Ein Forschungsteam der Georgetown University hat eine neue Klasse leistungsstarker Magnete entdeckt, die vollständig ohne seltene Erden und Edelmetalle auskommt. Dieser Durchbruch könnte weitreichende Folgen für zahlreiche Anwendungen haben. (Weiter lesen)
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TenneT und Siemens Energy haben den weltweit ersten E-STATCOM mit Superkondensatoren vorgestellt. Das Kompensator-System soll künstliche Trägheit in das deutsche Stromnetz bringen, um es zu stabilisieren und Blackouts zu vermeiden.
Die Energiewende stellt die Stromnetze vor große Herausforderungen, da herkömmliche Kraftwerke wie Kohle- und Kernkraftwerke schrittweise abgeschaltet werden. Denn diese konventionellen Anlagen lieferten jahrzehntelang nicht nur Strom, sondern auch Stabilität, indem ihre massiven, rotierenden Generatoren die Netzfrequenz konstant bei 50 Hertz hielten.
Bei einem Anstieg der Nachfrage oder dem Ausfall eines Generators diente die kinetische Energie dieser rotierenden Massen als Puffer, der Netzbetreibern Zeit zum Reagieren verschaffte. Ohne diesen Puffer kann das Fehlen der Netzstabilität zu Geräteschäden, Kaskadenausfällen oder sogar landesweiten Stromausfällen führen.
Die Umstellung auf erneuerbare Energiequellen wie Wind- und Solaranlagen, die durch Wechselrichter angebunden sind, verschärft das Problem, da diese keine Trägheit in das Netz einspeisen. An dieser Stelle kommt der weltweit erste E-STATCOM ins Spiel.
Dabei handelt es sich um eine Technologie, die von TenneT Germany und Siemens Energy in Deutschland entwickelt wurde. Das System stabilisiert das Netz durch den Einsatz von Superkondensatoren, die in Millisekunden kurze Energiestöße liefern und so eine Art „künstliche Trägheit“ erzeugen.
Der E-STATCOM stabilisiert gleichzeitig sowohl die Spannung als auch die Frequenz im Stromnetz. Er fungiert als Reservoir für sofortige elektrische Energie. Diese Stabilität wird konstant rund um die Uhr gewährleistet, wodurch wichtige Herausforderungen im Netz gemildert und Blackouts verhindert werden können.
Der Standort Mehrum wurde bewusst gewählt, da er genau zwischen zwei Nord-Süd-Korridoren liegt und von dort aus die Netzstabilität auf beiden Korridoren beeinflussen kann.
Die Technologie ist ein wichtiger Schritt für die Integration erneuerbarer Energien. Ohne ein modernisiertes Netz, das eine stabile Übertragung der erneuerbaren Energie gewährleistet, kann die Energiewende nicht erfolgreich verlaufen. Der E-STATCOM in Mehrum gilt als wichtiges Projekt, das beweist, dass die globale Energiewende machbar ist.
Gleichzeitig dient es als Blaupause für erneuerbare-fähige Netze weltweit. Das System wird nach der Bauphase noch monatelang getestet, bevor es in den kommerziellen Betrieb geht.
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Der Beitrag Neuartiger Beton soll Gebäude und Brücken in Batterien verwandeln erschien zuerst beim Online-Magazin BASIC thinking. Über unseren Newsletter UPDATE startest du jeden Morgen bestens informiert in den Tag.
Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben einen neuartigen Beton entwickelt, der als Stromspeicher fungieren kann. Er könnte Gebäude, Gehwege und Brücken zu Batterien machen.
Wissenschaftler des MIT haben eine Beton-Variante entwickelt, die Gebäude in Superkondensatoren verwandeln könnte. Die Forscher nutzen für das Material mit dem Namen ec3 eine Mischung aus Zement, Wasser, ultrafeinem Ruß und Elektrolyten.
