrium prädestiniert ist: günstige E-Autos für den Stadtverkehr. Der Batteriehersteller CATL liefert passende Zellen mit circa 160–175 Wattstunden pro Kilogramm Energiedichte und verspricht für die zweite Generation sogar 200 Wattstunden pro Kilogramm. Interessant ist auch die hohe Ladefähigkeit. In 20 Minuten lässt sich der kleine Akku von zehn auf 80 Prozent laden. Auch BYD, ein großer chinesischer E-Autobauer, setzt auf Natrium: Das Modell Seagull, ein Stadtauto, wurde 2023 vorgestellt und soll 2025 in Europa auf den Markt kommen. Allerdings dürfte aufgrund von Anpassungen und Importzöllen der Preis steigen.

Europa und Deutschland möchten bei Natrium-Ionen nicht den Anschluss verpassen. Mehrere Forschungsprojekte (zum Beispiel ENTISE und NaKlaR) und Start-ups arbeiten an leistungsfähigen Natrium-Zellen. Ein am Karlsruher KIT gegründetes Start-up entwickelt etwa einen neuen Kathodenwerkstoff namens „Preußisch Weiß“ auf Basis von Natrium, Eisen und Mangan. Die EU fördert ebenfalls die Entwicklung, denn das Potenzial für stationäre Energiespeicher ist riesig. Natrium-Ionen-Batterien sind ideal, wenn Gewicht und Größe nicht kritisch sind, etwa als Hausakku für Solaranlagen oder in riesigen Pufferspeichern für Wind- und Solarparks. Tatsächlich kommen erste Natrium-Großspeicher bereits zum Einsatz, um Schwankungen erneuerbarer Energien auszugleichen. Spannende Ideen gibt es auch im Bereich schwerer Fahrzeuge: Da Natrium-Akkus schwer sind, könnten sie in elektrischen Baggern, Kränen oder Straßenwalzen gleich doppelt nützlich sein – als Energiequelle und als nötiges Ballastgewicht.

Redox Flow-Batterien

Redox-Flow-Batterien (auf Deutsch auch Flussbatterien oder Flüssigbatterien genannt) sind eine vollkommen andere Art von Energiespeicher, die primär in stationären Anwendungen eingesetzt wird. Im Alltag trifft man sie (noch) selten an, doch für die Industrie und die Energiewende sind sie hochinteressant. Das Prinzip einer Redox-Flow-Batterie ist eher mit einem Mini-Kraftwerk vergleichbar als mit einem klassischen Akku im Handy oder Auto. Hier wird Energie in zwei flüssigen Elektrolyten gespeichert, die in Tanks aufbewahrt und bei Bedarf durch eine Reaktionszelle gepumpt werden. „Redox“ steht für Reduktion und Oxidation. Das sind zwei chemische Reaktionen, die gekoppelt ablaufen und dabei Elektronen freisetzen oder aufnehmen.

Vereinfacht gesagt: Zwei chemische Flüssigkeiten (zum Beispiel Vanadium-Lösungen in verschiedenen Oxidationsstufen) zirkulieren in getrennten Kreisläufen und tauschen in der Zelle Ionen aus, wodurch Strom fließt. Die Besonderheit ist, dass Leistung und Kapazität entkoppelt sind. Die Leistung hängt von der Größe der Zelle (Stacks) ab, die Kapazität von der Menge der gespeicherten Flüssigkeit in den Tanks. Möchten Besitzer also mehr Leistung, fügen sie einfach mehr Zellen hinzu. Möchten Sie hingegen mehr Energie speichern, vergrößern sie die Tanks.

Vorteile

Redox-Flow-Batterien glänzen mit einigen Eigenschaften, die sie ideal für stationäre Einsätze machen. Erstens sind sie sehr sicher. Die verwendeten Flüssigkeiten sind meist wasserbasiert und nicht brennbar. Eine Explosionsgefahr besteht praktisch nicht. Das ist ein Riesenbonus, wenn wir an die Brandrisiken von Lithium-Ionen denken. Ein Redox-Flow-Speicher kann etwa in einem Keller oder Industrieareal stehen, ohne spezielle Brandschutzmaßnahmen. Zweitens haben sie eine sehr lange Lebensdauer. Da die elektrochemische Reaktion nicht in festen Materialien abläuft, nutzen sich die Elektrolyte kaum ab. Hierbei sprechen Experten von Zyklenfestigkeit. Selbst nach zehntausend Ladezyklen tritt kaum ein Kapazitätsverlust auf. Solche Batterien können 20 bis 30 Jahre oder länger im Betrieb bleiben. Das ist deutlich mehr als die zehn bis 15 Jahre eines typischen Lithium-Heimspeichers.

Außerdem sind Redox-Flow-Systeme recycelbar und reparierbar. Denn ihr Aufbau ist modular, defekte Teile (Pumpen, Membranen, Zellen) kann Fachpersonal einfach austauschen. Gleichzeitig lassen sich die Flüssigkeiten wieder aufbereiten. Ferner kommen sie meist ohne seltene Metalle wie Kobalt oder Lithium aus. Oft verwenden Hersteller Vanadium oder es gibt sogar Ansätze mit einfachen Stoffen wie Eisen oder organischen Verbindungen. Umwelttechnisch sind sie daher attraktiv. Ein weiterer Vorteil ist die erwähnte individuelle Skalierbarkeit von Leistung und Kapazität. Man kann gewaltige Energiemengen speichern, indem Besitzer einfach größere Tanks verwenden. Dabei tritt praktisch keine Selbstentladung auf. Ist die Batterie ungenutzt, halten die separaten Tanks ihre Ladung über lange Zeit. Redox-Flow-Batterien eignen sich somit hervorragend als Pufferspeicher für erneuerbare Energien.

Nachteile

Bei so vielen Vorteilen fragt man sich, warum Redox-Flow-Batterien nicht überall im Einsatz sind. Der Hauptgrund ist ihre geringere Energiedichte und damit verbunden der Platz- und Gewichtsbedarf. Verglichen mit Lithium-Ionen enthält eine Flussbatterie pro Kilogramm oder pro Liter viel weniger Energie. Die Tanks und das gesamte System müssen ziemlich groß dimensioniert werden, um nennenswerte Kapazitäten zu erreichen. Das ist für mobile Anwendungen unpraktisch. Ein Elektroauto, das Tanks mit Chemikalien und Pumpen herumfährt, ist eher unvorstellbar. Redox-Flow bringt nur stationär einen Sinn, und zwar nur dort, wo genug Raum zur Verfügung steht und Gewicht keine Rolle spielt. Ein weiterer Nachteil sind die hohen Anschaffungskosten. Die Materialien (etwa Vanadium) und Komponenten wie Membranen sind teuer, und die Systeme sind komplex (Pumpen, Steuerung etc.). Allerdings relativieren sich die Kosten über die lange Lebensdauer.

Die Technologie ist zudem bisher nicht so massenhaft verbreitet; das Marktvolumen ist klein (nur wenige Prozent des Speicher-Marktes), was die Preise hoch hält. Ein Umdenken ist aber im Gange, da Lithium-Systeme an Grenzen stoßen (für riesige Speicher über vier Stunden sind sie ineffizient). Ein spezieller Schwachpunkt klassischer Redox-Flow-Batterien ist der Einsatz von Vanadium. Dieses Metall ist relativ selten, unterliegt Preisschwankungen und die Verbindungen können in manchen Zuständen giftig sein. Das mindert etwas die Umweltvorteile. Deshalb wird intensiv an Alternativen geforscht. Beispiele sind etwa organische Redox-Flow-Batterien, die anstelle von Vanadium auf organische Moleküle setzen, oder Varianten mit billigem Eisen und anderen Elementen.

Stand der Forschung

Redox-Flow-Batterien haben sich in den vergangenen Jahren vom reinen Forschungsobjekt zu realen Anwendungen entwickelt. Seit Jahrzehnten gibt es Pilotanlagen, und inzwischen sind kommerzielle Systeme verfügbar. In Wind- und Solarparks werden Redox-Flow-Speicher eingesetzt, um Stromüberschüsse zu puffern. Beispiele finden sich etwa in Deutschland, Japan, den USA und China. Ein Meilenstein war die Inbetriebnahme eines riesigen Redox-Flow-Parks in China 2022. Diese Anlage kann mit 100 Megawatt Leistung und 400 Megawattstunden Kapazität ganze Stadtteile mit Strom versorgen. Solche Großprojekte zeigen die Skalierbarkeit eindrucksvoll. Gleichzeitig fließt viel Kapital in Start-ups und Unternehmen, die die Flow-Batterien verbessern.

Die Forschung konzentriert sich derzeit hauptsächlich darauf, neue Elektrolyt-Flüssigkeiten zu entwickeln, um teures Vanadium zu ersetzen und die Energiedichte zu erhöhen. Organische Moleküle, die aus erneuerbaren Quellen gewonnen werden können, sind ein spannender Ansatz. Auch die Membran-Technologie wird verfeinert, um Verluste zu senken und Kosten zu sparen. Für Privathaushalte waren Flussbatterien lange Zeit zu groß und zu teuer. Doch auch hier gibt es Fortschritte. 2023 kam der erste Redox-Flow-Heimspeicher in der DACH-Region auf den Markt. Dieses Gerät (ungefähr so groß wie ein Schrank) richtet sich an Solarstrom-Nutzer, die Wert auf Sicherheit und Langlebigkeit legen. Zwar ist es in der Anschaffung teurer als ein Lithium-Speicher, muss aber theoretisch erst nach Jahrzehnten ausgetauscht werden und birgt kein Brandrisiko. Solche Entwicklungen zeigen, dass die Technik stetig marktreifer wird.

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Wenn Flüsse auf das Meer treffen entsteht sogenannte blaue Energie. Forschern ist es nun gelungen, diese mithilfe winziger Bläschen in Strom umzuwandeln. 

Salzwasser enthält viele gelöste Ionen, während Süßwasser eine deutlich geringere Konzentration aufweist. Die kontrollierte Wanderung dieser Teilchen in Richtung der niedrigeren Konzentration lässt sich durch eine selektive Membran als Energiequelle einfangen. Bisher standen Forscher jedoch vor physikalischen Grenzen bei der Geschwindigkeit dieser Ionenbewegung.

