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Die Solarenergie wächst rasant, doch der Weg zur benötigten Leistung im Sinne der Klimaneutralität führt nur über technologische Sprünge. Wie Tandemzellen dabei helfen, Effizienzgrenzen zu durchbrechen und warum cleveres Recycling zum Schlüssel für den Rohstoffkreislauf wird. 

Solaranlagen wandeln sich derzeit von einer Nischentechnologie zu einem zentralen Pfeiler der globalen Energieversorgung. Um die Klimaziele zu erreichen, muss die installierte Leistung einer Studie zufolge bis zum Jahr 2050 auf bis zu 80 Terawatt steigen.

Der Hintergrund: Ein Terawatt entspricht grob der Leistung von 1.000 Atomkraftwerken. Das benötigte Wachstum der Solarenergie transformiert jedoch die Rohstoff- und Lieferketten der Industrie grundlegend. Forscher müssen die Technologie bereits im Quadratkilometermaßstab denken.

Tandemzellen und Recycling: Die nächste Stufe der Solarenergie?

Der Fortschritt verläuft seit Jahrzehnten exponentiell und folgt Mustern der Computerbranche. Die Lernrate für die Effizienzverbesserung liegt nach jeder Verdopplung der installierten Leistung statistisch etwa bei acht Prozent.

Hinzu kommt, dass die Industrie bereits zehn bis 20 Prozent der weltweiten Silberproduktion für elektrische Kontakte nutzt. Da Indium als Nebenprodukt vor allem in Zinnerzen vorkommt, muss die Branche für einen höheren Ertrag zudem mehr Zinn fördern.

Doch technologische Konzepte könnten den Bedarf an diesen kritischen Stoffen reduzieren. Darunter: Tandemsolarzellen, die in puncto Materialaufwand und Effizienz theoretisch deutlich besser abschneiden als klassische Module.

Fast alle Solarzellen benötigen jedoch Silizium in einer extrem hochreinen Form von 99,9999 Prozent. Zum Vergleich: Unter rund einer Million Atomen dürfte sich nur ein falsches befinden. Der Prozess hochreines Silizium herzustellen benötigt wiederum viel Energie.

Klassische Solarmodule haben Grenzen

Silizium-Solarzellen dominieren den Markt mit etwa 95 Prozent, stoßen aber bald an ihre physikalische Effizienzgrenze von rund 29,4 Prozent. Die Tandemtechnologien verspricht hingegen, einen größeren Anteil der eingestrahlten Sonnenenergie künftig nutzbar machen zu können.

Denn: Höhere Wirkungsgrade sparen Fläche, die bei mangelnder Innovation bis Ende des Jahrhunderts um 30 Prozent steigen würde. Die global installierte Modulfläche entspräche dann bereits der halben Fläche Deutschlands.

Ein nachhaltiger Ausbau muss jedoch die planetaren Belastungsgrenzen respektiert. Auch in einer post-fossilen Welt graben Minenarbeiter weiterhin nach notwendigen Rohstoffen, da die Energiegewinnung mineralisch bleibt.

Recyclinglösungen wie die Gewinnung von Blei aus alten Batterien für neue Solarzellen sind für eine nachhaltige Industrie daher essenziell. Forscher konstruieren Zellen bereits schon für eine spätere Wiederverwertung am Ende ihres Lebenszyklus.

Da Solarmodule erst nach 30 Jahren in den Kreislauf zurückkehren, ist die Industrie in der ersten Transformationsrunde auf neu gefördertes Material angewiesen. Doch nur langfristige Stoffkreisläufe sichern letztlich die Bewohnbarkeit des Planeten.

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Der Beitrag KI erkennt Demenz-Risiko Jahre vorher – so schnell altert dein Gehirn wirklich erschien zuerst beim Online-Magazin BASIC thinking. Über unseren Newsletter UPDATE startest du jeden Morgen bestens informiert in den Tag.

Forscher haben eine KI entwickelt, die feine Signale im schlafenden Gehirn analysiert und zeigt, wie schnell unser Denkorgan altert. Ziel ist es, ein mögliches Demenz-Risiko bereits Jahre zuvor zu erkennen. 

Wissenschaftler hab ein subtiles Signal im schlafenden Gehirn identifiziert, das die tatsächliche Geschwindigkeit der Gehirnalterung offenbart. Die Entdeckung ermöglicht die Einschätzung des Demenzrisikos lange vor den ersten sichtbaren Symptomen. Das Forscherteam nutzte maschinelles Lernen, um winzige Unterschiede zwischen dem biologischen Zustand und dem tatsächlichen Alter der Testpersonen zu finden.

Die University of California in San Francisco leitete die Studie unter der Senior-Autorin Yue Leng. Gemeinsam mit Haoqi Sun vom Beth Israel Deaconess Medical Center wertete das Team die Daten von etwa 7.000 Teilnehmern aus fünf verschiedenen Untersuchungen aus. Die Experten beobachteten die Probanden über einen Zeitraum von 3,5 bis 17 Jahren. In dieser Zeit erhielten rund 1.000 Personen die Diagnose Demenz.

Demenzvorsorge mit KI

Der zentrale Punkt der Analyse ist der Gehirnalter-Index. Dieser Wert funktioniert wie ein biologischer Tacho und drückt die Abnutzung des Denkorgans in Jahren aus. Zeigt der Index ein höheres Alter als das tatsächliche Lebensjahr, steigt die Wahrscheinlichkeit für kognitive Ausfälle deutlich an.

Die Fachzeitschrift JAMA Network Open veröffentlichte die detaillierten Ergebnisse am 19. März 2026. Jede zusätzliche Lücke von zehn Jahren zwischen dem Gehirnalter und dem chronologischen Alter erhöhte das Demenzrisiko um fast 40 Prozent. Das Ergebnis blieb sogar stabil, nachdem die Forscher Faktoren wie Rauchen, Bildung oder genetische Risiken statistisch berücksichtigt hatten.

Warum herkömmliche Schlafmessungen oft versagen

Senior-Autorin Yue Leng betont, dass einfache Schlafwerte die komplexe Physiologie des Gehirns nicht ausreichend erfassen. Klassische Metriken wie die reine Schlafdauer oder die Effizienz geben keinen Aufschluss über das künftige Erkrankungsrisiko. Erst die KI-Analyse der feinen elektrischen Entladungen liefert laut Leng ein verlässliches Fenster in den Alterungsprozess.

Das von Haoqi Sun entwickelte KI-Modell blickt tief in 13 verschiedene Merkmale der Hirnaktivität. Neben Delta-Wellen für den Tiefschlaf und Schlafspindeln für das Gedächtnis spielt die sogenannte Kurtosis eine entscheidende Rolle. Diese Signale äußern sich als scharfe Spannungsspitzen mit hoher Amplitude und hängen mit einem verringerten Risiko für eine Demenz zusammen.

Früherkennung durch Wearables im heimischen Schlafzimmer

Mediziner zeichnen EEG-Signale heute völlig schmerzfrei und ohne chirurgische Eingriffe auf. Diese unkomplizierte Methode erlaubt es Forschern, die Technologie künftig auch außerhalb von speziellen Schlaflaboren einzusetzen. Tragbare Geräte könnten den Gehirnalter-Index bald direkt im heimischen Schlafzimmer ermitteln.

Ein gesundes Gewichtsmanagement und regelmäßige Bewegung schützen das Gehirn vor vorzeitiger Alterung. Solche Maßnahmen verringern konkret die Wahrscheinlichkeit für eine Apnoe, was sich wiederum positiv auf die Gehirnwellen auswirkt. Eine Wunderpille für die Gehirngesundheit existiert zwar nicht, doch die gezielte Prävention bremst den kognitiven Verfall.

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Die Solarwärme geht mit dem Sonnenuntergang unter. Doch das könnte sich bald ändern. Eine neue Solarbatterie verspricht, Wärme effizient zu speichern und sogar doppelt so viel Energie wie Lithium-Ionen-Batterien bereitzustellen.

Die Solarwärme hat eine entscheidende Schwäche: Sie verschwindet mit dem Sonnenuntergang. Eine zuverlässige Speicherung dieser Energie für die spätere Nutzung bleibt eines der größten Hindernisse für den Ausbau erneuerbarer Energien. Ein Forscherteam der University of California unter der Leitung des Doktoranden Han Nguyen präsentierte nun eine Übergangslösung.

Im Zentrum steht ein winziges organisches Molekül namens Pyrimidon, das Sonnenlicht einfängt und die Energie in seiner Struktur einschließt. Fachlich bezeichnen die Forscher das System als „Dewar pyrimidone“. Der Aufbau orientiert sich an der Struktur menschlicher DNA. Zur Veranschaulichung des Prinzips verweist das Team auf selbsttönende Sonnenbrillen, die sich im Sonnenlicht automatisch verdunkeln und im Schatten wieder klar werden.

Statt der Farbe ändert dieses Molekül jedoch seinen Energiezustand, um Wärme zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben. Professor Ken Houk von der UCLA unterstützte das Vorhaben mit Computermodellen. Simulationen hätten belegt, dass die eingefangene Energie über Jahre hinweg stabil in dem Molekül gelagert werden kann. Das Team suchte dabei gezielt nach einer Konfiguration, die ungewollte Energieverluste im Ruhezustand verhindert.

Solarbatterie: Funktionsweise und chemische Speicherung

Das entwickelte Molekül agiert wie eine gespannte Feder. Sobald es dem Sonnenlicht ausgesetzt ist, wechselt es in eine energiereiche Anordnung. Ein gezielter Trigger wie Wärme oder ein Katalysator fungiert dabei als Auslöser, um die gespeicherte Energie kontrolliert wieder abzurufen. Bei diesem Prozess gibt das Material die gespeicherte Energie als Wärme wieder ab.