Diese Kombination erzeugt ein leitfähiges Nanowerknetzwerk innerhalb der Struktur, wodurch architektonische Elemente wie Wände, Gehwege oder Brücken elektrische Energie aufnehmen und wieder abgeben könnten. Bisher stand die Technologie vor Herausforderungen wie einer zu geringen Spannungen und Problemen bei der Skalierbarkeit.
Mit hochauflösenden 3D-Bildern gelangen es den Forschern zu sehen, wie das Kohlenstoffnetzwerk und die Elektrolyte miteinander interagieren. Diese Erkenntnisse ermöglichten es, die Speicherkapazität zu steigern, damit sich herkömmliche Baumaterialien als aktive Stromspeicher nutzen lassen.
Ein Volumen von etwa fünf Kubikmetern des Spezialbetons würde bereits ausreichen, um den täglichen Energiebedarf eines Haushalts zu decken. Das ist etwa so viel Beton wie für eine typische Kellerwand.
Obwohl die Energiedichte nicht an die von herkömmlichen Batterien heranreicht, bietet das System den Vorteil einer direkten Integration in Wohnstrukturen, was keinen zusätzlichen Platz erfordert.
Ein Vorteil von ec3 ist die theoretische Lebensdauer, da das Speichersystem so lange halten kann wie das Bauwerk selbst. Die Forscher entdeckten zudem, dass eine breite Palette an Elektrolyten für das Material infrage kommt, darunter sogar Meerwasser.
Das eröffnet Chancen für küstennahe Gebiete oder für den Einsatz als Stützstrukturen für Offshore-Windparks. Zur Demonstration bauten die Wissenschaftler bereits einen kleinen Bogen aus dem leitfähigen Beton, der eine LED-Leuchte mit Strom versorgte.
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Der Beitrag China nimmt weltweit ersten CO2-Stromgenerator in Betrieb erschien zuerst beim Online-Magazin BASIC thinking. Über unseren Newsletter UPDATE startest du jeden Morgen bestens informiert in den Tag.
China hat mit dem Chaotan One den weltweit ersten CO2-Stromgenerator in Betrieb genommen, um Strom aus Wärme zu erzeugen. Er nutzt Kohlendioxid anstelle von Dampf zur Wärmeübertragung.
Mit dem Projekt Chaotan One in der chinesischen Provinz Guizhou nutzt China Abwärme effizienter als bisher, um Strom zu erzeugen. Ein CO2-Generator nutzt dazu erstmals kommerziell superkritisches Kohlendioxid. Die Anlage schließt einen technischen Kreislauf mit Kohlendioxid als Arbeitsmedium, um Hitze in Energie zu transformieren.
Im Vergleich zu bisherigen Systemen soll die Methode die Effizienz der Stromgewinnung um rund 85 Prozent erhöhen. Mit einer Leistung von zweimal 15 Megawatt liefert das Projekt Energie aus Quellen, die bislang überwiegend ungenutzt blieben.
Die Ingenieure haben das System so kompakt gebaut, dass es nur noch die Hälfte der üblichen Fläche beansprucht. Die Anlage soll für die gleiche Leistung nur noch halb so viel Platz benötigen. Dieser geringe Platzbedarf ermögliche es Unternehmen, die Technik auch in engen Industriegebieten nachzurüsten.
Da die Anlage mit weniger Bauteilen und Hilfssystemen auskommt, sinkt zudem der Aufwand für die Wartung. Bisher gab es technische Hürden, um Wärme im mittleren und hohen Temperaturbereich bei kleinen Leistungsstufen effizient zu nutzen.
Der Chaotan One soll dieses Problem lösen, indem er Energie für die Industrie nutzbar macht. Die Technologie könnte zudem durch Solaranlagen ergänzt werden.
In einem weiteren Testlauf kombinieren Fachleute das System bereits mit Flüssigsalz-Speichern, um das Stromnetz bei Bedarf zu stabilisieren. Diese Kombination aus Speicherung und hocheffizienter Stromerzeugung soll bis 2028 die volle Einsatzreife erreichen, um regenerative Energie noch flexibler in das bestehende Netz zu integrieren.