In vielen Membranen behindern sich die Geschwindigkeit des Ionenflusses und die Präzision der Ladungstrennung gegenseitig. Materialien, die Teilchen schnell hindurchlassen, verlieren oft die Fähigkeit, die Ladungen sauber zu trennen. Zudem erschwerten ein mechanischer Druck und lange Laufzeiten den stabilen Einsatz solcher Systeme außerhalb von Laborbedingungen.

Liposomen in stalaktitenförmigen Poren

Ein Team der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) unter der Leitung von Aleksandra Radenovic präsentiert nun eine Lösung für diese Engpässe. Die Forscher kombinieren die poröse Struktur von Polymermembranen mit präzise gesteuerten Kanälen. Dieser hybride Ansatz ermöglicht eine hocheffiziente Energieumwandlung in einem skalierbaren Format.

Im Zentrum der Entwicklung stehen stalaktitenförmige Nanoporen, die in eine Membran aus Siliziumnitrid eingebettet sind. Um den Widerstand zu senken, beschichteten die Wissenschaftler diese winzigen Kanäle mit mikroskopisch kleinen Fettbläschen, sogenannten Liposomen. Ohne diesen Überzug bewegen sich Ionen nur sehr schleppend und präzise durch die Poren.

Nach der Behandlung bildetenn die Liposomen eine Lipid-Doppelschicht, wie sie auch in natürlichen Zellmembranen vorkommt. Durch diese Beschichtung gleiten die Teilchen mit weitaus weniger Reibung hindurch. Dies führt zu einer deutlichen Steigerung des Ionenflusses und verbessert die Gesamtleistung des Systems.

Blaue Energie: Effizienz durch besondere Beschichtung

Die wasseranziehenden Köpfe der Lipidschichten halten einen extrem dünnen Wasserfilm von nur wenigen Molekülen Dicke fest. Diese Schicht wirkt wie eine Gleitbahn aus Eis, auf der die Ionen fließen, ohne die Porenwände direkt zu berühren. Durch diese Minimierung des Kontakts sinkt die Reibung massiv ab.

Für einen Praxistest ordnete das Team tausend dieser Nanoporen in einem hexagonalen Muster an. Die Anlage erzeugt unter Bedingungen einer natürlichen Flussmündung eine Leistungsdichte von rund 15 Watt pro Quadratmeter. Damit übertrifft die Technologie die Leistung herkömmlicher Polymermembranen um das Zwei- bis Dreifache.

Laut dem Forscher Tzu-Heng Chen ermöglicht die Kontrolle über Geometrie und Oberflächeneigenschaften ein gezieltes Design des Ionentransports. Die Studie belegt experimentell, dass sich Ionenfluss und Selektivität gleichzeitig steigern lassen. Damit bewegt sich die Forschung weg von reinen Leistungstests hin zu einer echten Design-Ära für blaue Energie.

Erstautor Yunfei Teng betont, dass das Prinzip der Hydrationsschmierung universell ist und über die Energiegewinnung hinausgeht. Die Entdeckung der verbesserten Transportmechanismen lässt sich auf viele weitere Geräte übertragen. Die Forschungsergebnisse erschienen am 16. Februar 2026 in der Fachzeitschrift Nature Energy.

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Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben eine kompressorlose Wasserstoffgasturbine entwickelt und mit ihr einen Rekord der NASA geknackt. Die Technologie verspricht neue Maßstäbe für die Nutzung von Wasserstoff in der Energieversorgung.

Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben einen Weltrekord der NASA geknackt. Mit einer neuartigen kompressorlosen Wasserstoffgasturbine erzielten sie eine Laufzeit von 303 Sekunden. Damit übertrifft das System die bisherige Bestmarke der US-Raumfahrtbehörde um fast eine volle Minute. Die Entwicklung könnte einen wichtigen Meilenstein für eine Energieversorgung ohne fossile Brennstoffe markieren.

Den Wissenschaftlern aus Karlsruhe gelang es zudem, erstmals mit einer solchen Turbine ohne mechanischen Kompressor Strom zu erzeugen. Während frühere Versuche oft nach Sekundenbruchteilen endeten, hielt die Anlage dieses Mal über fünf Minuten stand.

Das verhindert, dass die empfindlichen Brennkammern durch die extreme Hitze während des Betriebs schmelzen. Das Team am KIT ist weltweit das erste, dem die erfolgreiche Kopplung von Turbine und Brennkammer zur Stromproduktion gelungen ist.

Kompressorlose Wasserstoffgasturbine: Detonationswellen als Antrieb

Das Herzstück der Anlage ist die sogenannte Druckgewinnverbrennung. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kraftwerken erzeugen Detonationswellen in der Brennkammer den notwendigen Druck für den Antrieb. Man kann sich dieses Prinzip wie den Knall einer Peitsche vorstellen. Dabei erzeugt eine rasante Bewegung eine starke Druckwelle, die direkt als Kraftquelle genutzt wird.

Diese Wellen entstehen durch eine fluidmechanische Instabilität, also durch gezielte Wirbel innerhalb der Strömung. Das bedeutet, dass die natürliche Dynamik der Luft die Arbeit übernimmt, für die normalerweise schwere mechanische Maschinen nötig wären. Durch den Verzicht auf mechanische Kompressoren spart das System massiv Energie ein. Zudem reduziert die Bauweise die Anzahl der beweglichen Teile, was die Anlage wartungsärmer macht.

Klassische Gasturbinen in Kraftwerken oder Flugzeugen benötigen etwa 50 Prozent ihrer Leistung allein für die Verdichtung der Luft. Diese Energie steht normalerweise nicht für die eigentliche Stromerzeugung zur Verfügung. Da das Karlsruher Modell ohne mechanische Kompression auskommt, arbeitet es deutlich effizienter. Die gesamte gewonnene Kraft kann somit direkt in elektrische Energie umgewandelt werden.

Premiere auf der Hannover Messe

Professor Daniel Banuti, Direktor des Instituts für Thermische Energietechnik und Sicherheit am KIT, sieht in der Technologie einen wichtigen Schritt hin zu einer hocheffizienten Wasserstoffenergie für ein fossilfreies Energiesystem. Wasserstoff ist ideal, da er rasch reagiert und so stabile Druckanstiege in der Anlage ermöglicht. Zudem lässt sich der Energieträger klimaneutral mit erneuerbaren Energien herstellen.

Die neue Bauweise führt perspektivisch zu leichteren und kostengünstigeren Turbinen für den industriellen Einsatz. Neben der stationären Energieversorgung könnte die Technik künftig auch die Luftfahrt grundlegend verändern. Durch das geringere Gewicht und die höhere Effizienz eröffnen sich neue Wege für den Bau moderner Flugzeuge. Die Forschung leistet damit einen wesentlichen Beitrag zu einer CO2-neutralen Energieversorgung.

Das KIT-Team stellt die innovative Gasturbine vom 20. bis zum 24. April 2026 auf der Hannover Messe vor. Interessierte finden den Stand des Instituts in Halle elf (B 06). In Hannover wollen die Forscher zeigen, wie die Technik den Sprung aus dem Labor in die Industrie schaffen soll.

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Forscher der Hongkong University of Science and Technology (HKUST) haben ein neues Verfahren zur Entwicklung von Calcium-Ionen-Batterien vorgestellt. Die Wissenschaftler nutzten quasi-feste Elektrolyte aus speziellen organischen Gerüsten, den sogenannten kovalenten organischen Frameworks (COFs).

Dieses Verfahren adressiert den bisher langsamen Ionentransport, der die Nutzung von Calcium als Energiespeicher einschränkte. Das Team peilt eine Verbesserung der Nachhaltigkeit und Kapazität gegenüber gängigen Lithium-Systemen an.

Die Wissenschaftler untersuchten im Rahmen ihrer Studie zwei verschiedene Framework-Strukturen: PT-COFs und PQ-COFs. Das PT-COF verfügt über vierundzwanzig Carbonylgruppen pro Wiederholungseinheit, während das PQ-COF lediglich zwölf dieser Gruppen besitzt. Die höhere Dichte an chemischen Bindungsstellen im PT-System führt zu einer deutlich überlegenen Leitfähigkeit der Ionen. Dieser strukturelle Unterschied erwies sich als entscheidender Faktor für eine stabilere Leistung der Batterie.

Calcium-Ionen-Batterien: Effizienter Ionen-Transport ohne Blockaden

Die Calcium-Ionen wandern bei dem neuen Verfahren über einen spezifischen Hopping-Mechanismus durch das organische Material. Sie springen dabei entlang der geordneten Poren von einer Carbonylgruppe zur nächsten. Simulationen des Teams belegen, dass diese Bewegung nicht nur innerhalb einer Ebene, sondern auch in der Z-Richtung durch die Kanäle verläuft.

Durch diesen geordneten Weg verhindert das System die Bildung störender Passivierungsschichten an der Anode, welche die Funktion bisheriger Calciumspeicher oft blockierten. Das Team kombinierte für die praktischen Tests eine Anode aus dem organischen Molekül PTCDA mit einer Kathode aus CuPBA.

Diese Materialwahl verhindert, dass sich die Bestandteile der Elektroden während des Betriebs im Elektrolyten auflösen. Die Forscher bestätigten durch umfangreiche Analysen, dass die gesamte Batteriezelle ihre strukturelle Integrität auch bei hoher Belastung behält. Damit löste das Team ein zentrales Problem der Haltbarkeit bei solchen Batteriesystemen.

Leistung unter Hitze und Dauerbelastung

Der entwickelte PT-COF-Elektrolyt erreicht bei Raumtemperatur eine Ionenleitfähigkeit von 0,46 mS cm⁻¹. Erwärmt sich das System auf achtzig Grad Celsius, steigt dieser Wert auf 5,05 mS cm⁻¹ an. Der Elektrolyt hält zudem einer hohen elektrischen Spannung von bis zu 4,5 Volt stand, ohne sich chemisch zu zersetzen.

Diese thermische und oxidative Stabilität ermöglicht den Einsatz der Technologie in anspruchsvollen industriellen Umgebungen oder Elektrofahrzeugen. In den durchgeführten Laborversuchen lieferte die Zelle eine Kapazität von 155,9 mAh/g bei einer Stromstärke von 0,15 A/g.