Die mechanische Spannung im Inneren des Moleküls ermöglicht eine Kapazität, die gängige Speicherlösungen übertrifft. Die erreichte Energiedichte soll sich auf über 1,6 Megajoule pro Kilogramm belaufen. Dieser Wert wäre etwa doppelt so hoch wie die Kapazität gewöhnlicher Lithium-Ionen-Batterien, die bei rund 0,9 Megajoule pro Kilogramm rangiert. Han Nguyen betont, dass das Team für dieses Projekt alles Unnötige weggeschnitten hat, um das Molekül so kompakt wie möglich zu halten.

Vom Camping-Kocher bis zur Hausheizung

In Laborversuchen demonstrierten die Forscher, dass die freigesetzte Wärme ausreicht, um Wasser zum Sieden zu bringen. Laut Han Nguyen ermöglicht diese Leistung künftige Anwendungen wie mobile Heizlösungen für die Verpflegung beim Camping. Noch ist die Technologie kein fertiges Produkt, sondern ein Blick in die Zukunft. Sie öffnet jedoch Türen für vollkommen neue, netzunabhängige Wärmequellen.

Da das Material wasserlöslich ist, könnten Forscher es künftig durch solarthermische Kollektoren pumpen, die auf Dächern montiert sind. Dort würde sich die Flüssigkeit tagsüber aufladen und anschließend in isolierte Lagertanks fließen. Während der Nachtstunden könnte das System die gespeicherte Wärme dann zum Heizen von Wohnräumen nutzen.

Das Moore Inventor Fellowship unterstützte das Forschungsprojekt finanziell, um die Entwicklung der Solarbatterie voranzutreiben. Diese Technologie entkoppelt die Nutzung der Sonnenenergie erstmals vollständig vom Tageslicht. Han Nguyen und sein Team liefern damit einen neuen Ansatz, um den größten Flaschenhals der Energiewende zu überwinden.

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Die Solarenergie könnte bald einen entscheidenden Sprung machen. Denn ein internationales Forscherteam hat einen neuen Effizienzrekord aufgestellt. Hintergrund ist eine spezielle Methode, die Licht doppelt nutzt.

Forscher der Kyushu University in Japan und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz haben eine neue Methode entwickelt, um deutlich mehr Energie aus dem Sonnenlicht zu gewinnen. Das Team nutzt dafür einen speziellen Prozess, den Fachkreise als Singlet Fission bezeichnen.

Diese Technik gilt laut Yoichi Sasaki, außerordentlicher Professor an der Kyushu University, oft als Ideallösung für die Verbesserung der Lichtumwandlung. Mit dem technologischen Ansatz durchbrachen die Wissenschaftler offenbar eine langjährige physikalische Grenze der Solartechnik.

Den Prozess der Energieübertragung stellen sich die Beteiligten wie einen Staffellauf vor, bei dem Teilchen die Energie Stück für Stück weitergeben. Herkömmliche Solarzellen verwerten jedoch nur einen kleinen Teil des verfügbaren Sonnenlichts effektiv. Das sorgt für ein energetisches Ungleichgewicht. Die Folge: Heutige Solarzellen nutzen nur rund ein Drittel des einfallenden Lichts.

Rekord-Solarenergie: Effizienzsteigerung durch Überwindung physikalischer Grenzen

Vor allem hochenergetische Photonen aus blauem Licht geben einen Großteil ihrer Energie ungenutzt als Wärme ab. Um dieses Problem zu lösen, setzen Yoichi Sasaki und sein Team auf einen innovativen Metallkomplex auf Molybdän-Basis. Dieser dient als sogenannter Spin-Flip-Emitter, bei dem Elektronen während der Interaktion mit Licht ihren Spin ändern. Durch diese Änderung sammeln die Molybdän-basierten Metallkomplexe die erzeugte Energie besonders effizient ein.

Normalerweise erzeugt ein einzelnes Photon nur einen einzigen Energieträger. Das neue Verfahren soll hingegen die Aufspaltung in zwei Einheiten ermöglichen, wodurch die nutzbare Energie theoretisch verdoppelt wird. Sasaki erklärte aber, dass ein Mechanismus namens FRET die Energie leicht „stehlen“ kann, bevor diese Vervielfältigung überhaupt stattfindet. Durch eine gezielte molekulare Gestaltung der Molybdän-Komplexe unterdrückte das Team diesen Verlustmechanismus.

Potenziale und realistischer Zeitplan der Technologie

In ihren Experimenten mit einer speziellen Lösung auf Tetracen-Basis erreichten die Forscher eine Quantenausbeute von rund 130 Prozent. Pro absorbiertem Lichtteilchen aktivierte das System in dieser Testumgebung also etwa 1,3 Molybdän-Komplexe. Damit demonstrierten die Institute in Japan und Deutschland, dass die herkömmliche Effizienzgrenze im Labor überschritten werden kann.

Dieser Fortschritt markiert laut Sasaki einen wichtigen Meilenstein für die zukünftige Energiegewinnung. Obwohl die Ergebnisse vielversprechend erscheinen, befindet sich die Forschung aktuell noch in einem frühen Proof-of-Concept-Stadium. Eine sofortige Markteinführung von entsprechenden Solarzellen ist daher vorerst nicht zu erwarten. Das Team plant nun die Integration der Materialien in Festkörpersysteme, um die Energieübertragung weiter zu optimieren.

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Forscher haben ein rotierendes Gerät entwickelt, das Energie aus Wellen gewinnen kann. Es richtet sich je nach Wellengang selbstständig aus.

Ozeanwellen könnten eine ertragreiche und zuverlässige erneuerbare Energiequelle darstellen. Forscher der Universität Osaka untersuchen mit dem Gyroskopischen Wellenenergiekonverter (GWEC) eine Methode, um diese Energie effizienter zu nutzen. Das System wandelt die ständige Bewegung des Meeres mithilfe eines rotierenden Schwungrads innerhalb einer schwimmenden Plattform in sauberen Strom um.

Das Prinzip der gyroskopischen Präzession treibt die mechanische Energiegewinnung der Anlage an. Dieses Phänomen lässt sich mit einem Spielzeugkreisel oder einem rotierenden Fahrradreifen vergleichen. Wenn eine äußere Kraft auf ein solches Objekt wirkt, weicht es kontrolliert zur Seite aus, anstatt umzukippen.

Energie aus Wellen: Mechanik der Wellenwandlung

Ähnlich reagiert das integrierte Schwungrad im Ozean, wenn Wellen die Plattform in eine Auf- und Abbewegung versetzen. Das Schwungrad ändert daraufhin seine Ausrichtung im Raum. Ein Generator nutzt diese mechanische Kraft schließlich und erzeugt daraus elektrischen Strom.

Eine präzise Steuerung passt das System dabei aktiv an den jeweiligen Rhythmus der Wellen an. Dadurch nimmt der Konverter selbst bei unregelmäßigem Seegang ein Maximum an Energie auf. Dieser Ansatz unterscheidet sich deutlich von herkömmlichen Methoden, die oft nur unter sehr spezifischen Bedingungen funktionieren.

Klassische Anlagen wie Point-Absorber oder Pendel-WECs sind auf eine punktuelle Resonanz angewiesen. Sie arbeiten nur dann effizient, wenn die Wellen in einem ganz bestimmten Rhythmus schwingen. Diese Abhängigkeit von einer einzelnen Resonanzbedingung schränkt ihre Leistung im unbeständigen Ozean stark ein.

Vorteile gegenüber herkömmlichen Systemen

Sobald die Wellenfrequenz von diesem Idealwert abweicht, bricht die Energieaufnahme dieser Systeme massiv ein. Der GWEC hingegen verspricht eine Breitband-Effizienz über ein weites Frequenzspektrum. Das System spielt seine volle Stärke jedoch nur aus, wenn es ideal mit dem Rhythmus der Wellen harmoniert.

Die Anlage hält die maximale Energieaufnahme-Effizienz von fünfzig Prozent fast unabhängig von der Wellenfrequenz aufrecht. In der Wellenenergietheorie markiert dieser Wert das fundamentale physikalische Maximum. Das Schwungrad fängt somit konstant die Hälfte der eintreffenden Energie ein.

Forscher Takahito Iida belegt diese Leistungsfähigkeit mithilfe der linearen Wellentheorie. Er analysiert in der Studie die komplexen Wechselwirkungen zwischen den Wellen und der Mechanik. Iida ermittelte dabei konkret die idealen Drehzahlen für das Schwungrad und den Betrieb des Generators.

Kosten-Frage: Wie effizient ist Wellenkraft?

Numerische Simulationen im Zeit- und Frequenzbereich untermauern die theoretischen Annahmen zur Breitbandfähigkeit. Die Zeitbereich-Simulationen waren dabei kritisch, um die Reaktion des Systems bei nicht linearen Wellenverläufen zu prüfen. Durch die Bewertung nicht linearer Effekte erkannten die Forscher reale physikalische Einschränkungen der Anlage frühzeitig.

Trotz der technischen Fortschritte bleibt die wirtschaftliche Umsetzung ein kritischer Faktor für den Erfolg. Kritiker betonen, dass letztlich die Kosten pro Kilowattstunde über die Marktreife einer Technologie entscheiden. Ingenieurskunst allein reicht nicht aus, wenn die Erzeugung im Vergleich zu anderen grünen Energien zu teuer bleibt.

Die Studie der Universität Osaka evaluiert daher die Eignung des Systems für eine großflächige Stromerzeugung. Ein effizienter Betrieb über weite Frequenzbereiche könnte die Gesamtkosten senken, da die Anlagen seltener stillstehen. Ob der GWEC den Sprung aus dem Labor in die industrielle Anwendung schafft, hängt von weiteren Praxistests ab.