Was in China nun im kommerziellen Betrieb läuft, stuften das US-Energieministerium im Jahr 2017 und das MIT im Jahr 2018 bereits als strategische Zukunftstechnologie ein. Das Projekt markiert einen weltweiten Übergang von der Laborforschung hin zur industriellen Anwendung.
Die Entwicklung fördert neue Kapazitäten in der Energiewirtschaft und stärkt die Zusammenarbeit zwischen Forschung und Praxis. Für die weltweite Industrie bedeutet dieser Fortschritt, dass Milliarden Kilowattstunden Abwärme nicht mehr ungenutzt in die Atmosphäre geblasen werden müssen.
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Der Beitrag Wie ein Schwamm: Neues Baumaterial bindet CO2 statt es auszustoßen erschien zuerst beim Online-Magazin BASIC thinking. Über unseren Newsletter UPDATE startest du jeden Morgen bestens informiert in den Tag.
Forscher haben ein neues Baumaterial entwickelt, das im Gegensatz zu Beton bei der Herstellung CO2 bindet, anstatt es auszustoßen.
Forscher des Worcester Polytechnic Institute haben ein neuartiges Baumaterial entwickelt, das einen aktiven Beitrag zum Klimaschutz leisten könnte. Das sogenannte Enzymatic Structural Material (ESM) zeichnet sich dadurch aus, dass es kein Kohlendioxid ausstößt, sondern das Treibhausgas dauerhaft bindet.
Es ist vergleichbar mit einem biologischen Schwamm, der CO2 direkt aus der Umgebung aufnimmt. Eine Umwandlung in feste Mineralpartikel sorgt dafür, dass das Gas sicher im Baustoff eingeschlossen bleibt.
Professor Nima Rahbar und sein Team nutzen für diesen Prozess die sogenannte Kapillarsuspensionstechnik. Ein spezielles Enzym steuert dabei die chemische Reaktion und sorgt für die nötige Stabilität. Die Fachzeitschrift „Matter“ veröffentlichte kürzlich Forschungsergebnisse, die neue Wege für ein nachhaltiges Bauen aufzeigen.
Zum Vergleich: Die Produktion von einem Kubikmeter herkömmlichem Beton setzt etwa 330 Kilogramm CO2 frei. Im Gegensatz dazu speichert die gleiche Menge ESM aktiv mehr als sechs Kilogramm des Treibhausgases.
Die Zementindustrie ist derzeit für fast acht Prozent der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich. Mit dem Einsatz von ESM ließe sich der Ausstoß von Kohlendioxid theoretisch deutlich reduzieren. Das Material benötigt bei der Herstellung zudem deutlich weniger Energie als klassischer Beton.
Das neue Baumaterial soll innerhalb weniger Stunden aushärten. Die Forscher ließen sich bei der Entwicklung direkt von biologischen Systemen inspirieren. Das Ergebnis ist ein belastbares Material, das sich für verschiedene Bauteile einsetzen lässt.
Ein großer Vorteil ist die vollständige Recycelbarkeit des Materials am Ende seiner Nutzung. Sollten Risse entstehen, kannst soll sich ESM einfach reparieren lassen. Das könnte die Menge an Bauabfällen, die jährlich auf Deponien landen, reduzieren.
Professor Rahbar betont, dass bereits die Umstellung eines Teils der weltweiten Bauprojekte Auswirkungen hätte. Das Potenzial reicht dabei von Wohnhäusern bis hin zu Lösungen für den Katastrophenschutz.
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Der Beitrag Straßenkraftwerk erzeugt Strom, wenn Autos darüberfahren erschien zuerst beim Online-Magazin BASIC thinking. Über unseren Newsletter UPDATE startest du jeden Morgen bestens informiert in den Tag.
Ein österreichisches Start-up hat ein Straßenkraftwerk entwickelt, das Strom erzeugt, wenn Fahrzeuge darüberfahren. Allein schwere Lkw könnten im Hamburger Hafen jedes Jahr 40.000 Kilowattstunden generieren.