Selbst nach 1.000 Lade- und Entladezyklen bei einer Stromstärke von 1 A/g behielt die Batterie fast fünfundsiebzig Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität bei. Die Forschungsarbeit entstand in enger Zusammenarbeit mit der Shanghai Jiao Tong University. Die Ergebnisse markieren einen neuen Leistungsrekord für quasi-feste Batterien auf Basis von Calcium-Ionen.

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Dass KI-Tools häufig den Faden verlieren, empfinden viele Nutzer als nervig. Doch das ist kein Zufall, sondern ein LLM-Gedächtnisproblem. Hintergrund ist ein architektonisches Limit.

Falls du schon länger mit einem großen Sprachmodell (LLM) wie ChatGPT oder Claude arbeitest, kennst du bestimmt dieses Phänomen: Du bist mitten in einer komplexen Aufgabe und plötzlich scheint die KI zentrale Teile der vorangegangenen Diskussion vergessen zu haben. Experten nennen dieses Phänomen zu Recht „Gedächtnisproblem“ (The Memory Problem). Dabei handelt es sich um eine fundamentale architektonische Einschränkung, die alle aktuellen LLMs betrifft.

Dieses Vergessen ist keine Absicht, sondern basiert auf einem technischen Limit. Denn LLMs haben kein Gedächtnis im traditionellen Sinne. Wenn du eine neue Nachricht sendest, erinnert sich das Modell nicht an die vorherigen Nachrichten aus einer gespeicherten Datenbank.

Stattdessen liest das Modell die gesamte Konversation von Anfang an neu durch, um die nächste Antwort zu generieren. Man kann sich das wie das Lesen eines Buches vorstellen, bei dem jedes Mal, wenn ein neuer Satz geschrieben werden soll, der gesamte Text von Seite eins an gelesen werden muss.

LLM-Gedächtnisproblem: Das Kontextfenster als Engpass

Dieses ständige „Wiederlesen“ findet innerhalb des sogenannten Kontextfensters statt. Dieses Fenster kannst du dir wie einen Notizblock mit fester Größe vorstellen: Die gesamte Konversation muss dort hineinpassen. Die Kapazität wird in Tokens gemessen, den grundlegenden Texteinheiten, die ein LLM verarbeitet.

Ein Token entspricht grob etwa drei Vierteln eines Wortes. Wenn das Notizbuch vollläuft, muss das System ältere Inhalte löschen, damit die Konversation weitergehen kann. Alles, was aus diesem Fenster fällt, ist für die KI nicht mehr direkt abrufbar.

Das eigentliche Problem ist dabei nicht die Datenübertragung. Denn eine 30.000 Wörter lange Unterhaltung entspricht nur etwa 200 bis 300 Kilobyte an Daten. Der wahre Engpass ist die Rechenleistung. Das liegt an dem sogenannten Attention-Mechanism (Aufmerksamkeitsmechanismus) der LLMs. Dieser erfordert, dass die KI die Beziehung jedes einzelnen Wortes zu jedem anderen Wort in der Konversation berechnet.

Das führt zu einem quadratischen Wachstumsproblem. Wenn sich die Eingabe verdoppelt, vervierfacht sich die erforderliche Rechenarbeit. Das ist der Grund, warum längere Chats progressiv länger dauern und immense GPU-Speicher für die Speicherung all dieser Beziehungen erfordern.

RAG als möglicher Lösungsansatz

Ein vielversprechender Weg, dieses Problem zu umgehen, ist die Retrieval-Augmented Generation (RAG). Anstatt den gesamten Kontext in das LLM-Notizbuch zu zwängen, fungiert ein RAG-System wie ein smartes Bibliothekssystem. Es durchsucht riesige externe Datenbanken und Wissensquellen nach den speziell relevanten Informationen für die aktuelle Frage.

Nur diese relevanten Schnipsel werden dann zusammen mit der Frage in das Kontextfenster des LLM eingefügt. Dadurch kann ein Kontextfenster, das eigentlich begrenzt ist, sich fast grenzenlos anfühlen, da die externen Datenbanken Millionen von Dokumenten speichern können.

RAG ist besonders nützlich für Aufgaben wie das Durchsuchen technischer Dokumentationen oder die Beantwortung von Fragen aus großen Wissensdatenbanken. Bei klassischen Chats wird uns das Gedächtnisproblem also noch einige Zeit verfolgen.

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Die molekulare Solarthermie (MOST) galt einst als großer Hoffnungsträger. Doch dann passierte lange nichts. Nun haben Forscher einen Fortschritt erzielt, indem sie Solarenergie verflüssigen und über Monate speichern. 

Auf die Wärmeerzeugung entfällt fast die Hälfte des globalen Energiebedarfs. Bisher decken fossile Brennstoffe wie Gas und Öl zwei Drittel dieser Nachfrage. Während Batterien elektrischen Strom effizient speichern, bleibt die langfristige Speicherung von Wärme eine technische Herausforderung.

Ein Forscherteam der University of California zeigt jetzt einen neuen Weg in der molekularen Solarthermie (MOST) auf. Die Methode speichert Sonnenenergie über Monate hinweg direkt in chemischen Bindungen. Moleküle geben die Energie später genau dann als Wärme ab, wenn Bedarf besteht.

Molekulare Solarthermie: Inspiration durch Sonnenbrand

Die Wissenschaftler nutzten bei der Entwicklung chemische Prozesse, die einem Sonnenbrand ähneln. Ultraviolettes Licht verknüpft in der menschlichen DNA benachbarte Basen zu sogenannten Dewar-Isomeren. Was in der Natur Krebs auslösen kann, dient hier als hocheffiziente molekulare Batterie.

Eine künstliche Flüssigkeit aus 2-Pyrimidon ahmt diesen Effekt nach. Unter Sonnenlicht faltet sich das Molekül in eine extrem stabile Speicherform. Dieser Zustand bleibt bei Raumtemperatur bis zu 481 Tage lang erhalten.

Das System erreicht eine Energiedichte von 1,65 Megajoule pro Kilogramm. Damit übertrifft es die Kapazität von Lithium-Ionen-Akkus um fast das Doppelte. Zum Vergleich: Klassisches Heizöl speichert etwa 40 Megajoule pro Kilogramm, was den Abstand zu fossilen Energieträgern verdeutlicht.

Flüssiger Brennstoff ohne Gift

Die Forscher nennen den zugrunde liegenden Mechanismus „compounded strain“. Die Moleküle verwinden sich dabei zu einer Struktur mit zwei viergliedrigen Ringen aus 1,2-Dihydroazet und Diazetidin. Diese Ringe erzeugen eine gewaltige Spannung, die die Substanz beim Zurückschnappen als Wärme freigibt.

Im Gegensatz zu früheren Versuchen ist das Speichermaterial bei Raumtemperatur flüssig. Es benötigt keine giftigen Lösungsmittel wie Toluol, welche die Energiedichte verdünnen würden. Pumpen befördern den Brennstoff durch Dachkollektoren direkt in einen Lagertank im Keller.

Die Flüssigkeit reagiert zudem unempfindlich auf Wasser und setzt genug Energie frei, um sie zum Kochen zu bringen. Dies erhöht die Sicherheit für den Einsatz in Wohnhäusern erheblich. Bei einem Leck treten keine toxischen Dämpfe oder gefährlichen Chemikalien aus.

Hürden und Lösungsansätze

Derzeit fangen die Moleküle nur etwa fünf Prozent des Sonnenspektrums ein. Ein energetisches Leck, der sogenannte nicht radiative Zerfall, verhindert bisher eine höhere Effizienz. Dabei schüttelt das angeregte Molekül die Energie sofort als Wärme ab, statt sie dauerhaft zu speichern.

Die Forscher planen zudem den Austausch des flüssigen Säurekatalysators. Eine feste, säurefunktionalisierte Oberfläche soll künftig die Energieabgabe steuern. Dies macht eine nachträgliche Neutralisierung des Brennstoffs überflüssig und vereinfacht den Kreislauf.

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Forscher haben einen neuen Ansatz entwickelt, um das Recycling von Batterien zu erleichtern. Hintergrund ist ein selbstzerstörendes Material. 

Der aktuelle Boom bei Elektrofahrzeugen wird künftig viel Elektroschrott verursachen. Während unzählige Bemühungen im Gange sind, das Batterie-Recycling zu verbessern, landen immer noch viele Batterien auf Mülldeponien. Forscher des MIT fanden nun eine potenzielle Lösung.

Dabei handelt es sich um ein neues, sich selbst organisierendes Batteriematerial, das sich schnell auflösen kann, wenn es in eine einfache organische Flüssigkeit getaucht wird. Dieser Ansatz verspricht eine Alternative zum Zerkleinern einer Batterie in eine schwer zu recycelnde, vermischte Masse. Stattdessen löst sich die gesamte Batterie auf.

Aktuelle Batterien haben drei Hauptkomponenten: eine positiv geladene Kathode, eine negativ geladene Elektrode und einen Elektrolyt, der Lithium-Ionen zwischen ihnen hin- und herbewegt. Die Elektrolyte in den meisten Lithium-Ionen-Batterien sind jedoch hochentzündlich und zerfallen im Laufe der Zeit in giftige Nebenprodukte.

Um das Recycling zu vereinfachen, nutzten die Forscher einen nachhaltigeren Elektrolyt. Dabei handelt es sich um eine Klasse von Molekülen namens Aramid-Amphiphile (AAs), die sich in Wasser selbstständig zusammensetzen und deren chemische Struktur und Stabilität an Kevlar erinnern.

Batterie-Recycling: Nachhaltiges Elektrolyt eine magische Lösung?

Laut Studienautor Yukio Cho war seine Inspiration eine Szene aus einem „Harry-Potter“-Film, in der Professor Dumbledore ein baufälliges Haus mit einer Handbewegung aufräumt. Als Cho später eine Präsentation über Moleküle sah, die sich selbst in komplexe Strukturen zusammensetzen und dann in ihre ursprüngliche Form zurückkehren können, fragte er sich, ob dies für das Batterie-Recycling genutzt werden könnte.

Das Verfahren könnte einen Paradigmenwechsel für die Batterieindustrie darstellen, die derzeit auf aggressive Chemikalien und komplexe Verarbeitungsprozesse angewiesen ist. Die Forscher gaben den Molekülen eine Eigenschaft, die es ihnen ermöglichte, Lithium-Ionen zu leiten. Wenn das Team die Moleküle ins Wasser taucht, bilden sie spontan mechanisch stabile Nanobänder.