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Kondensstreifen sind mehr als nur weiße Linien am Himmel, sie verstärken den Treibhauseffekt deutlich. Neue Forschungen zeigen jedoch, dass schon kleine Anpassungen der Flugrouten die Klimabelastung des Luftverkehrs halbieren könnten. 

Eine neue Studie der Universität von Cambridge zeigt, dass kleine Änderungen der Flugrouten die Klimabelastung durch den Luftverkehr senken könnten. Das gezielte Vermeiden von Bedingungen für Kondensstreifen würde den Erwärmungseffekt der Branche demnach fast halbieren.

Die Forscher schlagen vor, die Reiseflughöhe lediglich um einige tausend Fuß anzupassen. Diese Maßnahme stelle einen Hebel für den Klimaschutz in der modernen Luftfahrt dar.

Der Hintergrund: Kondensstreifen entstehen, wenn heiße Abgase in der Reiseflughöhe auf kalte, feuchte Luftmassen treffen. Dabei gefriert der enthaltene Wasserdampf schlagartig zu Eiskristallen. Diese Kristalle bilden künstliche Wolken, die über viele Stunden am Himmel verbleiben können.

Kondensstreifen: Flugreisen unnötig klimaschädlich

Diese Wolken fangen die von der Erde abgegebene Wärme ein und verstärken den Treibhauseffekt. Ohne Gegenmaßnahmen verursachen die Streifen Schätzungen zufolge bis 2050 rund 36 Prozent mehr Erwärmung als das reine Kohlendioxid der Flugzeuge. Ohne Umsteuern könnten sie für eine zusätzliche Erwärmung von etwa 0,054 Grad Celsius verantwortlich sein.

Jessie Smith aus Cambridge betont das Potenzial dieser Erkenntnisse. Laut ihrer Einschätzung lassen sich die Auswirkungen auf die Temperatur ungewöhnlich schnell reduzieren. Innerhalb eines Jahrzehnts könnte ein großer Teil der Erwärmungswirkung der Luftfahrt herausgenommen werden.

Dieser Ansatz ermöglicht eine einfache operative Umsetzung im Vergleich zu nachhaltigen Flugkraftstoffen. Für die Änderung der Flughöhe sind keine technischen Modifikationen am Flugzeug notwendig. Piloten führen solche Anpassungen bereits heute routinemäßig durch, um Turbulenzen auszuweichen.

Nachhaltige Kraftstoffe hingegen stehen vor gewaltigen Hürden. Zwar kann die Umleitung der Flugzeuge den Treibstoffverbrauch leicht ansteigen lassen. Die geringere Erwärmung durch weniger Kondensstreifen gleicht diesen Effekt jedoch mehr als aus.

Luftfahrt könnte CO2-Ausstoß kurzfristig reduzieren

Das Programm könnte bis 2045 rund neun Prozent des verbleibenden globalen Temperaturbudgets sichern. Damit ließe sich das Überschreiten der Zwei-Grad-Celsius-Grenze des Pariser Abkommens messbar hinauszögern. Wissenschaftler halten den zusätzlichen Arbeitsaufwand für die Flugsicherung dabei für moderat.

Ein frühzeitiger Beginn ist für die Wirksamkeit von entscheidender Bedeutung. Ein Aufschub um zehn Jahre mindert die Effektivität der Maßnahme um rund 78 Prozent. Man sollte nicht auf perfekte Vorhersagemodelle warten, bevor man mit der Erprobung beginnt.

Piloten, Meteorologen und politische Entscheidungsträger müssen nun eng zusammenarbeiten, um diese Strategie umzusetzen. Eine Effektivität von nur 25 Prozent liefert bereits einen bedeutenden Nutzen für das Klima. Der erste Schritt bestünde darin, die Wirksamkeit durch Tests unter Beweis zu stellen.

Die Luftfahrtindustrie besitzt hiermit ein Werkzeug, um ihren ökologischen Fußabdruck kurzfristig zu reduzieren. Während der Sektor sich auf kohlenstoffarme Antriebe umstellt, bietet die Vermeidung von Kondensstreifen eine sofort verfügbare Lösung. Die Methode bietet der Branche damit einen Weg, internationale Klimaziele schneller zu erreichen.

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Forscher haben eine Beschichtung entwickelt, mit der sich Solaranlagen selbst reinigen können. Sie soll sich auch für bestehende Module eignen und deren Leistung erhöhen. 

Forscher aus Schottland, China und Indien haben eine transparente, wasserabweisende Beschichtung für Solarmodule entwickelt. Diese zweischichtige Lösung soll die Panels selbst reinigen und dadurch die Stromausbeute erhöhen, ohne den Lichteinfall zu verringern. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber bisherigen Lösungen auf dem Markt ist der Verzicht auf sogenannte Ewigkeitschemikalien (PFAS).

Staub, Schmutz und Vogelkot bremsen Solaranlagen im Alltag schlichtweg aus. Hierzu erklärte Sudhagar Pitchaimuthu von der Heriot-Watt University, dass die manuelle Säuberung oft ein teures Logistik-Puzzle ist und die empfindlichen Zellen zerstören kann. Solche Wartungsarbeiten fressen oft den Gewinn der Anlagen wieder auf.

Der Nano-Trick: Wie Luft Schmutz vertreibt

Die neue Technologie nutzt eine dünne Klebeschicht als Basis für wasserabweisende Silica-Nanopartikel. Diese Partikel sitzen zunächst in dieser Adhäsivschicht, bevor sie beim Aushärten des Materials fest einrasten. Sie erzeugen eine mikroskopische Rauheit auf der Oberfläche, die eine feine Luftschicht einschließt. Dadurch perlt Wasser in Tropfenform ab und nimmt Schmutzpartikel gleich mit.

Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse im Fachjournal „Colloids and Surfaces A: Physiochemical and Engineering Aspects“. Da die Beschichtung transparent bleibt, erreichen weiterhin genügend Lichtstrahlen die darunterliegenden Photovoltaikzellen zur Stromerzeugung. Dieser Prozess funktioniert rein physikalisch, ohne mechanische Einwirkung oder zusätzliche chemische Reinigungsmittel.

Selbstreinigende Solaranlagen: Nachhaltige Materialien und globale Förderung

Bei der Entwicklung setzten die Forscher bewusst auf Silica, da dieses Material reichlich in Ressourcen wie Sand oder Quarz vorkommt. Shanhu Liu von der Henan University betont, dass Silica im Vergleich zu fluorierten Polymeren oder seltenen Metalloxiden eine nachhaltigere Option darstellt.

Der bewusste Verzicht auf PFAS ist für die Umwelt entscheidend, da diese „Ewigkeitschemikalien“ in der Natur nicht abgebaut werden können. Sie reichern sich über Jahrzehnte in Ökosystemen an, was die Umwelt enorm belasten würde. Für die geplante Produktion ist zudem die Verwendung von grünem Ammoniak vorgesehen, das aus erneuerbarem Wasserstoff entsteht.

Die National Natural Science Foundation of China sowie die State Key Laboratory of Water Pollution Control and Green Resource Recycling Foundation finanzieren die Forschung aktiv. Zudem tragen das Petro-China Research Institute of Petroleum Exploration and Development und das Seed Money Scheme des Vivekanand College das Projekt finanziell. Als Nächstes will das Team die Panels unter extremen Bedingungen wie schottischen Wintern oder in der Wüste von Dubai testen.

Markteinführung und industrielle Bedeutung

Ein großer Vorteil des Systems ist die einfache Handhabung bei der Nachrüstung bestehender Anlagen. Man kann die Schicht einfach auf alte Module aufsprühen, um deren Selbstreinigungskräfte nachträglich zu aktivieren. Das Forscherteam geht davon aus, dass das Produkt innerhalb der nächsten fünf Jahre marktreif sein wird.

Sanjay S. Latthe ist überzeugt, dass die Technologie die Ausbeute der weltweiten Solarparks – die aktuell fünf Prozent des Stroms liefern – nachhaltig verbessern kann. Eine höhere Energieausbeute bestehender Anlagen sorgt für eine effizientere Nutzung sauberer Energie ohne zusätzliche Neuinstallationen. Die Reduzierung der Wartungskosten ist ein entscheidender Hebel, um dieses Ziel weltweit schneller zu erreichen.

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Forschern ist es offenbar gelungen, flexible Magnesium-Sauerstoff-Batterien mit einer extrem hohen Energiedichte zu entwickeln – und zwar ohne seltene Erden. Sie könnten eine echte Alternative zu Lithium-Akkus darstellen. 

Magnesium-Sauerstoff-Batterien (Mg-O₂) könnten teure Lithium-Systeme kosteneffizient ersetzen. Denn Magnesium kostet derzeit etwa 2.320 US-Dollar pro Tonne, während bei dem für Batterien notwendigen Lithium (je nach Art) etwa 20.000 bis 25.000 US-Dollar pro Tonne anfallen.

Gleichzeitig liegt die theoretische Energiedichte von Magnesium bei 6.859 Wattstunden pro Liter, während Lithium 5.960 Wattstunden pro Liter erreicht. Forschern gelang es kürzlich, bei Magnesium-Sauerstoff-Batterien bedeutende Fortschritte zu erzielen.

In der Erdkruste lagern Magnesiummengen von etwa 3,1 x 10²⁰ Kilogramm. Das Metall macht den Betrieb sicher, da es kaum Dendriten bildet. Dabei handelt es sich um winzige Metall-Nadeln, die bei anderen Akkus Kurzschlüsse verursachen. Die neue Technologie nutzt diese Vorteile für eine Energiespeichertechnik ohne Ressourcenknappheit.