Im Rahmen der Energiewende entwickeln Forscher und Unternehmen immer wieder neue Konzepte. Ein neuer Ansatz demonstriert, wie Straßen, auf denen schwere Lastwagen unterwegs sind, zu sogenannten Straßenkraftwerken werden können.
Für diese Art der Stromerzeugung nahm die österreichische Firma Road Energy Production Systems (REPS) eine Anlage am Hamburger Hafen in Betrieb. Das Straßenkraftwerk funktioniert wie eine Bremsschwelle. Sobald schwere Fahrzeuge darüberfahren, drücken sie Segmente in der Straßendecke ein.
Die dabei entstehenden Impulse leitet das System mechanisch von der Straße zu einem Energiekonverter weiter. Dieser Konverter basiert auf dem weltweit ersten Permanent-Magnetlager, das durch eine patentierte magnetische Federung fast keine Reibung bei der Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie erzeugt.
Einfach gesagt wandelt das System damit auf Umwegen Bremsenergie in Strom um. Die erzeugte Elektrizität wird zwischengespeichert und kann je nach Bedarf entweder in ein Speichersystem geleitet oder direkt in das Stromnetz eingespeist werden.
Das System benötigt nur eine Eindringtiefe von acht bis zehn Zentimetern in den Boden, was eine schnelle und einfache Installation ermöglicht. Alle beweglichen Komponenten, wie die Auslöser, sollen austauschbar sein. Zudem kann die Straßenmeisterei alle kritischen Bauteile außerhalb der Fahrbahn warten. Das führt zu mehr Sicherheit sowie einer hohen Effizienz und Lebensdauer.
Die Technologie ist besonders für Orte geeignet, an denen schwere Fahrzeuge mit geringer Geschwindigkeit fahren. Ein Beispiel ist das Erprobungsgebiet auf dem Hafengelände in Hamburg. Andere mögliche Orte sind Kreuzungsbereiche, Autobahnauffahrten oder Mautstellen mit einem hohen Güterverkehr.
Das erste System im Hamburger Hafen ist zwölf Meter lang und soll bereits Strom im Kilowattbereich liefern. Laut Schätzungen des Start-ups reichen 16 Lastwagen aus, um eine Kilowattstunde (kWh) Energie zu erzeugen. Durch das hohe Verkehrsaufkommen im Hamburger Hafen erwartet das Unternehmen, dass das erste System allein jährlich knapp 40.000 kWh Strom liefern kann.
Sollten alle der über 200 geeigneten Standorte im Hafen genutzt werden, könnte die jährliche Stromproduktion bei zehn Gigawattstunden liegen. Das entspricht in etwa dem Strombedarf einer Kleinstadt. Road Energy Production Systems geht davon aus, dass sich eine solche Anlage spätestens nach zehn Jahren amortisieren wird. Weltweit sollen bereits 40 Häfen Interesse an den Anlagen bekundet haben.
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Der Beitrag Neuartige Wärmepumpe macht Flüsse und Seen zur Heizung erschien zuerst beim Online-Magazin BASIC thinking. Über unseren Newsletter UPDATE startest du jeden Morgen bestens informiert in den Tag.
Mit einer neuartigen Wärmepumpe wollen Forscher künftig Flüsse und Seen in Deutschland als Heizung nutzen. Sie soll sogar bei Temperaturen um den Gefrierpunkt Wärmeanergie liefern.
Ganzjährige Wärme aus regionalen Gewässern: Eine naheliegende Idee, wenn man die Vielzahl von Seen und Flüssen in Deutschland bedenkt. Sie als Wärmequelle zu nutzen ist durch das Konzept der Aquathermie möglich. Dabei wird aus Wasser Wärme entzogen und durch eine Wärmepumpe auf die benötigte Heiz- oder Kühltemperatur gebracht.