Diese Nanobänder haben eine flexible Kette, die als „Nest“ für Lithium-Ionen dient. Anschließend pressten die Forscher die Nanobänder zu einem festen Material. Sie bauten eine Festkörperbatteriezelle und demonstrierten, dass die Nanobänder erfolgreich Lithium-Ionen zwischen den Elektroden transportierten. Die Leistung war jedoch durch einen Nebeneffekt namens Polarisation eingeschränkt, der die Bewegung der Lithium-Ionen während des Ladens behinderte.

Die Zukunft des Batterie-Recyclings?

Trotz der anfänglichen Leistungsprobleme ist das Material ein Machbarkeitsnachweis für einen „Recycling-zuerst“-Ansatz beim Batteriedesign. Als die Forscher die Batteriezelle in organische Lösungsmittel tauchten, löste sich das Material sofort auf. Cho verglich die Reaktion mit dem Auflösen von Zuckerwatte in Wasser.

Der Elektrolyt hält die beiden Elektroden zusammen und bietet die Wege für die Lithium-Ionen, sodass beim Recycling die gesamte Elektrolytschicht auf natürliche Weise abfallen kann und Unternehmen die Elektroden separat recyceln können.

Das Design von Batterien, die von Anfang an auf Recycling ausgelegt sind, ist ein neuer Ansatz in der Industrie. Die Forscher sind überzeugt, dass ihr Material auch nur als Schicht im Elektrolyten ausreicht, um die Recyclingfähigkeit zu erhöhen. Wenn Lithium-Ionen-Batterien im großen Maßstab recycelt werden können, hätte das den gleichen Effekt wie die Eröffnung neuer Lithiumminen und könnte dazu beitragen, massive Preisspitzen zu vermeiden.

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Der Beitrag Natrium-Ionen-Batterie: Das erste E-Auto mit Salz-Akku kommt erschien zuerst beim Online-Magazin BASIC thinking. Über unseren Newsletter UPDATE startest du jeden Morgen bestens informiert in den Tag.

Die beiden chinesischen Unternehmen CATL und Changan wollen noch in diesem Jahr das erste serienreife E-Auto mit Natrium-Ionen-Batterie auf die Straße bringen. Der sogenannte Salz-Akku soll sicher und günstig sein und Temperaturen von bis zu minus 50 Grad Celsius standhalten. 

Changan Automobile und Batteriehersteller CATL haben in Yakeshi das weltweit erste Serienfahrzeug mit Natrium-Ionen-Batterien präsentiert. Das Modell soll Mitte 2026 auf den Markt kommen und verfügt über eine Naxtra-Batterie von CATL. Diese Technologie wird markenübergreifend bei AVATR, Deepal, Qiyuan und UNI eingesetzt. Der Start könnte den Übergang zu einem Ökosystem mit zwei sich ergänzenden Batterietechnologien markieren.

Die Naxtra-Akkus erzielen eine Energiedichte von 175 Wattstunden pro Kilogramm. In reinen Elektroautos ermöglicht das System derzeit Reichweiten von rund 400 Kilometern. Weiterentwicklungen sollen künftig Reichweiten zwischen 500 und 600 Kilometern ermöglichen. Damit würde die Technologie über 50 Prozent der Reichweiten-Anforderungen des globalen Marktes abdecken.

Natrium-Ionen-Batterie verspricht hohe Leistung bei Kälte

Bei Temperaturen von minus 30 Grad Celsius liefern die Natrium-Ionen-Zellen fast die dreifache Entladeleistung im Vergleich zu LFP-Batterien. Selbst bei minus 40 Grad Celsius behalten sie über 90 Prozent ihrer Kapazität bei. Eine stabile Stromabgabe ist sogar bei extremen Bedingungen von bis zu minus 50 Grad Celsius gewährleistet. Für Hybridfahrzeuge bietet die Technik eine elektrische Reichweite zwischen 300 und 400 Kilometern.

Die Belastungsprüfungen umfassen extreme mechanische Einwirkungen wie Quetschen, Bohren oder Sägen. Dabei entstanden weder Rauch noch Feuer, während die Stromversorgung stabil blieb. Das Ergebnis demonstriert die Zuverlässigkeit im Fahrzeugsektor. Die Batterien sind speziell für den Einsatz unter schwierigsten klimatischen Bedingungen konzipiert.

CATL plant in diesem Jahr zudem, den Aufbau von über 3.000 Choco-Swap-Stationen in 140 Städten. Davon entstehen gezielt mehr als 600 Stationen in den kalten nördlichen Regionen Chinas. Dieses Netzwerk soll Fahrern einen schnellen und zuverlässigen Zugang zu Energie sichern. Die Infrastruktur unterstützt die tiefe Integration der Technik über mehrere Fahrzeugmarken hinweg.

Forschungsaufwand und industrielle Skalierung

Der globale Markt für Natrium-Ionen-Batterien könnte bis 2034 auf 6,83 Milliarden US-Dollar ansteigen. Ein wesentlicher Vorteil liegt in der Verwendung reichlich vorhandener Rohstoffe für die Produktion. Diese Ressourcen helfen dabei, globale Lieferketten zu diversifizieren und Abhängigkeiten zu reduzieren. Zudem gilt das Verfahren als umweltfreundlich in der Herstellung und beim Recycling.

Die gezielte Forschung an der Natrium-Ionen-Technologie begann bei CATL im Jahr 2016. Rund 1,45 Milliarden US-Dollar flossen in die Entwicklung und Erprobung von fast 300.000 Testzellen. Ein Team aus über 300 Fachkräften, darunter 20 promovierte Wissenschaftler, bildete die wissenschaftliche Basis. Diese Vorarbeit ermöglicht nun die industrielle Fertigung in großem Maßstab.

Mit der aktuellen Vorstellung verlässt die Technologie endgültig die Laborphase. Changan Automobile und CATL überführen die Forschungsergebnisse in eine skalierbare Massenproduktion. Die Batterien sollen sich als globale Standardlösung für die weltweite Elektromobilität etablieren. Damit wird die Natrium-Technik zu einer tragfähigen Alternative für den breiten Massenmarkt.

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Der Beitrag Just the Browser: Mit diesem Tool kannst du KI und Werbung ausblenden erschien zuerst beim Online-Magazin BASIC thinking. Über unseren Newsletter UPDATE startest du jeden Morgen bestens informiert in den Tag.

Die meisten Webbrowser überladen ihre Oberflächen zunehmend mit Funktionen, die viele Nutzer nerven. Das Projekt „Just the Browser“ verspricht eine technische Lösung, die KI-Inhalte, Shopping-Funktion und Werbung verbannt. 

Hinter dem Projekt Just the Browser steckt der US-Journalist und Programmierer Corbin Davenport. Sein Tool ermöglicht es, Webbrowser ohne KI-Funktionen, die Cursor okkupieren oder im Hintergrund Tabs umschichten. Davenport veröffentlichte deshalb spezifische Gruppenrichtlinien für drei große Browser, zusammen mit einer ausführlichen Dokumentation.

Die technische Basis bilden sogenannte Bordmittel, weshalb du keine zusätzlichen Plug-ins installierst oder den Quellcode der Programme anrühren musst. Da die Software im Kern unverändert bleibt, erhalten die Browser weiterhin alle wichtigen Sicherheitsupdates. In der Regel reaktivieren diese automatischen Updates die unerwünschten Funktionen auch nicht eigenständig.

Just the Browser installieren

Zur Installation kopierst du einen einfachen Befehl in das Befehlsterminal deines Computers, wählst den gewünschten Browser aus und bestätigst den Vorgang. Mit demselben Shell-Befehl entfernst du die installierten Richtlinien bei Bedarf wieder oder stellst den Originalzustand wieder her. Nach der Anwendung zeigen Browser wie Edge oder Firefox einen Hinweis an, dass eine Organisation die Software verwaltet.

Diese Organisation bist jedoch du selbst als Nutzer von „Just the Browser“. Die Skripte unterstützen Windows-Systeme in allen gängigen Konfigurationen. Für Linux-Anwender deckt das Tool bisher Distributionen wie Debian, Ubuntu, Fedora und OpenSUSE ab.

So ist es etwa möglich, den Firefox-Browser innerhalb weniger Sekunden erfolgreich von KI-Ballast und Werbung zu befreien. Bei dem Vorgang sind kaum manuelle Schritte notwendig. Das spart Zeit. Wichtig ist, dass das Skript dabei sowohl die Standardinstanz als auch mögliche parallel installierte Versionen des Browsers verändert.

Einschränkungen bei mobilen Browsern

Gleichzeitig solltest du beachten, dass bei einer späteren Rückgängigmachung der Richtlinien unter Umständen einige manuell vorgenommene Einstellungen verschwinden. Normale Browserupdates sollten die gesetzten Richtlinien im Alltag nicht tangieren. Falls Browser-Herausgeber jedoch grundlegende Änderungen vornehmen, die bestehende Richtlinien stören, musst du das Skript eventuell neu ausführen.

Aber es gibt auch Einschränkungen. Wenn du etwa KI-Komponenten deaktivierst, dann verlierst du in Firefox gleichzeitig die interne Übersetzungsfunktion. Während die Unterstützung für Google Chrome unter Linux spezifisch noch in Arbeit ist, steht eine mobile Lösung für Android aktuell gar nicht zur Verfügung. Im Gegensatz dazu listet das GitHub-Repository iOS bereits für eine mögliche Ausweitung der Funktionen auf.

Per Flatpak installierte Browser unter Linux unterstützt das Projekt derzeit ebenfalls noch nicht. Da das Projekt unter der MIT-Lizenz steht, darf die Community es frei weiterverbreiten und kommerziell nutzen. Das Ziel bleibt dabei immer ein Browser, der schlichtweg nur ein Browser ist.

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Der Beitrag HoloRadar lässt Roboter mit Funkwellen um Ecken gucken erschien zuerst beim Online-Magazin BASIC thinking. Über unseren Newsletter UPDATE startest du jeden Morgen bestens informiert in den Tag.

Forscher haben ein sogenanntes HoloRadar entwickelt, das Roboter mittels Funkwellen um Ecken gucken lässt. Ein KI-Modell wertet die Daten aus. 