Magnesium-Sauerstoff-Batterien: Metallfreie Kathode und Korrosionsschutz

Die metallfreie Kathode besteht aus einem dreidimensionalen Netzwerk aus stickstoffdotiertem Graphen. Mit einer Schichtdicke von etwa 30 Mikrometern übernimmt dieses Bauteil gleichzeitig die Funktion des Stromkollektors. Stickstoff-Atome im Gitter beschleunigen die chemischen Abläufe ohne teure Edelmetalle wie Platin.

Zusätze wie Magnesiumchlorid (MgCl₂) sorgen dafür, dass sich die Batterie gut wieder aufladen lässt. Diese Chlorid-Ionen greifen herkömmliche Kathoden aus Edelmetallen jedoch chemisch an. Stickstoffdotiertes Graphen widersteht dieser Korrosion wiederum dauerhaft und ermöglichte im Test 174 Ladezyklen ohne Funktionalitätsverlust.

In flüssigen Testaufbauten nutzt der Speicher ein Gemisch aus Magnesium-bis(trifluormethansulfonyl)imid (Mg(TFSI)₂) und Magnesiumchlorid im Lösungsmittel Diglyme. Eine Porosität des Graphen-Netzwerks von bis zu 99 Prozent bietet Platz für das Entladeprodukt Magnesiumoxid (MgO). In dieser Umgebung erreichte die Zelle eine spezifische Kapazität von 20.898 Milliamperestunden pro Gramm.

Der Entladeprozess lagert das Magnesiumoxid direkt in den mikroskopischen Poren des Netzwerks ein. Die Batterie erreicht ihre Kapazitätsgrenze, sobald diese Poren vollständig verstopft sind und keine Gase mehr hindurchlassen. Dieser Verschluss blockiert den notwendigen Transport von Sauerstoff und beendet die chemische Reaktion innerhalb der Zelle.

Feststoff-Technik und Flexibilität

Die All-Solid-State-Variante nutzt einen Gel-Polymer-Elektrolyten (GPE), der auf einer Ionenflüssigkeit basiert. Dieser Feststoff-Elektrolyt besitzt eine ionische Leitfähigkeit von 2,7 Millisiemens pro Zentimeter bei einer Raumtemperatur von 25 Grad Celsius. Er verhindert das Auslaufen von Chemikalien und stabilisiert den Zelltyp gegenüber mechanischen Belastungen.

Die Feststoff-Batterie liefert eine spezifische Kapazität von 17.934 Milliamperestunden pro Gramm. Dank der mechanischen Stärke des Graphen-Netzwerks übersteht der Speicher Biegewinkel von bis zu 120 Grad im Testbetrieb. Der Zelltyp hält während der Entladung eine stabile Spannung von durchschnittlich 1,21 Volt.

Magnesium-Sauerstoff-Technologien ermöglichen Batterien, die ohne seltene Erden auskommen, nicht auslaufen und mechanisch flexibel bleiben. Der Verzicht auf flüssige Elektrolyte und teure Edelmetalle senkt die Materialkosten dauerhaft. Damit bietet die Speichertechnik eine funktionale Basis für langlebige Energiespeicher in der industriellen Anwendung.

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Lithium-Ionen-Batterien bilden das Rückgrat der Elektromobilität, belasten jedoch durch giftige Stoffe die Umwelt. Standardbinder wie Polyvinylidenfluorid (PVDF) benötigen für die Elektrodenfertigung herkömmlicherweise das giftige Lösungsmittel N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP). Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA entwickelten nun eine nachhaltige Lösung auf Wasserbasis.

Studienautorin Leah Jalowy und ihr Kollege Dominik Nemec setzen auf den biobasierten Binder Carboxymethylcellulose (CMC). In enger Kooperation mit dem japanischen Maschinenhersteller Sugino optimierten sie die Produktionsprozesse für Lithium-Eisenphosphat-Kathoden (LFP). Das Team veröffentlichte seine wissenschaftlichen Erkenntnisse in der Fachzeitschrift Applied Chem.

LFP-Kathoden: Neue Batterie setzt auf Wasser-Lösemittel

Das Team untersuchte systematisch zwei industriell relevante Verfahren zur Mischung der Elektrodenpaste, auch Slurry genannt. Während beim Dissolver-Mischen eine gezahnte Scheibe in der Paste rotiert, nutzt das Wet Jet Milling extremen Hochdruck. Die Anlage presst das Material mit bis zu 2.200 Bar durch präzise Mikrodüsen.

Diese Methode reduziert die mittlere Partikelgröße der Materialien um 39 Prozent. Das Wet Jet Milling senkt zudem die Viskosität bei niedrigen Scherraten um 96 Prozent, bei mittleren um 80 Prozent und bei hohen Raten um 64 Prozent. Diese physikalische Optimierung verbessert das Fließverhalten und ermöglicht einen höheren Feststoffgehalt in der Paste.

Verbesserte Performance und Energiebilanz

Hochauflösende Aufnahmen unter dem Elektronenmikroskop belegen, dass die so hergestellten Elektroden homogener und dichter gepackt sind. Eine glattere Grenzfläche zum Stromkollektor lässt einen besseren Stromfluss und eine höhere mechanische Stabilität erwarten. Die Forscher führen diese Qualität auf die effiziente Zerkleinerung der Partikel zurück.

Bei einer nominalen Laderate von 1,0 C, was einer vollen Ladung innerhalb einer Stunde entspricht, stieg die Kapazität deutlich an. Die mit Hochdruck hergestellte Variante erreichte 83,8 Milliamperestunden pro Gramm gegenüber 73,1 bei der Standard-Methode. Diese Steigerung um 12,8 Prozent resultiert aus der größeren aktiven Oberfläche der kleineren Partikel.

Nachhaltige Produktion spart 42 Prozent Energie

Die Kombination aus Wet Jet Milling und Dissolver-Mischen benötigt lediglich 0,98 Kilowattstunden pro Kilogramm Paste. Im Vergleich dazu verbraucht das reine Dissolver-Verfahren mit 1,70 Kilowattstunden pro Kilogramm deutlich mehr Prozessenergie. Zusammen mit der gesparten Trocknungsenergie erreicht das neue Verfahren eine Gesamtersparnis von 42 Prozent.

LFP-Kathoden gelten als sichere und kostengünstigere Alternative zu nickelbasierten Systemen, da sie ohne kritische Rohstoffe wie Kobalt oder Nickel auskommen. In der Praxis bedeutet das thermisch stabilere Batterien mit langer Lebensdauer für Elektroantriebe oder industrielle Speicherlösungen. Jalowy und Nemec betonen, dass die Vorteile des Verfahrens bei einer industriellen Skalierung laut der Studie noch deutlicher ausfallen könnten.

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Spezielle Glaspanels könnten künftig organische Trägerschichten in der Halbleiterindustrie ersetzen und die Effizienz von KI-Prozessoren steigern. Während herkömmliche Substrate unter Hitze verformen, bietet Glas die notwendige mechanische Stabilität für die nächste Generation von Hochleistungsrechnern. Der Materialwechsel könnte den Beginn einer neuen Phase in globalen Rechenzentren markieren.

Die US-Regierung fördert eine Partnerschaft zwischen Absolics und Georgia Tech mit 175 Millionen US-Dollar aus dem „CHIPS for America“-Programm. Damit sichern sich die USA eine zentrale Rolle in der Halbleiter-Lieferkette. In Covington, Georgia, entstand bereits eine Fabrik für die kommerzielle Fertigung dieser Glassubstrate.

KI-Chips auf Glas: Der globale Wettbewerb im Fokus

Hinter den Kulissen hat sich ein industrieller Wettlauf zwischen den führenden Technologie-Nationen entwickelt. Neben dem US-Konzern Intel beschleunigen südkoreanische Unternehmen wie Samsung oder LG ihre Forschung. Auch chinesische Firmen gehören zu den frühen Anwendern dieser Technologie.

Der Zulieferer JNTC produziert bereits semi-fertige Glaspanels in hohen Stückzahlen für den Weltmarkt. Das Unternehmen plant für das Jahr 2027 eine zusätzliche Fertigungslinie in Vietnam. Analysten prognostizieren für den Sektor ein Wachstum auf bis zu 4,4 Milliarden US-Dollar bis 2036.

Die physikalischen Vorteile von Glas gegenüber Epoxidharz sind messbar: Die Oberfläche ist 5.000-mal glatter als bei organischen Substraten. Das ermöglicht eine zehnmal höhere Dichte bei elektrischen Verbindungen. So können etwa 50 Prozent mehr Siliziumchips auf der gleichen Fläche Platz finden.

Lichtbasierte Signale für KI-Hardware

Die Panels weisen eine Dicke von lediglich 700 Mikrometern bis 1,4 Millimetern auf. Dennoch sollen sie den thermischen Belastungen moderner KI-Workloads standhalten. Glas verspricht dabei eine präzise Ausrichtung der Komponenten und verhindert Verformungen.

Künftige Chip-Generationen könnten die Transparenz des Materials für integrierte optische Signalwege nutzen. Designer würden diese direkt in das Substrat einbauen. Lichtpulse ersetzen dabei stromintensive Kupferpfade und senken den Energiebedarf der Rechenzentren.

Intel demonstrierte bereits Anfang 2025 einen funktionsfähigen Computer mit Glaskern-Substrat, der das Windows-Betriebssystem startete. Neue Fertigungswerkzeuge stabilisieren die Prozesse mittlerweile zuverlässig. Die Technologie wandert vom Prototypenstadium in die industrielle Massenfertigung.