Trotz ihres erheblichen Potenzials ist der Ansatz bisher allerdings nur gering verbreitet. Neben regulatorischen Hürden hat das vor allem auch mit technischen Herausforderungen zu tun. Hierzulande sind beispielsweise die jahreszeitlichen Temperaturschwankungen und die Infrastruktur ein Problem. Forscher aus Sachsen wollen das nun ändern.
Für das Projekt AQVA-HEAT III haben sich Wissenschaftler der Hochschule Zittau/Görlitz, des Fraunhofer IEG und das Institut für Luft- und Kältetechnik in Dresden zusammengetan, um die ganzjährige Wärmeversorgung durch thermische Nutzung von Oberflächengewässern zu untersuchen.
Dazu hat das Projektteam ein integriertes System entwickelt, das Gewässer als Wärmequelle nutzt. Das Besondere: Das System arbeitet in zwei Hauptstufen und ist speziell für die Nutzung von kaltem Gewässer optimiert.
In der ersten Stufe kommt ein sogenannter Vakuum-Flüssigeis-Erzeuger (VFE) zum Einsatz. Als Kältemittel wird direkt das Element Wasser genutzt. Das bringt unter anderem den Vorteil, dass es natürlich vorkommt und ungiftig ist.
Durch die Direktverdampfung des Fluss- oder Seewassers unter Vakuum kann die Anlage selbst bei Wassertemperaturen bis zu null Grad Celsius noch Wärme entziehen. Dieser Prozess führt zur Bildung von Flüssigeis und sorgt dafür, dass die Wärmepumpe auch im tiefsten Winter effizient betrieben werden kann.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Wasser als Kältemittel ist die hohe Energiedichte. Sie ermöglicht es, auch kleinere Gewässer zu erschließen, als es mit herkömmlichen Anlagen möglich wäre.
Die resultierende Temperatur nach dem VFE liegt laut Fraunhofer IEG konstant bei mindestens 12 Grad Celsius. Eine klassische zweistufige Wärmepumpe hebt das Temperaturniveau in der zweiten Stufe auf bis zu 90 Grad Celsius an, um die Wärme ins Fernwärmenetz der Stadtwerke Zittau einzuspeisen.
Eine Herausforderung bei der Konzeption des Projekts lag in der Bewältigung des enormen Temperaturhubs von 12 Grad Celsius auf 90 Grad Celsius. Außerdem musste das Forschungsteam die umfassenden Sicherheits- und Brandschutzanforderungen einhalten, da die Wärmepumpe in einer Halle der Stadtwerke Zittau aufgestellt wird.
Ein essenzieller Bestandteil des Projekts ist zudem die Untersuchung der gewässerökologischen Folgen. Das Forschungsteam analysiert simulativ und experimentell verschiedene Verfahren zur Wasserentnahme und -rückführung, um sicherzustellen, dass die thermische Nutzung der Gewässer keine negativen Auswirkungen auf das Ökosystem hat.
Das Projektteam hat nun einen ersten Meilenstein erreicht: Die Werksabnahme der Wärmepumpe ist Anfang November 2025 in Aarhus erfolgt.
Diese Form der Wärmequellenerschließung bietet Potenziale für Planbarkeit, Versorgungssicherheit und Netzintegration und lässt sich von rund 100 kW (thermisch) bis in Megawattbereiche skalieren, wobei die genutzte Flusswassermenge und die eingesetzte Strommenge vergleichsweise gering bleiben.
Die anschließende Einbindung in die Gesamtanlage will das Projektteam im ersten Halbjahr 2026 durchführen, so das Fraunhofer IEG. Anschließend soll das Gesamtsystem ein Jahr lang in der saisonalen Erprobung laufen.
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Der Beitrag Holz statt Lithium: Natrium-Ionen-Batterie aus dem Thüringer Wald erschien zuerst beim Online-Magazin BASIC thinking. Über unseren Newsletter UPDATE startest du jeden Morgen bestens informiert in den Tag.