Ein Forscherteam der University of Pennsylvania hat ein System entwickelt, mit dem mobile Roboter Objekte wahrnehmen können, noch bevor diese in das direkte Sichtfeld treten. Die Technologie nutzt ein Radarmodul und eine speziell konzipierte Künstliche Intelligenz, um Hindernisse um Ecken herum erkennen zu können.

Der Roboter identifizierte etwa Fußgänger in einem verwinkelten Flur. Die Forscher beschreiben ihre Ergebnisse in einer Veröffentlichung der Annual Conference on Neural Information Processing Systems. Ihr Roboter tastet seine Umgebung aktiv ab, indem er über das Radarmodul hochfrequente Funksignale aussendet.

Diese Signale treffen auf flache Oberflächen wie Wände, Böden oder Decken und werden von diesen zurückgeworfen. Ein Teil der Wellen breitet sich dabei auch in Bereichen außerhalb des primären Sichtbereichs aus und prallt dort ab. Durch den Empfang dieser Echos erhält das System Informationen über Objekte, zu denen kein direkter Blickkontakt besteht.

Roboter sieht mit HoloRadar um Ecken: KI-Verstand für Funkwellen

Bei der praktischen Umsetzung stößt die herkömmliche Signalverarbeitung jedoch an technische Grenzen. Einzelne Funkimpulse werden auf ihrem Weg durch verwinkelte Räume mehrfach abgelenkt. Der Empfänger des Roboters steht dadurch inmitten eines Gewirrs aus verschiedenen zurückspringenden Funkwellen. Diese Signalüberlagerung macht es Standardsystemen unmöglich, die Informationen sauber zu entflechten.

Die Forscher lösten diese Schwierigkeit mit einer maßgeschneiderten Künstlichen Intelligenz. Die Software kombiniert klassisches maschinelles Lernen mit fundiertem Wissen über physikalische Gesetzmäßigkeiten. Das System verarbeitet Daten in zwei aufeinanderfolgenden Schritten. Zuerst hilft die KI dem Roboter dabei, jene Signale zu identifizieren, die über ganz bestimmte Spiegelungswege zurückgekehrt sind.

Die Software versteht durch diesen Abgleich, welche Umwege die Wellen im Raum genommen haben. In einem zweiten Schritt greift das System erneut auf das hinterlegte physikalische Modell zurück. Es nutzt es, um die genaue Herkunft der zuvor identifizierten, abgelenkten Signale zu berechnen. Auf diese Weise bestimmt der Roboter die Position von Hindernissen hinter einer Sichtbarriere.

Radar sieht, was Kameras nicht blicken

Aus diesen Informationen erstellt der Roboter eine dreidimensionale Rekonstruktion seiner gesamten Umgebung. Diese virtuelle Karte bildet auch Bereiche ab, die ursprünglich außerhalb des Sichtfelds lagen. In der Vergangenheit stellten Fachleute bereits Geräte mit ähnlichen Fähigkeiten vor, die jedoch sichtbares Licht nutzten. Solche Systeme werten Schattenwürfe oder indirekte Reflexionen von Lichtquellen aus.

Ein wesentlicher Nachteil lichtbasierter Methoden ist ihre starke Abhängigkeit von den herrschenden Lichtverhältnissen. Sie benötigen meist eine kontrollierte Beleuchtung, um präzise Daten über verborgene Objekte zu liefern. Ohne eine optimale Lichtquelle verlieren diese Sensoren an Zuverlässigkeit. Das System der University of Pennsylvania arbeitet hingegen ohne eine solche kontrollierte Beleuchtung.

Die Radarwellen benötigen kein sichtbares Licht, um Hindernisse oder Personen hinter Ecken zu erfassen. Dies ermöglicht den Einsatz mobiler Roboter unter realen Bedingungen. Während optische Sensoren in schlecht beleuchteten Umgebungen versagen können, tastet das Radarsystem die Struktur des Raumes kontinuierlich ab. Damit bietet die Technologie eine Lösung für die Navigation in verwinkelten Gebäudestrukturen.

Durch die Kombination von physikalischen Modellen und lernfähigen Algorithmen erreichte die Forschungsgruppe eine veränderte Form der Wahrnehmung. Die Maschine interpretiert die Signalüberlagerung nicht als Störung, sondern nutzt sie zur Lagebestimmung. Personen werden so bereits zu einem Zeitpunkt erkannt, an dem sie für das System bisher nicht direkt sichtbar sind. Dieser technische Ansatz erweitert die Möglichkeiten der räumlichen Bildverarbeitung.

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Der Beitrag KI erschafft Killer-Viren: Zwischen neuen Therapie und Biowaffen erschien zuerst beim Online-Magazin BASIC thinking. Über unseren Newsletter UPDATE startest du jeden Morgen bestens informiert in den Tag.

Forschern ist es gelungen, mithilfe von KI erstmals neue Viren zu erschaffen. Ihr Ziel: Neue Therapien gegen schwere Krankheiten und Antibiotikaresistenzen. Sicherheitsexperten sind jedoch besorgt. 

Künstliche Intelligenz kann Videos erstellen, Bilder generieren und E-Mails schreiben. Aber kann sie auch Leben erschaffen? Einem Forscherteam in Kalifornien ist es gelungen, mithilfe von KI neue genetische Codes für Viren zu entwerfen. Sie brachten sogar einige dieser Viren dazu, sich zu replizieren und Bakterien abzutöten. Die Wissenschaftler sprechen vom ersten generativen Design kompletter Genome.

Strenggenommen hat die KI zwar kein Leben erschaffen, da Viren keine Lebewesen sind. Dennoch ist der Ansatz ein vielversprechender erster Schritt in Richtung von KI-entworfenen Lebensformen, so Biologe Jef Boeke. Er sagt, die Ergebnisse der KI seien überraschend gut, denn sie schlug Viren mit neuen, verkürzten Genen und sogar mit unterschiedlicher Genanordnung vor.

KI erschafft Viren

Um die Viren zu entwerfen, nutzten die Forscher zwei Versionen einer KI namens Evo, die nach den gleichen Prinzipien wie große Sprachmodelle (LLMs) arbeitet. Der Unterschied: Anstatt mit Texten wurde die KI mit den Genomen von rund zwei Millionen anderen Bakteriophagen-Viren trainiert. Sie sollte Varianten eines Virus namens phiX174 entwickeln, das nur elf Gene und etwa 5.000 DNA-Bausteine hat.

Um zu testen, ob die von der KI vorgeschlagenen Genome funktionierten, druckten die Forscher 302 der Designs als DNA-Stränge aus und mischten sie mit E.-Coli-Bakterien. In einer Nacht hatten die Wissenschaftler dann Erfolg, als sie Platten mit toten Bakterien in ihren Petrischalen sahen.

Insgesamt funktionierten 16 der 302 Designs. Ein Virus hatte sogar damit begonnen, sich zu vermehren, die Bakterien zum Platzen zu bringen und sie abzutöten. Die Forscher zeigen sich von diesen Ergebnissen absolut beeindruckt.

Fluch und Segen

Die Arbeit hat das Potenzial, die Forschung an künstlich hergestellten Zellen zu beschleunigen und neue Behandlungen zu ermöglichen. Bei der sogenannten Phagentherapie werden etwa bereits Viren zur Behandlung schwerer bakterieller Infektionen eingesetzt.

Auch bei der Gentherapie, die Viren zum Einschleusen von Genen in den Körper nutzt, könnte KI helfen, effektivere Varianten zu finden. Die neuen Methoden haben das Potenzial, die Biologie voranzubringen, weil sie Prozesse enorm beschleunigen.

Allerdings birgt diese Technologie auch erhebliche Risiken. Die Stanford-Forscher betonen, dass sie ihre KI bewusst nicht mit Viren trainiert haben, die Menschen infizieren können. Aber andere Wissenschaftler könnten aus Neugier oder böser Absicht die Methode auf menschliche Krankheitserreger anwenden und so „neue Dimensionen der Tödlichkeit“ erkunden.

J. Craig Venter, der einige der ersten Organismen mit DNA aus dem Labor geschaffen hat, warnt vor ernsthaften Bedenken, sollte jemand diese Methode auf Viren wie Pocken oder Milzbrand anwenden.

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Der Beitrag Wie Homeoffice und mobile Work Klima und Alltag verändern erschien zuerst beim Online-Magazin BASIC thinking. Über unseren Newsletter UPDATE startest du jeden Morgen bestens informiert in den Tag.

Mobiles Arbeiten verändert nicht nur unseren Alltag, sondern auch den Umgang mit Rohstoffen und Energie. Doch wie nachhaltig sind Homeoffice und mobile Work wirklich? Ein Blick auf Chancen, Risiken und das Klima. 

Workation, Coworking-Spaces oder die heimische Arbeit am Küchentisch gehört für viele Menschen mittlerweile zum Alltag. Zahlen des Statistischen Bundesamtes belegen die enorme Dynamik dieses Wandels. Während im Jahr 2019 lediglich 12,9 Prozent der Erwerbstätigen im Homeoffice arbeiteten, stieg dieser Anteil im ersten Coronajahr 2020 bereits auf 21 Prozent.

Aktuell arbeitet bereits jeder vierte Berufstätige – das sind rund 10,5 Millionen Menschen – ausschließlich von zu Hause aus. Eine deutliche Mehrheit von 71 Prozent der Befragten glaubt zudem an einen weiteren Siegeszug dieser Arbeitsform. Besonders Führungskräfte, Wissenschaftler, Bürokräfte und Selbstständige treiben diese Entwicklung voran, wobei Männer das Homeoffice etwas häufiger nutzen als Frauen.

Simone Kimpeler vom Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI untersuchte im Auftrag des Umweltbundesamtes in der Studie „Mobile Arbeit in der Zukunft“, wie sich dieser Trend auf das Klima auswirkt. Ihre Abteilung suchte mittels Horizon Scanning nach frühen Signalen des Wandels und analysierten gesellschaftliche Treiber. Das Umweltbundesamt lässt prüfen, ob der Staat nationale Klimaziele aufgrund des mobilen Arbeitens nachjustieren muss.

Homeoffice und mobile Work: Der negative Einfluss auf das Klima

Ein zentrales Problem für den Klimaschutz stellt die Doppelausstattung von Arbeitsplätzen dar. Da viele Beschäftigte sowohl im Büro als auch zu Hause technische Geräte vorhalten, steigt der Bedarf an kritischen Rohstoffen für die IT-Ausrüstung massiv an.