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Die Suche nach leistungsfähigen Materialien für Festkörperbatterien gilt als große Herausforderung. Eine KI sorgt nun jedoch für Tempo, indem sie mithilfe von Raman-Signalen geeignete Kandidaten identifiziert. 

Festkörperbatterien versprechen hohe Energiedichten und Sicherheit, doch die Suche nach passenden Materialien bremst die Entwicklung bisher aus. Die Identifizierung geeigneter Elektrolyte im riesigen chemischen Raum gleicht der Suche nach der Nadel im Heuhaufen, da langwierige Labortests wertvolle Zeit kosten.

Eine neue KI-Pipeline siebt inzwischen als digitaler Filter ungeeignete Materialien aus, bevor Forscher überhaupt das Labor betreten. Den entscheidenden Durchbruch liefert die Raman-Spektroskopie, die Licht an Atomen streut und so deren Bewegungen sichtbar macht.

Um die gewaltigen Rechenbarrieren der herkömmlichen Dichtefunktional-Störungstheorie (DFPT) zu überwinden, nutzt das Team effiziente KI-Surrogatmodelle. Diese Modelle berechnen die optischen Eigenschaften von Festkörpern in extrem kurzer Zeit und erreichen dabei nahezu die Präzision komplexer Standardberechnungen.

KI-Materialsuche für Festkörperbatterien

Zur Validierung unterzogen die Wissenschaftler ihre Künstliche Intelligenz einer Prüfung mit Silberiodid (AgI). Dieser Stoff gilt als Prototyp für Superionenleiter, ist aber aufgrund seiner atomaren Unordnung rechnerisch kaum zu bändigen. Die KI bildete die chaotischen Atombewegungen dennoch fehlerfrei ab und bewies damit ihre Praxistauglichkeit für hochkomplexe Systeme.

Erst nach diesem Erfolg übertrugen die Forscher das Verfahren auf moderne Natrium-Ionen-Leiter. Die Simulationen verknüpfen dabei atomistische Modelle direkt mit experimentell messbaren Raman-Signalen. Dadurch entstand ein verlässliches Werkzeug, das das Verhalten neuer Energieträger präzise vorhersagen kann.

Die Dateneffizienz des Modells beeindruckt in der praktischen Anwendung. Um die Polarisierbarkeit (die zentrale Größe für die Lichtstreuung) vorherzusagen, benötigte die KI lediglich 140 Trainingsbeispiele. Trotz dieser geringen Menge erreichte das System eine Genauigkeit von über 80 Prozent im Vergleich zur physikalischen Grundwahrheit.

Diese Effizienz spart kostbare Rechenleistung und macht das Screening riesiger Datenbanken erst wirtschaftlich möglich. Das Modell lernt, wie sich die elektrische Polarisierbarkeit während der Ionenwanderung im Festkörper verändert. Forscher können nun gezielt nach Stoffen suchen, die einen rasanten Energietransport ermöglichen.

Die digitale Abkürzung zum Festkörperakku

Der Vergleich zwischen dem dotierten Stoff NaSbW_xS₄ und dem Superleiter Na₃PS₄ macht den technologischen Unterschied deutlich. In der dotierten Variante springen Ionen nur etwa alle fünf Picosekunden entlang starrer Pfade von einem Platz zum nächsten. Da dieses Hüpfen die Kristallsymmetrie kaum stört, bleibt das Raman-Signal in diesem Bereich schwach.

Ganz anders verhält sich die Gamma-Phase von Na₃PS₄, in der Ionen förmlich durch das Gitter fließen. Bei diesem flüssigkeitsähnlichen Tanz geraten sogar die Schwefel-Atome der Wirtsstruktur in Schwingung. Diese totale Symmetriebrechung erzeugt einen intensiven Zentralpeak im Spektrum, den die KI sofort als Merkmal für Höchstleistung erkennt.

Die KI-Pipeline agiert als hocheffizienter Filter für die Materialwissenschaft der Zukunft. Sie klärt vorab, ob ein neuer Stoff das Potenzial für extrem kurze Ladezeiten besitzt oder lediglich langsame Sprungprozesse zeigt. So fließen wertvolle Ressourcen nur noch in die Synthese der aussichtsreichsten Batteriekandidaten.

Durch die Verschmelzung von Quantenchemie und maschinellem Lernen skaliert die Forschung die Suche nach Ionenleitern nun weltweit. Festkörperbatterien rücken damit einen entscheidenden Schritt näher an die industrielle Massenfertigung. Die Energiewende findet künftig nicht mehr nur im Labor, sondern zuerst in der intelligenten Simulation statt.

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Der Beitrag In China: Größtes Druckluftspeicherkraftwerk der Welt nimmt Betrieb auf erschien zuerst beim Online-Magazin BASIC thinking. Über unseren Newsletter UPDATE startest du jeden Morgen bestens informiert in den Tag.

In China hat das wohl weltweit größte Druckluftspeicherkraftwerk den Betrieb aufgenommen. Es soll Salzkavernen zur CO2-freien Energiespeicherung für bis zu 600.000 Haushalte nutzen. 

In der chinesischen Provinz Jiangsu nimmt die weltweit größte Druckluftspeicheranlage ihren Dienst auf. In den Salzkavernen von Huai’an nutzt das Demonstrationsprojekt unterirdische Hohlräume, um Energie effizient zwischenzuspeichern. Das Kraftwerk soll das regionale Stromnetz stabilisieren und Schwankungen zwischen Erzeugung und Verbrauch ausgleichen.

In Zeiten mit geringem Bedarf presst das System Luft in die tiefen Kavernen und komprimiert sie dort. Sobald die Nachfrage steigt, treibt die entweichende Luft Turbinen an und erzeugt so Elektrizität. Diese Technik soll dabei helfen, die Last im Netz zu steuern und die Frequenz stabil zu halten.

Druckluftspeicherkraftwerk: Stromspeicher in 1.500 Metern Tiefe

Zwei Einheiten leisten den Angaben zufolge jeweils 300 Megawatt, was einer installierten Gesamtleistung von 600 Megawatt gleichkäme. Mit einer Speicherkapazität von 2.400 Megawattstunden erreiche die Anlage einen Wirkungsgrad von rund 71 Prozent. Damit wäre die Station das weltweit größte Druckluft-Speicherkraftwerk.

Die Ingenieure setzen auf adiabatische Hochtemperatur-Verdichtung und verzichten auf fossile Brennstoffe. Ein System aus geschmolzenem Salz und unter Druck stehendem Thermalwasser hält die Hitze fest, die bei der Kompression entsteht. Diese Wärme fließt später zurück in den Prozess und steigert die Effizienz der Stromerzeugung.

Energie aus heißem Salz und Luft

Das Kraftwerk nutzt etwa 980.000 Kubikmeter an Salzkavernen weit unter der Erdoberfläche. Die Hohlräume liegen in einer Tiefe von 1.150 bis 1.500 Metern in der Region Huai’an. Für den Bau der Infrastruktur investierten die Partner insgesamt 520 Millionen US-Dollar.

Die erste Einheit des Kraftwerks nahm bereits im Dezember 2025 ihren Dienst unter Volllast auf. Kürzlich folgte die zweite Einheit, die sich beim ersten Versuch mit dem Netz verband. Damit steht das gesamte System nun für den dauerhaften Betrieb im regionalen Energiemarkt bereit.

Sauberer Strom für 600.000 Haushalte

Pro Jahr generiert das Kraftwerk etwa 792 Millionen Kilowattstunden Elektrizität. Diese Energiemenge reicht rechnerisch aus, um etwa 600.000 Haushalte zu versorgen. Die Anlage leistet damit einen messbaren Beitrag zur regionalen Energieversorgung.

Jedes Jahr spart der Betrieb rund 250.000 Tonnen Standardkohle ein. Gleichzeitig sinken die jährlichen Kohlendioxid-Emissionen in der Region um etwa 600.000 Tonnen. Das Unternehmen Shanghai Electric lieferte die Kernausrüstung wie Turbinen, Generatoren und Motoren.

Vorbild für internationale Speicherprojekte

Die spezialisierten Tanks zur Lagerung des geschmolzenen Salzes stammen ebenfalls von dem Technologiekonzern. Die Projektumsetzung belegt die Integration von komplexem Maschinenbau und thermischer Energiespeicherung. Solche Langzeitspeicher gelten als Schlüssel für stabile Netze mit hohem Anteil an erneuerbaren Energien.

Die Anlage in Jiangsu dient als Referenz für die Modernisierung globaler Energiesysteme. Das Projekt beweist, dass riesige Speicher für die Energiewende technisch möglich sind. Die gewonnenen Erkenntnisse unterstützen die Entwicklung ähnlicher Vorhaben weltweit.

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Autonome Kleinbusse können den öffentlichen Nahverkehr verbessern und zahlreiche Autofahrten ersetzen. Das ist das Ergebnis einer Studie des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), die mehr als 1.600 Testfahrten mit Fahrgästen ausgewertet hat. 

Autonome Kleinbusse können den öffentlichen Nahverkehr verbessern und herkömmliche Fahrten mit dem Personenkraftwagen ersetzen. Das zeigt eine Untersuchung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) nach mehr als 1.600 Testfahrten mit Fahrgästen in Mannheim und Friedrichshafen. Die Forscher analysierten die Zuverlässigkeit der Technik im Alltag sowie die Reaktionen der Bevölkerung.

Ihre Ergebnisse bilden die Grundlage für den künftigen Einsatz automatisierter Angebote. Bewohner ländlicher Regionen profitieren besonders von der Technik, da dort herkömmliche Busse nur selten verkehren. Professor Martin Kagerbauer erklärt dazu, dass automatisierte Angebote die Mobilität im ländlichen Raum verbessern. Voraussetzung dafür bleibt ein zuverlässiger Betrieb der Fahrzeuge. Zudem müssten Passagiere genau verstehen, welche Fähigkeiten das jeweilige System besitzt.