Um die Energiewende voranzutreiben, sind kostengünstige, sichere und ressourcenschonende Energiespeicher gefragt. Eine neue Idee kommt aus dem Thüringer Wald: nachhaltige Batterien aus Holzabfall. Die Hintergründe.
Die Zukunft der nachhaltigen Batterie-Produktion kommt anscheinend aus dem Herzen Deutschlands: Im Thüringer Wald arbeiten Forscher daran, sogenannte Natrium-Ionen-Batterien nahezu vollständig auf Basis lokaler und nachwachsender Rohstoffe herzustellen.
Das Projekt namens „ThüNaBsE“ (Thüringer Natrium-Ionen-Batterie für die skalierbare Energiespeicherung) ist eine Zusammenarbeit des Fraunhofer-Instituts IKTS sowie der Friedrich-Schiller-Universität Jena.
Im Mittelpunkt der Forschung steht das Material Lignin. Es fällt als Nebenprodukt in großen Mengen in der Holz- und Zellstoffindustrie an. Als Biopolymer verleiht der Stoff dem Holz seine Festigkeit.
Bisher wurde Lignin üblicherweise zur Energiegewinnung verbrannt. Die Wissenschaftler haben nun allerdings einen weiteren nützlichen Verwendungszweck gefunden.
Lignin besteht hauptsächlich aus Kohlenwasserstoff-Bausteinen, die sich sinnvoll in der Chemie verwenden lassen, zum Beispiel als Elektrodenmaterial für Batterien. Im Projekt soll der biobasierte Rohstoff für die negative Elektrode genutzt werden.
Dafür wird das Lignin in einem thermischen Verfahren unter Hitze- und Luftausschluss zu hartem Kohlenstoff (Hard Carbon) veredelt. Diese poröse, stabile Kohlenstoffstruktur kann Natrium-Ionen reversibel speichern. Als Material für die positive Elektrode kommen ungiftige Eisenverbindungen, sogenannte Berliner-Blau-Analoga, zum Einsatz.
Mit der nachhaltigen Natrium-Ionen-Batterie soll ein wichtiger Beitrag zur Stärkung der Unabhängigkeit von kritischen Rohstoffen und zur Wende hin zu günstigeren, nachhaltigeren und sicheren Batterien geleistet werden, heißt es in einer Pressemitteilung.
„Wir wollen in der Wertschöpfungskette auf kritische Metalle wie Lithium, Kobalt und Nickel in Batterien verzichten“, erklärt Dr. Lukas Medenbach, Wissenschaftler am Fraunhofer IKTS in Arnstadt.
Zudem möchten wir den Fluoranteil in Elektroden und Elektrolyt möglichst niedrig halten und erproben, inwiefern er sich komplett vermeiden lässt. Kern des Vorhabens ist aber die Verarbeitung von lokal verfügbarem, hochwertigem Lignin zu leistungsfähigen Elektroden in unseren Natrium-Ionen-Batterien.
Ein weiteres Ziel des Projekts sei es, Nachwuchsforscher in Thüringen zu fördern. Daher seien an »ThüNaBsE« eine Reihe junger Wissenschaftler beteiligt, die in den Themenfeldern Energie und Batterieforschung promovieren.
Aktuell werden in Batterietestzentren in Arnstadt, Hermsdorf und Jena erste Kleindemonstratorzellen gebaut und getestet. Begleitet werden die Laborarbeiten von realitätsnahen, multiphysikalischen Simulationen.
Die Ergebnisse sind vielversprechend: „Die Laborzelle ist nach 100 Lade- und Entladezyklen noch nicht stark degradiert. Ziel ist es, zum Projektabschluss 200 Lade- und Entladezyklen für eine Stundenampere-Vollzelle nachzuweisen“, so Medenbach.
Die fertig entwickelte Batterie könnte als stationärer oder mobiler Speicher dort eingesetzt werden, wo keine schnellen Ladezeiten erforderlich sind. So eignen sich Lignin-basierte Natrium-Ionen-Batterien beispielsweise für mobile Anwendungen mit geringerem Leistungsbedarf.