Auch beim Heizen entstehen Zielkonflikte: Arbeitgeber beheizen ihre Bürogebäude oft weiter, um Bauschäden wie Schimmel zu verhindern, selbst wenn viele Räume täglich leer stehen. Gleichzeitig heizen die Beschäftigten ihre privaten Wohnungen den ganzen Tag über zusätzlich auf, was die energetische Bilanz belastet.

Ein weiterer Trend ist die sogenannte Workation, bei der Arbeit und Urlaub miteinander verschmelzen. Dies führt häufig zu weiten Fernreisen, die durch den Siedlungsausbau und die nötige Infrastruktur die Umwelt an den Zielorten belasten.

Beliebte Städte wie Lissabon reagieren bereits mit strikten Vorgaben, da mobil Arbeitende die Preise so stark nach oben treiben, dass die Stadt die Einheimischen verdrängt. Ein bewusster Umgang mit diesen Ressourcen ist daher entscheidend für eine nachhaltige Arbeitswelt.

Verlassene Innenstädte: Wenn das Homeoffice die Gastronomie verdrängt

Pendler und Büroangestellte prägen das Stadtbild maßgeblich durch ihre Mittagspausen: Lokale Fast-Food-Anbieter und Geschäfte richten ihr Angebot auf diese Kundschaft aus. Wenn diese Menschen jedoch im Homeoffice bleiben, verlieren die Gastronomen ihre Abnehmer, was oft zu Leerständen führt.

Stattdessen übernehmen Lieferdienste die Versorgung, indem sie Essen und Pakete direkt an die Haustür bringen, was wiederum Emissionen durch den Transport verursacht. Dennoch bietet das mobile Arbeiten deutliche Chancen für den persönlichen ökologischen Fußabdruck.

Wer das Auto in der Garage lässt und stattdessen das Fahrrad für Besorgungen in der Nachbarschaft nutzt, reduziert die physische Mobilität spürbar. Zudem ersetzen virtuelle Online-Workshops zunehmend internationale Dienstreisen, was signifikante Mengen an Treibstoff einspart. Im Baugewerbe macht der virtuelle Raum zudem die Planung effizienter, da Simulationen physische Begehungen vor Ort ersetzen.

Homeoffice und mobile Work: Der positive Einfluss auf das Klima

Um die Vorteile für das Klima optimal zu nutzen, müssen Kommunen und Unternehmen die Gestaltung der Arbeitsplätze hinterfragen. Politische Anreize können dabei helfen, Vororte besser an den öffentlichen Nahverkehr anzuschließen und Leerstände in Innenstädten sinnvoll zu behandeln.

Ziel ist es, die Arbeitswelt zu Hause nicht nur ökonomisch, sondern auch ressourcenschonend und gesundheitsfördernd aufzubauen. Am Ende liegt es in der Verantwortung jedes Einzelnen, das eigene Verhalten und die damit verbundenen Konsequenzen zu reflektieren.

Menschen entscheiden durch ihr Handeln täglich über die Klimabilanz, indem sie etwa den Arbeitsweg antreten oder digital kommunizieren. Klimafreundliche Modelle benötigen kluge Stadtplanung und verantwortungsvolle Unternehmen. Zudem hängen sie von bewussten, individuellen Entscheidungen ab.

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Forscher haben eine neue Membrantechnologie entwickelt, die selbst geringe Mengen an Schadstoffen energiearm aus Textilabwässern filtern soll. Vorbild für ihren Ansatz ist die Natur. 

Industrielle Trennverfahren verbrauchen aktuell große Mengen an Energie und verursachen hohe ökologische Kosten. Dies betrifft zentrale Bereiche der Fertigung, von der Reinigung pharmazeutischer Wirkstoffe bis hin zur Aufbereitung von Textilabwässern.

Forscher der Nanyang Technological University und des S N Bose National Centre for Basic Sciences haben deshalb eine Alternative entwickelt. Eine neuartige Membrantechnologie soll eine präzise molekulare Sortierung ermöglichen und die Energiekosten industrieller Reinigungsprozesse drastisch senken.

Herkömmliche Wasserfilter aus Polymeren weisen oft ungleichmäßige Poren auf, die sich durch Materialalterung verformen können. Die Forscher konstruierten daher kristalline Membranen mit starren Poren von exakt einem Nanometer Breite.

Als Vorbild dienten natürliche Aquaporine, die in biologischen Zellen den Stofftransport über ihre präzisen Dimensionen steuern. Die starre Struktur dieser sogenannten POMbranes verhindert, dass der Filter unter Belastung seine Form verliert oder an Trennschärfe einbüßt.

Wasseraufbereitung: Neue Molekularfilter dünner als ein Haar

Die beiden Forscherinnen Priyanka Dobariya und Shilpi Kushwaha nutzten für die Herstellung Polyoxometallat-Cluster (POM), die sie auf einer Wasseroberfläche zu großflächigen, ultradünnen Filmen anordneten. An diese kronenförmigen Metallcluster hefteten sie flexible chemische Ketten, um die Stabilität der Schichten zu erhöhen.

Die Länge dieser Ketten steuert exakt, wie dicht die Cluster in der fertigen Membran zusammengepackt sind. Eine engere Packung blockiert alternative Wege für die Moleküle und erzwingt den Transport direkt durch die vorgesehenen Nanoporen.

Ihre Kollegen Vinay Thakur und Raghavan Ranganathan bewiesen diese präzise Steuerung des Transports durch molekulare Computersimulationen. Die Membranen sortieren Teilchen, die sich in ihrer Masse nur um 100 bis 200 Dalton unterscheiden.

Zum Vergleich: 100 Dalton sind etwa 1,66 * 10^-25 Kilogramm. Damit erreichen sie eine etwa zehnmal bessere Trennleistung als bisher verfügbare Technologien. Zudem bleibt das Material in verschiedenen Säuregraden und unter aggressiven industriellen Bedingungen stabil.

Wirtschaftliches Potenzial und Plattform-Charakter

Besonders die indische Textilindustrie könnte durch die neue Technologie den Frischwasserbedarf senken und chemische Abfälle reduzieren. Dieser Sektor trägt mit über 2,3 Prozent zum Bruttoinlandsprodukt Indiens bei und macht etwa 13 Prozent der industriellen Produktion aus.

Der Markt hat aktuell einen Wert von 160 bis 225 Milliarden US-Dollar und soll bis zum Jahr 2030 auf 350 Milliarden US-Dollar wachsen. Die Membranen filtern Farbstoffmoleküle gezielt heraus und ermöglichen die direkte Wiederverwendung des Wassers.

Der Ansatz verspricht messbare Vorteile, da auch der indische Markt für Abwasserbehandlung in den kommenden Jahren schnell expandieren wird. Über die Textilbranche hinaus dienen die POMbranes als effiziente Plattform für den pharmazeutischen Sektor.

Sie sollen den Energiebedarf bei der Reinigung von Arzneistoffen sowie der Rückgewinnung von Lösungsmitteln bei gleichzeitig hohen Qualitätsstandards senken. Das Forschungsteam zeigt damit, wie von der Natur inspirierte Designs nachhaltige Lösungen für komplexe industrielle Herausforderungen liefern können.

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Der Beitrag Grüner Wasserstoff: Neuer Prozess nutzt Licht und flüssiges Metall erschien zuerst beim Online-Magazin BASIC thinking. Über unseren Newsletter UPDATE startest du jeden Morgen bestens informiert in den Tag.

Forscher haben eine Methode entwickelt, um grünen Wasserstoff ohne teure Filter zu gewinnen. Der Prozess nutzt Flüssigmetall und das Sonnenlicht anstatt Elektrolyse. 

Die School of Chemical and Biomolecular Engineering an der University of Sydney hat eine neue Methode entwickelt, die mithilfe von Flüssigmetallen und Sonnenlicht grünen Wasserstoff aus Wasser gewinnt. Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Nature Communications.

Der Ansatz umgeht gezielt technische Barrieren, die die Verbreitung von grünem Wasserstoff zuvor erheblich einschränkten. Da der Prozess direkt in Süß- oder Meerwasser funktioniert, entfallen die größten wirtschaftlichen Hürden.

Grüner Wasserstoff aus Flüssigmetall und Sonnenlicht

Die herkömmliche Produktion von grünem Wasserstoff scheitert oft an der Notwendigkeit hochreinen Wassers. Denn: Eine Reinigung verursacht zusätzliche Kosten und erhöht die technische Komplexität erheblich. Das neue Verfahren verarbeitet hingegen Meerwasser direkt, was die Produktion in der Nähe von Häfen und Industriegebieten vereinfacht. Der Prozess könnte die Gewinnung von nachhaltiger Energie in wasserarmen Regionen ermöglichen.

Die Forscher nutzten winzige Galliumpartikel im Wasser. Das Metall weist eine „nicht klebrige“ Oberfläche auf, was bedeutet, dass andere Materialien unter normalen Bedingungen nicht an ihm haften. Während Gallium bei Raumtemperatur fest erscheint, schmilzt es bei etwa Körpertemperatur zu reflektierenden Pfützen. Sobald das Licht auf die in Wasser getauchten Tröpfchen trifft, oxidiert und korrodiert das Metall an der Oberfläche kontrolliert.

Diese gezielte Korrosion stellt den eigentlichen Schlüssel zur Freisetzung des sauberen Wasserstoffgases dar. Denn Gallium absorbiert Licht hervorragend und treibt die chemische Reaktion aktiv an. Der leitende Forscher Professor Kourosh Kalantar-Zadeh beschreibt die Entdeckung als eine einfache Beobachtung, die die Wissenschaft zuvor schlicht ignoriert hatte. Durch die Nutzung von Lichtquellen löst das System die chemischen Bindungen im Wasser effizient auf.

Versuchsaufbau und Kreislaufwirtschaft

In Laborversuchen untersuchten die Wissenschaftler das Verhalten von flüssigem Gallium in Petrischalen und skalierten den Aufbau in Zylindern. Doktorand Luis Campos und seine Kollegen aktivierten die suspendierten Partikel sowohl durch natürliches Sonnenlicht als auch durch künstliche Bestrahlung.