Autonome Kleinbusse: Sicherheit und Vertrauen als Grundlage

Die Befragungen belegen eine hohe Offenheit der Menschen gegenüber der autonomen Fahrzeugtechnik. Christian Klinkhardt vom Institut für Verkehrswesen (IFV) betont jedoch, dass das Sicherheitsgefühl der Fahrgäste während der Fahrt entscheidet. Dabei geht es sowohl um die technische Sicherheit der Systeme als auch um den Schutz vor aggressivem Verhalten anderer Mitreisenden.

Ein gut einsehbarer Innenraum sowie eine direkte Verbindung zur Leitstelle sollen das Vertrauen der Passagiere stärken. Zudem helfen verständliche Informationen während der Fahrt den Fahrgästen dabei, sich sicher und informiert zu fühlen. Nur wenn Betreiber diese Bedingungen erfüllen, akzeptieren Menschen das Angebot autonomer Shuttles.

Die Analyse der Testfahrten verdeutlicht, dass autonome Shuttles tägliche Wege zum Bahnhof, zum Einkaufen oder zur Schule erleichtern. Christian Klinkhardt erläutert, dass gerade in Randlagen durch diese flexiblen Angebote neue Mobilitätsoptionen für die Bevölkerung entstehen. Damit das System funktioniert, müssen die Shuttles verlässlich auf Abruf bereitstehen.

Integration und technische Anforderungen

Wenn Betreiber die Shuttles technisch in bestehende Ticket- und Informationssysteme einbinden, nutzen Fahrgäste sie ohne Vorbehalte. Die Fachleute fordern eine nahtlose Einbindung in diese digitalen Strukturen, um den Zugang für alle Menschen zu vereinfachen. Das System müsse so leicht zugänglich wie bereits etablierte Systeme sein.

Hersteller, Software-Anbieter und kommunale Verkehrsunternehmen sollen ihre Rollen eindeutig untereinander verteilen. Sie müssten klären, wer den Betrieb leitet und wer die Verantwortung übernimmt. Die spezifische Haftungsfrage zur Software-Verfügbarkeit stellt für den fahrerlosen Betrieb eine zentrale Herausforderung dar.

Denn nur wenn Zuständigkeiten feststehen, entsteht ein verlässliches Angebot für Fahrgäste. Alle Beteiligten müssen ihre Rollen genau kennen, um auf technische Ausfälle reagieren zu können. Diese organisatorische Klärung bildet das Fundament für den Einsatz der Shuttles im öffentlichen Raum.

Ausblick auf fahrerlose Systeme

Die Erkenntnisse aus dem Projekt „RABus“ fließen direkt in die aktuellen Vorhaben „KIRA“ und „ALIKE“ ein. Diese Projekte erproben autonome Kleinbusse bereits in Hamburg, Darmstadt und dem Kreis Offenbach. Fachleute sammeln dadurch Erfahrungen unter verschiedenen geografischen Bedingungen.

Die Forscher streben nun ein regulär zugelassenes Fahrzeugmodell an, das ohne eine Sicherheitsbegleitperson verkehren darf. Erst dieser fahrerlose Betrieb ermöglicht die Umsetzung größerer Modellregionen, wie die Bundespolitik derzeit plant. Ziel ist ein autonomes System, das ohne Sicherheitsbegleitperson im Fahrzeug auskommt.

Mittelfristig könnten diese autonomen Shuttles die Mobilität dort einerseits sichern, wo heute Personal fehlt. Auch in Gebieten, in denen Busse bisher nur sehr unregelmäßig fahren, bietet die Technik großes Potenzial. Die Shuttles schließen damit Lücken im Nahverkehrsnetz und verbessern die Anbindung abgelegener Orte.

Die Untersuchung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) bildet somit den Ausgangspunkt für einen autonomen Linienbetrieb in Deutschland. Durch die Erprobung rückt ein flächendeckender Einsatz fahrerloser Shuttles näher. Der Abschlussbericht zeigt den Weg für künftige Mobilitätsprojekte auf.

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Forscher haben hydrodynamische Modellierungen durchgeführt und chemische Modelle entwickelt, um die Machbarkeit der Umwandlung stillgelegter Kohlebergwerke in unterirdische Pumpspeicherkraftwerke zu bewerten. Die Energiespeicher könnten die Netzzuverlässigkeit und -sicherheit erhöhen. 

Forscher des Oak Ridge National Laboratory (ORNL) bewerten derzeit die Machbarkeit, stillgelegte Kohleminen in unterirdische Pumpspeicherkraftwerke umzuwandeln. Sie nutzen dafür fortschrittliche hydrodynamische und chemische Modelle, um verschiedene Standorte umfassend zu prüfen. Die Speicherlösungen könnten künftig die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Stromnetze erhöhen.

Pumpspeicherkraftwerke (PSH) stellen in den USA bereits über 90 Prozent der heimischen Energiespeicherung im Versorgungsmaßstab bereit. Die Technologie benötigt meist Berge oder Hügel für einen natürlichen Höhenunterschied zwischen zwei Wasserbecken.

Experten am ORNL bilden diesen Höhenunterschied nun durch die Nutzung bestehender Mineninfrastrukturen künstlich nach. Anstatt neue Becken in bergigen Landschaften zu bauen, greifen die Forscher auf tiefe Schächte ehemaliger Kohleminen zurück. Dieses Verfahren weitet die geografische Reichweite der Technologie deutlich aus.

Untergrund-Pumpspeicherkraftwerk: Bestehende Infrastruktur senkt Kosten

Vorhandene Schächte senken die Baukosten für neue Kraftwerke. Die vorhandene Substanz der Bergwerke bildet das Fundament für die technischen Anlagen. Künftig könnten davon auch Gebiete ohne natürliche Erhebungen profitieren.

Die Forscher untersuchen, wie sich die unterirdischen Strukturen für den dauerhaften Betrieb eignen. In flachen Regionen gab es bisher kaum Möglichkeiten, großtechnische Wasserspeicher für die Netzzuverlässigkeit zu errichten. Die Umnutzung der Minen erweitert inzwischen die geografische Reichweite der PSH-Technologie.

Trotz der Potenziale stehen Experten vor technischen Herausforderungen bei der Umsetzung. Thien Nguyen, Senior Researcher am ORNL, nennt chemische Erosion und die strukturelle Stabilität als zentrale Hürden. Das Wasser in den tiefen Schächten steht in ständigem Kontakt mit dem Gestein und verbliebenen Mineralien.

Digitale Modelle für die Industrie

Diese chemischen Prozesse greifen das Material der Mine über lange Zeiträume hinweg an. Gleichzeitig muss die Konstruktion dem Druck der Wassermassen dauerhaft standhalten. Die Sicherheit der Anlagen steht daher im Mittelpunkt der wissenschaftlichen Untersuchungen.

Um diese Risiken zu beherrschen, nutzt das Team fortschrittliche hydrodynamische und chemische Modelle. Die hydrodynamischen Simulationen bilden die Wasserbewegungen in den verzweigten Schächten detailgetreu ab. Die chemischen Analysen bewerten die Reaktionen zwischen dem Wasser und der Umgebung.

Industriepartner erhalten durch diese Werkzeuge eine Basis für die Bewertung spezifischer Standorte. Die Daten helfen Unternehmen, informierte Entscheidungen über das Design und den Bau der Anlagen zu treffen. Auch der spätere Betrieb und die Wartung sollen von diesen digitalen Analysen profitieren.

Sichere Nachnutzung für das Stromnetz

Die Analysen zeigen auf, ob die Wasserkraft unter Tage an einem jeweiligen Ort funktioniert. Fachleute nutzen die Modelle, um die Standorte von Interesse umfassend auf ihre Eignung zu prüfen. Dies soll künftige Investoren und Betreiber bei der Risikoeinschätzung unterstützen.

Letztlich könnten stillgelegte Minen durch diese Forschung eine wichtige Funktion für ein stabileres Stromnetz erhalten. Die Verwandlung alter Industriebrachen in moderne Kraftwerke könnte entscheidend zur Netzsicherheit beitragen. Das Projekt am Oak Ridge National Laboratory bildet damit eine Grundlage für künftige Anwendungen im Versorgungsmaßstab.

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Forschern der ETH Zürich ist es gelungen, CO2 zu binden und Wasserstoff gleichzeitig in Methanol zu speichern. Hintergrund sind isolierte Metallatome als Katalysatoren.

Forscher der ETH Zürich haben CO2 aus der Luft zusammen mit Wasserstoff in grünes Methanol umgewandelt. Ein einzelnes Indiumatom diente dabei als Katalysator, um diese chemische Reaktion zu beschleunigen. Mit dieser Technologie lässt sich Wasserstoff effizient in flüssiger Form speichern und das Treibhausgas als Energieträger nutzen. Die Methode liefert zudem exakte Daten über die chemischen Abläufe während der Umwandlung.

Methanol dient der Industrie als wichtiger Rohstoff und treibt bereits erste Motoren in der Schifffahrt an. Da der Stoff bei Raumtemperatur flüssig bleibt, ist die Handhabung im Vergleich zu gasförmigem Wasserstoff deutlich einfacher. In dieser Form erreicht Methanol eine Energiedichte, die mit auf 700 bar komprimiertem und auf minus 200 Grad Celsius gekühltem Wasserstoff vergleichbar ist. Für eine nachhaltige Synthese muss der benötigte Wasserstoff allerdings leicht aus grünen Quellen verfügbar sein.