Infrage kommen etwa Microcars oder Flurförderfahrzeuge wie Gabelstapler. Nach dem Abschluss der Forschungsphase ist geplant, die Technologie weiter zu skalieren und den Weg zur Marktreife in einem noch größeren Konsortium zu beschreiten.
Das Projekt wird vom Freistaat Thüringen und dem Europäischen Sozialfonds gefördert und von einem starken, überwiegend regionalen Industriebeirat begleitet.
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Der Beitrag Batterie ohne Lithium: Aluminium-Graphit-Akku lädt in wenigen Minuten erschien zuerst beim Online-Magazin BASIC thinking. Über unseren Newsletter UPDATE startest du jeden Morgen bestens informiert in den Tag.
Forscher haben eine Batterie ohne Lithium entwickelt, die die Stromnetze sicherer und nachhaltiger machen könnte. Aluminium und Graphit sorgen als Hauptbestandteile für günstige und verfügbare Materialien.
Forscher des Fraunhofer-Instituts haben einen vollständigen Batteriesystem-Demonstrator auf Basis von Aluminium-Graphit-Dual-Ionen-Batterien (AGDIB) entwickelt. Er soll die Stabilität einer neuen Batteriezellchemie nicht nur im Labor, sondern auch in einem realistischeren Szenario unter Beweis stellen.
Die wiederaufladbaren AGDIB-Zellen gelten als sichere, kostengünstige und zukunftssichere Lithium-Alternative für Hochleistungsanwendungen wie die dynamische Netzstabilisierung. Der Vorteil liegt darin, dass die aktiven Materialien Aluminium und Graphit günstig und in großer Menge verfügbar sind.
Die AGDIB ist ein Hochleistungsspeicher, den Netzbetreiber in sehr kurzer Zeit mit hohen Raten laden und entladen können. Damit eignet sich die Batterie ideal für Anwendungen wie die dynamische Netzstabilisierung. In diesem Bereich kommen Akkus zum Einsatz, die Frequenzschwankungen mit vielen Mikrozirkulationen mit geringem Energiegehalt ausgleichen.
Das begünstigt eine hohe Leistungsfähigkeit. Im Gegensatz zu vielen etablierten Batteriesystemen ermöglicht die AGDIB sehr hohe Entladeraten und auch hohe Laderaten, was für Netzanwendungen wie die Bereitstellung von virtueller Trägheit erforderlich ist.
Die Entwicklung der Forscher konzentrierte sich auf die gesamte Wertschöpfungskette. Diese reicht von einer nachhaltigen, Lithium-freien Zellchemie über die Integration eines drahtlosen Batteriemanagementsystems (BMS) bis zu Überlegungen zur Recyclingfähigkeit.
Das Testsystem besteht aus acht Batterie-Zellen, die wie Päckchen aussehen (AGDIB-Pouch-Zellen). Diese Zellen sind so miteinander verbunden, dass sie einen Akku-Block bilden (genannt Batteriemodul
), der in einer bestimmten Anordnung verschaltet ist.
Damit der Akku sicher und effizient arbeitet, gibt es ein Steuersystem. Ein kleiner Teil davon ist drahtlos per Funk mit der Hauptsteuerung verbunden und kann so sicher mit ihm kommunizieren. Zusätzlich nutzt der Prototyp eine sehr moderne Technik, um den Strom genau zu messen: einen Quantensensor, der Diamanten als Basis hat.
Da dieser Sensor unglaublich empfindlich ist, kann er sowohl winzige als auch enorme Stromschwankungen extrem präzise erfassen. Sein Messbereich ist riesig und deckt fünf sogenannte Größenordnungen
ab. Das bedeutet, er sieht winzige Details und gleichzeitig die großen Spitzen.
Auch die Recyclingfähigkeit der Zellen und Module wurde berücksichtigt: Die Zell-Recyclingfähigkeit wurde durch ein physikalisches Trennverfahren bewertet, das giftige Chemikalien vermeidet.