Das Metall reagierte dabei mit dem Wasser zu Gallium-Oxyhydroxid und setzte den gewünschten Wasserstoff frei. Das Australian Research Council Discovery Project finanziert die Forschungsarbeit maßgeblich.

Der kreisförmige Prozess gewinnt das eingesetzte Material vollständig zurück. Nach der Extraktion des Wasserstoffs reduzierte das Team das entstandene Gallium-Oxyhydroxid chemisch. Diese Reduktion stellte wieder flüssiges Gallium her, sodass der geschlossene Kreislauf die ständige Wiederverwendung des Metalls sichert. Damit schont das Verfahren wertvolle Ressourcen bei der Energiegewinnung.

Wasserstoff aus Sonnenlicht

Die Forscher erreichten eine Spitzen-Effizienz der Wasserstoffproduktion von 12,9 Prozent. Kalantar-Zadeh hält diesen Wert bereits im frühen Stadium für hochgradig wettbewerbsfähig. Er vergleicht den Fortschritt mit der Geschichte der Solarenergie: Siliziumbasierte Solarzellen starteten in den 1950er Jahren mit lediglich sechs Prozent. Erst in den 1990er Jahren überschritten die Zellen die Marke von zehn Prozent.

Die Forscher planen nun den Bau eines mittelgroßen Reaktors, um die Skalierbarkeit der Technologie zu beweisen. Da der Prozess kreisförmig angelegt ist, schont er Ressourcen und ermöglicht eine nachhaltige Energiegewinnung. Das Verfahren bietet somit eine effiziente Lösung, um den globalen Bedarf an grünem Wasserstoff zu decken. Der einfache Aufbau verspricht zudem eine unkomplizierte industrielle Anwendung in der Zukunft.

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Der Beitrag Günstiger und effizienter: Batteriespeicher überholen Gaskraftwerke erschien zuerst beim Online-Magazin BASIC thinking. Über unseren Newsletter UPDATE startest du jeden Morgen bestens informiert in den Tag.

Große Batteriespeicher verdrängen Gaskraftwerke zunehmend vom Strommarkt und gelten als Schlüsseltechnologie der Energiewende. Sinkende Kosten und technische Fortschritte machen sie zu einer günstigeren Alternative, vor allem in Kombination mit Solar- und Windkraft.

Große Batteriespeicher verdrängen zunehmend klassische Gasturbinen aus dem Stromnetz. Laut Daten des privaten Forschungsinstituts Rystad Energy übertrifft die weltweit verfügbare Leistung aus Batteriegroßspeichern mittlerweile die Kapazität aller Pumpspeicherkraftwerke. Allein im Jahr 2025 wurden über 100 Gigawatt beziehungsweise 280 Gigawattstunden zusätzlich in Betrieb genommen.

Sinkende Preise für Batteriespeicher zeigten im vergangenen Jahr erstmals messbare Auswirkungen auf den globalen Gasverbrauch. Während die Kosten in der Europäischen Union im Vergleich zum Vorjahr um zehn Prozent fielen, sanken die Preise in China noch deutlicher. In der EU erreichten die Kosten 2025 einen Wert von umgerechnet 180 Euro je Kilowattstunde. Rystad Energy prognostiziert, dass dieser Wert im Jahr 2026 auf 170 Euro sinkt.

Speicherlösungen sind deshalb zunehmend wirtschaftlicher, da sich der gespeicherte Strom nur noch um etwa vier Cent verteuert. Im direkten Vergleich schneiden konventionelle Gaskraftwerke laut Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme schlechter ab. Diese verursachen im besten Fall Kosten zwischen knapp über sieben und 15,4 Cent je Kilowattstunde.

Batteriespeicher wirtschaftlicher als Gaskraftwerke

Steigende Preise für Kohlenstoffdioxid und eine geringere Auslastung könnten diese Kosten für Gas sogar auf über 30 Cent ansteigen lassen. Strom aus Photovoltaik und Windkraft liegt hingegen teilweise bei unter fünf Cent.

Durch die Kombination aus günstiger Erzeugung und steigenden Batteriekapazitäten nutzen Betreiber die Überproduktion nun zu Zeiten, in denen bisher Gasturbinen eingesprungen sind. Rystad Energy beobachtete dieses Phänomen zuerst im australischen Bundesstaat Victoria sowie in Kalifornien. Für das Jahr 2026 erwartet das Institut eine ähnliche Entwicklung in weiteren Regionen Australiens sowie in Europa.

Großspeicher dienen damit nicht mehr nur der bloßen Glättung der Produktion aus erneuerbaren Energien. Im Jahr 2021 existierte dieses Phänomen praktisch noch nicht, weshalb Überschüsse oft ungenutzt verloren gingen. Inzwischen nutzen Betreiber die Zwischenspeicherung in vielen Regionen bereits als die günstigere Alternative zur Bereitstellung von Gasturbinen.

Ausblick auf die globale Überbrückung

Dennoch geht der Marktbericht von einer künftigen Abschwächung der jährlichen Zubauquote aus. Während diese derzeit noch bei fast 50 Prozent liegt, könnte sie bis 2030 auf etwa 20 Prozent sinken. Als Gründe hierfür führen die Autoren steigende Preise für Lithium und veränderte wirtschaftliche Bedingungen in China an.

In den USA hingegen entwickelten sich die Preise je Kilowattstunde entgegen dem globalen Trend zuletzt nach oben. Trotz regionaler Preisunterschiede bleibt der Trend zum Ausbau weltweit ungebrochen. Die Summe der Strompreise inklusive Speicherung bleibt teilweise unter zehn Cent pro Kilowattstunde, sofern genügend preiswerte Speicher im Netz verfügbar sind.

Die weltweite Entwicklung zeigt jedoch: Batteriespeicher haben sich als günstigste Alternative zur Überbrückung etabliert. In vielen Gebieten ersetzt die Technologie bereits die Notwendigkeit, Gasturbinen für Lastspitzen bereitzuhalten. Der Markt für Energiespeicher bleibt somit ein zentraler Baustein der modernen Energieversorgung.

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Der Beitrag KI-Turbo: Maschinelles Lernen soll Batterien deutlich günstiger machen erschien zuerst beim Online-Magazin BASIC thinking. Über unseren Newsletter UPDATE startest du jeden Morgen bestens informiert in den Tag.

Forscher haben eine Methode entwickelt, bei der KI und maschinelles Lernen die Kosten und den Energieaufwand für die Entwicklung neuer Lithium-Ionen-Batterien drastisch senken könnten. 

Forscher haben eine neue Methode entwickelt, mit der die Industrie Lithium-Ionen-Batterien deutlich schneller und günstiger produzieren könnte. Durch maschinelles Lernen soll sich der Bedarf an Zeit und Energie massiv reduzieren lassen. Das neue Verfahren löst ein Problem, dass Experten die Lebensdauer von Batterien bisher nur sehr langsam voraussagen konnten.

Derzeit müssen Forscher eine neue Batterie monatelang konstant laden und entladen, nur um ihre Haltbarkeit zu prüfen. Dieses mühsame Testen könnte bis zum Jahr 2040 voraussichtlich 130.000 Gigawattstunden an Strom verbrauchen. Das entspricht etwa der Hälfte der Elektrizität, die Kalifornien in einem ganzen Jahr erzeugt.

KI macht die Batterieentwicklung deutlich günstiger

Wissenschaftler der University of Michigan haben deshalb ein System namens „Discovery Learning“ entwickelt. Damit verkürzten sie die Entwicklungszeit in der Theorie um rund 98 Prozent und reduzierten die Kosten um 95 Prozent. Eine KI nutzte dazu Daten aus früheren Testphasen, um die gesamte Lebensdauer einer Batterie präzise zu schätzen.

Das System nutzt drei Bausteine, damit Forscher weniger echte Daten für ihre Berechnungen benötigen. Zuerst wählt ein Learner-Modul gezielt die Prototypen aus, die für die Genauigkeit am wichtigsten sind. Danach wertet ein Interpreter physikalische Eigenschaften und historische Lebensdaten bereits existierender Batterien aus.

Dadurch lernt die KI aus der Vergangenheit, um die Zukunft vorherzusagen, ohne sie selbst abwarten zu müssen. Am Ende sagt ein Oracle-Modul voraus, wie lange die neuen Batterien halten. Das System meldet diese Ergebnisse direkt wieder an den Learner zurück, der dann die nächsten Tests plant.

Warum das für unseren Alltag wichtig ist

Dieser Sprung kann entscheidend sein, da wir für E-Autos oder Laptops immer bessere Akkus benötigen. Der weltweite Wert von Batterien liegt heute bereits bei 120 Milliarden US-Dollar und wächst bis 2030 voraussichtlich auf fast 500 Milliarden US-Dollar an. In diesem riesigen Markt können selbst geringe Effizienzgewinne eine große Wirkung haben.

Maschinelles Lernen kann die Entwicklung dabei gewaltig beschleunigen. Dennoch müssen Forscher noch beweisen, wie gut das System bei extrem neuen Designs, schwankenden Temperaturen oder unterschiedlichen elektrischen Lasten funktioniert.

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Der Beitrag Geothermie kann Stromkosten halbieren – und Kraftwerke ersetzen erschien zuerst beim Online-Magazin BASIC thinking. Über unseren Newsletter UPDATE startest du jeden Morgen bestens informiert in den Tag.

Laut einer aktuellen Stanford-Studie könnten petrothermale Geothermieanlagen in Kombination mit Wind- und Solarkraft nicht nur die Stromkosten halbieren, sondern auch Grundlastkraftwerke ersetzen.

Enhanced Geothermal Systems (EGS) nutzen die natürliche Erdwärme aus tiefen Schichten zur kontinuierlichen Stromproduktion. Forscher der Stanford University belegen in der Fachzeitschrift „Cell Reports Sustainability“, dass diese Technik die Stromkosten im Vergleich zu fossilen Energien mehr als halbieren kann. EGS fungieren dabei als verlässliche Grundlastquelle und können den Bedarf an Wind- und Solaranlagen sowie an Batteriespeichern senken.

Ingenieure erschließen mit EGS (auch Petrothermale Geothermie genannt) Wärme in drei bis acht Kilometern Tiefe. Zuerst führen sie präzise Bohrungen in das tief liegende Gestein durch. Danach pumpen sie Wasser mit hohem Druck in das Bohrloch. Dieser gezielte Druck bricht das Gestein auf und schafft so künstliche Wege für den Wärmetransport.