Forscher produzieren Methanol aus Wasserstoff und CO2

Herkömmliche Katalysatoren arbeiten meist mit Partikeln, die aus mehreren tausend Atomen bestehen. In solchen Clustern bleiben viele Atome im Inneren eingeschlossen und nehmen daher nicht aktiv an der chemischen Reaktion teil.

Die Forscher der ETH Zürich setzen stattdessen auf isolierte Einzelatome des Elements Indium. Durch diesen Aufbau senkt tatsächlich jedes einzelne Atom die nötige Reaktionsenergie auf dem Weg zum Methanol ab. Laut einer im Fachmagazin Nature Nanotechnology veröffentlichten Studie steigerte das Team die Methanolproduktion so um 70 Prozent im Verhältnis zum eingesetzten Katalysematerial.

Indium kommt in der Natur im Vergleich zu teuren Edelmetallen relativ häufig vor. Dennoch betonen die Forscher, dass die Technik vor allem ihre maximale Nutzungseffizienz erreicht. Jedes Atom hilft aktiv dabei, das Klimagas CO2 in einen flüssigen Brennstoff zu verwandeln.

Hoher Aufwand bremst industrielle Nutzung

Um die einzelnen Indiumatome exakt zu platzieren, benötigen die Wissenschaftler eine spezielle Oberfläche aus Hafniumoxid. Hafnium zählt wie Indium zu den seltenen Elementen, kommt in der Erdkruste jedoch etwa 40-mal häufiger vor.

Zur Herstellung dieser notwendigen Katalyse-Oberfläche erhitzen die Forscher das Material auf extreme Temperaturen von mindestens 2.000 Grad Celsius. Dieser Produktionsschritt macht das Verfahren derzeit noch sehr aufwendig und entsprechend kostspielig für eine breite Anwendung.

Trotz der hohen Kosten ermöglicht der technologische Fortschritt Messungen mit einer bisher unerreichten Genauigkeit direkt am aktiven Zentrum. Im Gegensatz zu früheren Methoden können Forscher nun inaktive Atome aus der Bilanz streichen, die bisher die Ergebnisse verfälschten.

Die Wissenschaftler sehen dadurch exakt, welche Atome an der Reaktion teilnehmen. Dieses neue Wissen soll dazu beitragen, die Produktion von grünem Methanol und weiteren chemischen Grundstoffen künftig zu optimieren.

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Forscher haben eine Hybrid-Solarzelle entwickelt, die Strom nicht nur aus Sonnenlicht, sondern auch aus Regentropfen erzeugt. Möglich wird das durch die Kombination von Perowskit-Technologie mit Nanogeneratoren und einer speziellen Polymerbeschichtung.

Herkömmliche Solaranlagen verlieren bei Bewölkung und Regen deutlich an Wirkung. Ein Forschungsprojekt kombiniert Perowskit-Solarzellen deshalb mit Nanogeneratoren. Diese winzigen Generatoren gewinnen Energie aus fallenden Wassertropfen. Der hybride Ansatz existiert derzeit als funktionsfähiger Prototyp im Labor.

Forscher stellten dazu eine hauchdünne Schicht aus fluorierten Polymeren in einem Vakuumverfahren bei Raumtemperatur her. Als Ausgangsstoff dient das Gas Octafluorcyclobutan (C₄F₈​). Die Schicht lässt über 90 Prozent des Lichts passieren und ermöglicht den stabilen Betrieb der Zelle. Da das Material einen niedrigeren Brechungsindex als herkömmliches Glas besitzt, wirkt es zusätzlich als Antireflex-Beschichtung.

Neue Hybrid-Solarzelle produziert Strom aus Regentropfen

Ein auftreffender Regentropfen löst bei der neuen Solarzelle einen physikalischen Stromfluss aus. Zuerst wandern negative Ladungen vom Wasser auf die Polymeroberfläche. Im zweiten Schritt lagern sich Ionen aus der Flüssigkeit an der Oberfläche an und stabilisieren die Ladungsverteilung. Dieser Prozess erzeugt eine elektrische Doppelschicht (EDL) an der Grenzfläche.

Optimierte Einzeltests dieser Schicht erreichten Spannungsspitzen von bis zu 110 Volt. Der integrierte hybride Prototyp lieferte im kombinierten Betrieb Spitzenwerte von zwölf Volt pro Regentropfen. Die Bewegung des Wassers verändert die elektrische Kapazität im Millisekundenbereich und löst eine elektrostatische Induktion aus. Diese Induktion speist Energie in eine gemeinsame Elektrode aus FTO (Fluor-Zinn-Oxid) ein.

Das Ladungstransport-Material Spiro-OMeTAD bildet das Zentrum des Prototyps. Diese Komponente zersetzt sich bei direktem Kontakt mit herkömmlichen Epoxidharzen zur Versiegelung. Die fluorierte Polymerschicht dient als Trennschicht und erhält die photovoltaische Funktion. Dadurch bleibt die Solarzelle auch bei einer zusätzlichen industriellen Kapselung mit Harz funktionsfähig.

Haltbarkeit und technische Grenzen

Perowskit-Zellen erreichen im reinen Sonnenbetrieb Wirkungsgrade (PCE) von 17,9 Prozent. Unter simulierten Regenbedingungen und halber Sonnenintensität sinkt dieser Wert im hybriden Prototyp auf etwa 11,45 Prozent. Diese Zahlen verdeutlichen die technischen Herausforderungen bei der Abstimmung beider Energiequellen. Forscher versuchen derzeit, diese Leistungsverluste durch eine verbesserte Gestaltung der Grenzflächen zu minimieren.

Die Oberfläche überstand in der Forschungseinrichtung mehr als 17.000 Tropfen ohne funktionelle Einbußen. Eine längere Nutzung führte jedoch zur Ladungssättigung auf der Oberfläche, was die Leistung vorübergehend senkte. Anwender regenerieren das System durch Trocknen und Zurücksetzen der Oberfläche. In einem Langzeittest hielt die versiegelte Zelle unter feuchten Bedingungen über 300 Stunden stabil stand.

Das Modul überlebt ein vollständiges Eintauchen ins Wasser für mindestens 15 Minuten. Dennoch bleibt die Technologie ein Forschungsprojekt mit weiteren Hürden wie der langfristigen Korrosion der Elektroden. Der Prototyp demonstriert die technische Machbarkeit von multisensorischen Energie-Kraftwerken. Künftige Systeme könnten verschiedene Energiequellen aus der Umwelt kombiniert nutzen.

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Der Beitrag Solarbatterie aus Ulm verspricht Wasserstoff auf Knopfdruck erschien zuerst beim Online-Magazin BASIC thinking. Über unseren Newsletter UPDATE startest du jeden Morgen bestens informiert in den Tag.

Forscher der Universität Ulm haben eine Solarbatterie entwickelt, die Energie über mehrere Tage speichern und in Form von Wasserstoff ausgeben kann. Der Hintergrund ist ein neu entwickeltes Polymer. 

Forscher der Universitäten Ulm und Jena haben ein neuartiges Material entwickelt, das die Energie des Sonnenlichts über mehrere Tage speichert und bei Bedarf als Wasserstoff abgibt. Professor Sven Rau von der Universität Ulm und Professor Ulrich S. Schubert von der Universität Jena koordinierten eine interdisziplinäre Studie.

Die Ergebnisse erschienen kürzlich im Fachjournal Nature Communications. Das System funktioniert dabei wie eine Kombination aus Solarzelle und Batterie auf molekularer Ebene. Dazu setzt das Forscherteam ein wasserlösliches, redoxaktives Copolymer als Medium für die temporäre Speicherung von Elektronen ein. Diese speziellen Makromoleküle bestehen aus unterschiedlichen organischen Bausteinen, die ein stabiles Gerüst bilden.

Die funktionellen Einheiten innerhalb dieser Struktur verleihen dem Material eine starke Redoxaktivität. Das System fängt die Energie des Sonnenlichts ein und hält diesen geladenen Zustand mehrere Tage lang stabil. Die Ladeeffizienz des neu entwickelten Materials liegt dabei bei über 80 Prozent.

Solarbatterie liefert Wasserstoff auf Knopfdruck – auch bei Dunkelheit

Wer eine Säure und einen speziellen Katalysator hinzufügt, setzt die im Polymer gespeicherten Elektronen gezielt wieder frei. In diesem chemischen Prozess kombinieren sich die Elektronen mit Protonen zu grünem Wasserstoff. Dieser Vorgang erzielt bei der On-Demand-Gewinnung einen Wirkungsgrad von etwa 72 Prozent.

Ein entscheidender Vorteil für die Flexibilität der Energienutzung ist die Unabhängigkeit vom Sonnenlicht. Da die Energie zuvor im Polymer gespeichert wurde, läuft die Wasserstoffproduktion bei Bedarf auch bei völliger Dunkelheit ab. Das System liefert den sauberen Energieträger damit genau dann, wenn industrielle Prozesse ihn anfordern.

Ein pH-Schalter ermöglicht es, das gesamte System für neue Lade- und Lagerzyklen einfach zu reaktivieren. Eine Veränderung des Säuregehalts neutralisiert die Lösung und bereitet das Material für eine erneute Belichtung vor. Die Polymer-basierten Redoxreaktionen verlaufen vollständig reversibel und erlauben mehrere Durchläufe.

Grüner Wasserstoff für die Stahlindustrie

Besonders praktisch für die technische Anwendung ist, dass das Polymer für diesen Reset nicht aufwendig isoliert werden muss. Der aktuelle Zustand der molekularen Batterie lässt sich zudem direkt mit bloßem Auge ablesen. Bei der Entladung in Gegenwart der Säure findet ein deutlicher Farbumschlag von Violett nach Gelb statt. Sobald das Licht das Material wieder belädt, kehrt die violette Farbe zurück.