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Der Beitrag Forscher entwickeln biologisch abbaubare Leiterplatten – aus Holz erschien zuerst beim Online-Magazin BASIC thinking. Über unseren Newsletter UPDATE startest du jeden Morgen bestens informiert in den Tag.
Schweizer Forscher haben biologisch abbaubare Leiterplatten (PCB) aus Holz entwickelt. Ziel ist es, ohne Leistungseinbußen Elektroschrott zu reduzieren.
Jedes moderne elektronische Gerät, vom Smartphone bis zur elektrischen Zahnbürste, enthält eine gedruckte Leiterplatte, kurz PCB. Diese Platten, die alle winzigen Bauteile miteinander verbinden, bestehen größtenteils aus nicht recycelbaren Kunststoffen und tragen erheblich zu den jährlich über 50 Millionen Tonnen Elektroschrott weltweit bei.
Forscher des eidgenössischen Labors für Materialwissenschaft und Technologie (Empa) in der Schweiz entwickelten nun eine neue Art von Leiterplatte, die vollständig aus biologisch abbaubaren Materialien besteht.
Herkömmliche PCBs werden aus einem Gemisch aus Glasfasern und einem Kunststoff (einem faserverstärkten Epoxidharz auf Erdölbasis) hergestellt. Diese Kombination macht die Platten zwar stabil und widerstandsfähig gegen Hitze, aber auch nahezu unmöglich zu recyceln.
Denn: Die Trennung der Materialien ist komplex und teuer, weshalb die meisten Platten entweder auf Deponien landen oder verbrannt werden. Das verschwendet wertvolle Rohstoffe wie Gold und Kupfer und setzt Schadstoffe frei.
Die Empa-Forscher wählten einen neuen Ansatz und nutzten einen besonders erneuerbaren Rohstoff der Natur: Holz. Denn Holz besteht aus den Pflanzenmolekülen Lignin und Zellulose, die ihm Struktur und Festigkeit verleihen. Die Forscher gewannen sogenannte Lignocellulose-Nanofibrillen aus dem Zellstoff, der als Abfallprodukt bei Bioraffinerieprozessen anfällt und reich an Lignin und Zellulose ist.
Diese Fasern vermahlte das Team mit Wasser zu einer feinen Paste. Anschließend pressten die Wissenschaftler das feuchte Material unter hohem Druck, um das Wasser zu entfernen. Dadurch verdichteten sich die Fibrillen zu einer gleichmäßigen, glatten und festen Platte, die als Basis für die neue biologisch abbaubare Leiterplatte dienen.
Tests ergaben, dass die Holz-Leiterplatte fast die gleiche Steifigkeit, Festigkeit und Fähigkeit zur Wärme- und Stromleitung aufweist wie herkömmliche Epoxidharzplatten. Zudem war die Oberfläche glatt genug, um mithilfe von Inkjet-Technologie präzise elektronische Schaltkreise zu drucken.
Um die Praxistauglichkeit zu belegen, bauten die Forscher eine voll funktionsfähige Computermaus. Das Gehäuse besteht dabei aus einer Kombination aus Biokunststoff und Holzpartikeln. Die Herstellung erfolgte im 3D-Druckverfahren.
Die fertige Maus funktionierte wie ein herkömmliches Gerät, konnte aber am Ende ihrer Lebensdauer kompostiert werden. Allerdings stellten die Forscher fest, dass das neue Material derzeit etwas weniger widerstandsfähig gegenüber Feuchtigkeit ist als herkömmliche PCBs, was ein wichtiger Punkt für den Einsatz in Konsumgeräten ist.
Das Empa-Team arbeitet bereits an Beschichtungen und Materialanpassungen, um dieses Problem zu beheben. Erste Schätzungen deuten darauf hin, dass die Herstellung von Holz-PCBs die Kohlenstoffemissionen im Vergleich zu Epoxidharzplatten um mehr als die Hälfte reduzieren könnte.
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