Das Wasser im Untergrund heizt sich durch die natürliche Erdwärme auf. Anschließend befördern Pumpen es wieder an die Oberfläche. Dort nutzen Kraftwerke die thermische Energie direkt für die saubere Stromerzeugung. Diese technische Effizienz ermöglicht eine Platzersparnis beim Ausbau der erneuerbaren Energien.

Petrothermale Geothermie könnte Stromkosten halbieren

Die Studie zeigt, dass bereits ein EGS-Anteil von zehn Prozent den Bedarf an Onshore-Windkraftanlagen um 15 Prozent verringern kann. Auch die notwendige Solarfläche würde durch diese Ergänzung um zwölf Prozent sinken. Besonders deutlich kann die Technologie das Netz bei den Batteriespeichern entlasten, deren Kapazitätsbedarf um 28 Prozent zurückginge.

In untersuchten Ländern könnte der gesamte Flächenverbrauch für die Energieerzeugung dadurch von 0,57 auf 0,48 Prozent sinken. Besonders dicht besiedelte Kleinstaaten wie Singapur, Gibraltar, Taiwan und Südkorea würden von diesem geringen Flächenbedarf profitieren.

In diesen Regionen leben viele Menschen auf engstem Raum, was den Bau großflächiger Windparks oder Solarfelder erschwert. EGS versprechen eine Lösung, da die Kraftwerke wenig Platz beanspruchen und Energie direkt aus der Tiefe gewinnen. So könnten diese Regionen ihre Versorgung absichern, ohne wertvolle Landflächen opfern zu müssen.

Sichere Energieversorgung ohne Reservekraftwerke

Der Wechsel von fossilen Brennstoffen zu erneuerbare Systeme kann die Stromkosten generell um rund 60 Prozent senken. Berücksichtigt man zusätzlich die Gesundheits- und Klimafolgekosten, sinken die gesellschaftlichen Gesamtausgaben sogar um über 90 Prozent. Eine stabile Grundlastquelle wie EGS beeinflusst die reinen Systemkosten dabei kaum.

Die Studie beweist, dass wetterabhängige Energiequellen keine teuren Reservekraftwerke für die Versorgungssicherheit benötigen. Laut der Studie haben EGS das Potenzial, die bisherige Funktion von Kohle- und Kernkraftwerken im Stromnetz zu übernehmen. Als neues Grundlastkraftwerk würde die petrothermale Geothermie eine sichere Versorgung rund um die Uhr garantieren.

Damit bietet die Technologie einen vielversprechenden Weg, die globale Erwärmung und Luftverschmutzung relativ kostengünstig zu reduzieren.

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Die Technische Universität München hat erstmals einen neuromorphen KI-Chip nach modernem 7‑Nanometer-Standard entwickelt und setzt damit ein Zeichen für technologische Souveränität in Europa. Der Chip verarbeitet Daten lokal und soll so die Privatsphäre schützen. 

An der Technischen Universität München ist der europaweit erste neuromorphe KI-Chip entstanden, der auf der modernen Sieben-Nanometer-Technologie basiert. Professor Hussam Amrouch entwickelte den nach dem Standard des taiwanesischen Herstellers TSMC.

Ziel des Projekts ist es, die technologische Souveränität Europas zu stärken, die Privatsphäre von Endnutzern zu schützen und die Abhängigkeit von globalen Lieferketten zu verringern. Die Forscher wollen künftig mindestens drei neue Chip-Designs pro Jahr entwerfen. Die European Semiconductor Manufacturing Company (ESMC) übernimmt ab 2028 die Fertigung in Dresden.

Neuromorpher KI-Chip aus München: Mehr Unabhängigkeit für Europa

Diese regionale Produktion solle die Versorgung mit Schlüsseltechnologien absichern und es hiesigen Unternehmen ermöglichen, KI-Chips und Algorithmen eigenständig zu entwickeln. Bisherige Erfahrungen aus der Pandemie und geopolitische Veränderungen haben gezeigt, wie anfällig globale Handelswege für Störungen sind.

Deshalb umfasst der gewählte Ansatz die gesamte Kette von der Ausbildung über das Design bis hin zur physischen Herstellung. Diese Abfolge von der Lehre bis zur fertigen Hardware soll sicherstellen, dass technologisches Wissen und Produktionskapazitäten innerhalb der Europäischen Union bleiben.

Sicherheit durch lokale Datenverarbeitung

Im Gegensatz zu vielen cloudbasierten KI-Chips, wie sie beispielsweise von Nvidia produziert werden, verarbeitet der Chip aus München Daten direkt am Gerät. Diese sogenannte Edge-Technologie verhindert, dass sensible Informationen an externe Server in der Cloud gelangen. Die Hardware-Architektur schützt also die Privatsphäre des Endnutzers.

Die Chips basieren auf dem offenen Standard RISC-V. Ingenieure können sie dadurch für spezifische Aufgaben optimieren. Die Chips eignen sich unter anderem für medizinische Anwendungen, um Herzschläge oder Hirnsignale in Echtzeit auszuwerten.

Die Spezialisierung auf einzelne Aufgaben macht sie im Vergleich zu universellen Prozessoren deutlich effizienter. Auch im Bereich des Quantencomputing sollen die spezialisierten Prozessoren bald zur Steuerung der Elektronik zum Einsatz kommen.

Schutz vor Manipulation und Förderung des Nachwuchses

Ein zentraler Aspekt der Eigenentwicklung ist die garantierte Sicherheit vor eingebauten Schwachstellen oder Trojanern. Denn: Wer einen Chip selbst designt und baut, weiß genau um dessen Innenleben. Gerade für die Automobilindustrie oder die Verteidigungsbranche stellen Komponenten aus außereuropäischen Ländern oft ein unkalkulierbares Risiko dar.

Durch die Konstruktion und Fertigung in Deutschland garantieren die Entwickler die Integrität der Hardware für diese sensiblen Bereiche. Die Universität eröffnete erst vor drei Monaten das Forschungs- und Ausbildungszentrum MACHT-AI. Dort erlernen Studenten das Design von Prozessoren und die Entwicklung passender Algorithmen für die Industrie. Die bayerischen Ministerien für Wissenschaft und Wirtschaft fördern das Zentrum.

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Erneuerbare Energien gehören zur Zukunft. Doch die Speicherung stellt nach wie vor eine Herausforderung dar – etwa bei Wind- oder Sonnenflauten. Eine neue Pumpturbine verspricht nun aber Abhilfe. 

Die Speicherung von Energie aus Wind und Sonne entscheidet über die Sicherheit unserer Stromversorgung. Ein Team aus Deutschland und den USA testet deshalb ein Pumpspeicherwerk am Boden des Ozeans. Das Projekt StEnSea nutzt den Wasserdruck in Tiefen von 650 Metern, um Energie zwischenzulagern. Der Vorteil: Schwankungen im Netz können ausgeglichen werden.

Bei dem System handelt es sich um eine hohle Betonkugel am Meeresgrund, die Energie bei Bedarf freigibt. Dadurch könnten Netzbetreiber es vermeiden, dass sie Windräder bei Überkapazitäten abschalten müssen. Die Konkurrenz aus China scheint technologisch bereits einen Schritt weiter, da das Unternehmen Dongfang Electric die Funktion eines solchen Systems seit Längerem demonstriert.

Neue Pumpturbine speichert Energie am Meeresgrund

Das Fraunhofer-Institut IEE arbeitet derweil mit Partnern wie Pleuger Industries und der Firma Sperra zusammen. Pleuger Industries baut die technische Einheit und verantwortet speziell die Mess-, Steuer- und Regelungstechnik. Die Firma Sperra druckt die Kugel der Pumpturbine mit einem speziellen 3D-Verfahren aus Beton.

Während der Prototyp im Maßstab eins zu drei einen Wirkungsgrad von 0,60 erreicht, zielt das System in voller Größe auf einen Wert von 0,80 ab. Damit steigern die Entwickler die Effizienz des Speichers um ein Drittel.

Ein Beispiel zeigt das Zusammenspiel mit Windparks auf hoher See. Wenn der Wind bei gleichzeitig geringem Bedarf in den Städten weht, treibt der Stromüberschuss die Pumpen an. Diese befördern das Wasser aus dem Inneren der Betonkugel ins Meer. Herrscht die Flaute oder steigt der Bedarf am Tag, drückt der Wasserdruck der Tiefe das Wasser zurück in die Kugel.

Dabei passiert das Wasser durch die Turbine, die daraufhin elektrische Energie erzeugt und in das Stromnetz einspeist. Da die Anlagen am Meeresgrund liegen, greifen sie kaum in das Landschaftsbild ein. Forscher untersuchen jedoch die Auswirkungen auf das Ökosystem unter Wasser. Durch den Bau weiterer Kugeln passt das Team die Kapazität der Anlage an den Bedarf der entsprechenden Region an.

Synergien mit der Offshore-Industrie

Der Testkörper vor der US-Küste besitzt einen Durchmesser von zehn Metern und wiegt 1.000 Tonnen. In einer Tiefe von 650 Metern verspricht das System eine Speicherkapazität von einer Megawattstunde. Spätere Einheiten könnten in Tiefen von 600 bis 800 Metern funktionieren – bei einem Durchmesser von 30 Metern und einem Gewicht von 20.000 Tonnen.

Die Betreiber nutzen Synergieeffekte mit der bestehenden Offshore-Industrie sowie der Windbranche. Sie greifen auf vorhandene Logistik und spezialisierte Schiffe zurück, um die schweren Kugeln zu transportieren. Bestehende Methoden für den Korrosionsschutz schützen die Technik dauerhaft vor aggressivem Salzwasser. Auch Kabel- und Sensoriksysteme übernehmen die Fachleute aus erprobten Anwendungen der Gas- und Ölförderung.

Das Fraunhofer IEE schätzt das weltweite Potenzial auf über 800 Terawattstunden. Dieser Wert übertrifft Schätzungen für den globalen Bedarf an Stromspeichern. Derzeit verknüpfen die Forscher aktiv die verschiedenen Einzelkomponenten des Speichers. Zudem lösen Fachleute die Probleme bei der Verlegung der Seekabel, die sie für diese Anwendung erstmals verlegten.

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