Die bedarfsgerechte Wasserstoffentwicklung könnte künftig energieintensive Prozesse wie die klimaneutrale Stahlproduktion unterstützen. Solche Industriezweige sind auf eine absolut verlässliche und zeitlich flexible Versorgung mit grünem Wasserstoff angewiesen. Die Forschungsergebnisse eröffnen damit neue Perspektiven für kostengünstige und skalierbare solare Speichertechnologien.

Das Projekt stellt einen wichtigen Baustein auf dem Weg zu einer nachhaltigen, chemisch basierten Energiewirtschaft dar. Realisiert wurde die Arbeit im Rahmen des gemeinsamen Sonderforschungsbereichs TRR/SFB 234 „CataLight“ der Universitäten Ulm und Jena. Der Verbund widmet sich innovativen Methoden der Photokatalyse zur Herstellung von Energieträgern aus Sonnenlicht.

Förderung der Forschung bis 2026

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert das Netzwerk CataLight im Zeitraum bis 2026 mit über zwölf Millionen Euro. Ein zentraler Forschungsschwerpunkt liegt auf lichtgetriebenen molekularen Katalysatoren in hierarchisch strukturierten Materialien. Dies beschreibt den präzisen Aufbau des Speichermediums von der molekularen Ebene bis hin zur sichtbaren Materialstruktur.

Zu den Projektpartnern gehören neben den Universitäten Ulm und Jena auch die Universitäten in Wien und Mainz. Ebenfalls beteiligt sind das Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz sowie das Leibniz-Institut für Photonische Technologien in Jena. Die Forschenden untersuchen in diesem Verbund komplexe Synthesen und die mechanistischen Hintergründe der Energieumwandlung.

Durch die Bündelung dieser Expertisen aus der makromolekularen Chemie und der Photokatalyse entstehen neue Ansätze für die Energiewirtschaft. Die Ergebnisse der Studie unterstreichen das Potenzial, Sonnenlicht effizient einzufangen und chemisch für die Zukunft zu konservieren.

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Der Beitrag Perowskit-Solarzellen: Winzige Kristallkeime beheben versteckten Fehler erschien zuerst beim Online-Magazin BASIC thinking. Über unseren Newsletter UPDATE startest du jeden Morgen bestens informiert in den Tag.

Perowskit-Solarzellen galten lange als Hoffnungsträger. Doch beim Hochskalieren gingen meist wertvolle Prozente verloren. Forscher ist es nun gelungen, den Effizienzverlust mithilfe winziger Kristallkeime zu reduzieren. 

Forscher am Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften veröffentlichten kürzlich einen neuen Ansatz für Perowskit-Solarzellen. Mit dem sogenannten CSV-Pre-Seeding behoben sie mikroskopische Defekte an den verborgenen Grenzflächen der Zellen. Der Effizienzverlust bei der Skalierung auf industrielle Maße lag damit bei unter drei Prozent und unterschreitet viele bisherige Berichte.

Invertierte Perowskit-Solarzellen ordnen die Schichten so an, dass die Lochtransportschicht unter dem lichtabsorbierenden Material liegt. Um die Haftung zu verbessern, modifizierten die Wissenschaftler das Substrat mit selbstorganisierten Monolagen (SAM). Diese Schichten wirken oft wasserabweisend, was eine gleichmäßige Benetzung mit der flüssigen Perowskit-Lösung normalerweise erheblich erschwert.

Perowskit-Solarzellen: Stabförmige Kristalle als Wegweiser

Die Forscher nutzten für den Prozess speziell entwickelte, stabförmige Nanokristalle mit der chemischen Formel PDPbI_4-DMSO. Diese stabförmige Struktur verbessert die Ausbreitung der Lösung auf der SAM-Oberfläche und steuert das Wachstum der Perowskit-Schicht. Sie wirken wie Wegweiser auf einer Baustelle, an der die Kristalle schneller und geordneter wachsen.

Beim Erhitzen setzt das Material die eingebetteten Dimethylsulfoxid-Moleküle (DMSO) kontrolliert frei. Dieser Vorgang des gittergebundenen Lösungsmittelglühens erzeugt eine lokale Gaszone direkt an der Grenzfläche. Sie wirkt wie eine schützende Dunstglocke, unter der sich die Kristallkörner stabil anordnen und Fehlstellen im Material schließen.

Die Forscher kombinierten das CSV-Pre-Seeding mit einer industriellen Schlitzdüsenbeschichtung, um ein Mini-Modul mit einer Fläche von 49,91 Quadratzentimetern zu fertigen. Das Gerät erreichte eine Energieumwandlungseffizienz von 23,15 Prozent. Im Vergleich zu kleinen Laborzellen fiel der Wirkungsgrad damit um weniger als drei Prozent ab, was viele frühere Forschungsberichte übertrifft.

Neues Prinzip für Halbleiter-Technik

Das Verfahren schließt Hohlräume an der Grenzfläche und sorgt für glattere Übergänge zwischen den einzelnen Kristallkörnern. Dadurch entsteht eine dichte Schicht, die wesentlich widerstandsfähiger gegen Belastungen durch Licht oder Hitze ist. Diese Technik überwindet den langjährigen Engpass bei der Massenproduktion leistungsstarker Perowskit-Module.

Über die Photovoltaik hinaus etabliert das Konzept einen vielseitigen Denkansatz für andere Halbleiter. Durch die gezielte Anpassung organischer Kationen, der chemischen Bausteine, die die Eigenschaften des Materials bestimmen, lässt sich eine breite Bibliothek an CSV-Materialien entwerfen. Dies ermöglicht eine präzise Steuerung von Grenzflächen in verschiedenen optoelektronischen Bauteilen.

Das neue Prinzip öffnet Türen für die Entwicklung effizienterer Leuchtdioden (LEDs) oder Sensoren auf Basis von Halbleitern mit weichem Gitter. Die Strategie erlaubt die Kontrolle über tief liegende Materialschichten, die bisher nur schwer zugänglich waren. Damit bereitet die Entdeckung den Boden für eine industrielle Fertigung von Hightech-Bauteilen, die einem ähnlichen Prinzip wie schnelle Druckverfahren folgt.

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Forscher der University of Glasgow haben kompostierbare Schaltkreise entwickelt, indem sie Leiterbahnen unter anderem auf Schokolade und andere biologisch abbaubare Materialien druckten. 

Im Jahr 2024 wurden weltweit 62 Millionen Tonnen Elektroschrott entsorgt. Die Europäische Union recycelt bisher weniger als 17 Prozent dieser Abfälle. Ein Forscherteam der Universität Glasgow präsentiert mit biologisch abbaubaren Schaltkreisen nun eine Lösung für dieses wachsende Problem. Wie die Wissenschaftler im Fachjournal Communications Materials erklären, nutzen sie ein spezielles Verfahren namens „Wachstums- und Transfer-Additiv-Fertigungsverfahren“.

Mit dieser Methode gelang es den Forschern, leitfähige Metallspuren auf umweltfreundliche Oberflächen wie Papier oder Biokunststoff zu drucken. Die Methode macht herkömmliche Leiterplatten überflüssig, die oft auf Mülldeponien landen und dort schädliche Chemikalien freisetzen. Die kompostierbaren Schaltkreise sollen eine vergleichbare Leistung wie traditionelle Platinen haben.

Kompostierbare Schaltkreise: Zink als umweltfreundliche Alternative

Das Forscherteam nutzte zudem Zink statt Kupfer, um die elektrische Leitfähigkeit der Bauteile sicherzustellen. Die Metallspuren weisen dabei lediglich eine Breite von fünf Mikrometern auf. In ihrer Arbeit sehen die Wissenschaftler einen großen Schritt hin zu einer Kreislaufwirtschaft für Elektronik. Sie betonen, dass Entwickler Geräte von Beginn an für die Wiederverwendung oder den sicheren Abbau konzipieren sollten.

Die Organisation UK Research and Innovation unterstützt das verantwortliche Zentrum für Elektronik mit über sechs Millionen Pfund. Diese finanziellen Mittel fördern die Suche nach neuen Wegen für nachhaltigere Industrien. Das Zentrum untersucht dabei ergänzende Technologien wie die effiziente Verarbeitung und das Recycling von Altgeräten.

Nach der Nutzung könnten Anwender 99 Prozent der Materialien sicher über die gewöhnliche Bodenkompostierung entsorgen. Alternativ löst gewöhnlicher Essig die Schaltkreise vollständig auf. Konventionelle Leiterplatten belasten hingegen oft die Umwelt, da ihre Materialien schwer oder nur kostspielig recycelbar sind.

Leiterbahnen auf Schokolade

Eine Untersuchung der Forscher belegt die ökologischen Vorteile der neuen Technologie im Vergleich zu Standardplatinen. Die biologisch abbaubaren Komponenten senken den CO2-Ausstoß in diesem Bereich um 79 Prozent. Zudem verringern sie den Ressourcenverbrauch um 90 Prozent.

Professor Jeff Kettle hebt hervor, dass der Prozess fast jedes Trägermaterial akzeptiert. Zu Demonstrationszwecken brachte das Team die Schaltkreise sogar erfolgreich auf Schokolade auf. In praktischen Tests bewährten sich die Platinen bereits in Temperatursensoren, LED-Zählern und taktilen Sensoren.

Die Leistungsfähigkeit der Materialien bleibt unter normalen Umgebungsbedingungen über mehr als ein Jahr stabil. Das Team erkundet nun weitere Anwendungsfelder wie die Biosensorik oder formbare Elektronikkomponenten. Kompostierbare Schaltkreise könnten den ökologischen Fußabdruck künftiger Geräte erheblich senken.

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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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