Power Ideen

Eine Batterie aus Rhabarbersaft

Sie zählen zu den heimlichen Stars der Energiewende: Redox-Flow-Batterien speichern elektrischen Strom mithilfe einer Flüssigkeit. Dabei gilt: Je größer die Batterie, desto mehr Flüssigkeit wird benötigt. Bislang treiben teure Vanadiumsalze die Kosten in die Höhe, doch Forscher der Harvard School of Engineering and Applied Sciences haben bereits eine Alternative gefunden. Die Stoffklasse der Anthrachinone, die in der Pflanzenmedizin als Abführmittel eingesetzt werden, könnte die Rolle des Vanadiums übernehmen – und das für einen Bruchteil der Kosten. Ein weiterer Vorteil: Die Substanz kommt in ähnlicher Form in Rhabarber vor, kann also aus Pflanzen gewonnen werden.

Die Großstadt als Akku

Eine ganze Stadt als Speicher: Ob das funktioniert, haben Forschende 2017 in einem einjährigen Feldversuch für zwei Städte im Ruhrgebiet simuliert und anschließend praktisch erprobt. Eine Software entschied, wer gerade Strom abgeben kann, wo ein Speicher noch zu füllen ist oder ob es sich lohnt, ein zusätzliches Blockheizkraftwerk einzuschalten. Für die beiden Städte im Ruhrgebiet ergab sich laut den Untersuchungen des Teams unter der Leitung der TU Dortmund ein Speicherpotenzial von drei und fünf Megawattstunden. Auf Deutschland hochskaliert errechnete es gar ein Potenzial, das das der vorhandenen Pumpspeicheranlagen übertreffen würde.

Kalk als Speicher

Wer sich schon einmal lauwarmen Kaffee aus der Thermoskanne eingegossen hat, weiß: Es ist schwer, Heißes am Abkühlen zu hindern. Forscher des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums haben nun einen Weg gefunden, Wärme dauerhaft und praktisch verlustfrei zu speichern. Sie nutzen das chemische Verhalten von Löschkalk (Kalziumhydroxid): Erhitzt man ihn auf Temperaturen um 500 Grad Celsius, trennt sich das darin gebundene Wasser. Es entsteht Branntkalk (Kalziumoxid) – und damit der gesuchte Wärmespeicher. Versetzt man diesen mit Wasser, wandelt er sich wieder zu Löschkalk um und setzt die gespeicherte Energie in Form großer Hitze frei.

Das Zitteraal-Kraftwerk

Beim Zitteraal erzeugen spezialisierte Muskelzellen durch den Transport elektrisch geladener Teilchen winzige Spannungsdifferenzen von gerade einmal 150 Millivolt. Erst wenn tausende solcher Zellen gleichzeitig aktiv werden, entstehen nennenswerte Ströme. Forscher der University of Michigan haben nun einen Energiespeicher konstruiert, der auf dem Zitteraal-Prinzip beruht. Die Forscher setzen auf kleine Einheiten, die schwache elektrische Spannung erzeugen. Die Basis bilden Gele aus biokompatiblem Polyacrylamid, die jeweils unterschiedliche elektrische Eigenschaften aufweisen. Bringt man sie auf zwei Trägerfolien auf und legt sie aufeinander, entsteht eine Spannung.

Strom im Vorbeigehen

Die Stadt London testet in der U-Bahn eine neuartige Energiequelle. Spezielle Bodenplatten wandeln die Schritte der Fahrgäste in Energie um – und die reicht sogar aus, um die gesamte Station Tag und Nacht zu beleuchten. Während Fahrgäste über die Platten des Herstellers Pavegen laufen, erzeugen elektromagnetische Generatoren Energie von mehreren Watt. Dank Bluetooth kann das System auch mit dem Gebäudemanagementsystem der U-Bahn kommunizieren. Auch andere Städte glauben an die Idee von Pavegen: Das britische Start-up hat gerade 2,9 Millionen Euro per Crowdfunding eingesammelt.

(Ab-)Wasserkraft

Wissenschaftler der RWTH Aachen haben erkannt, dass Energie nicht nur im Frischwasser, sondern auch im Abwasser steckt. Allein in Nordrhein-Westfalen ließen sich nach ihrer Rechnung mit Wasserrädern und Turbinen bis zu drei Gigawatt elektrische Energie aus Abwässern gewinnen. In einem Aachener Kanal haben sie ein kleines Wasserrad zur Stromgewinnung eingebaut, das täglich rund 80 Kilowattstunden Energie liefert. Kostenpunkt laut der Forscher: 35 Cent pro Kilowattstunde. Das ist zwar noch nicht wettbewerbsfähig, doch in zwei Jahrzehnten könnte es sich möglicherweise lohnen, diese unterirdische Ressource anzuzapfen.

Strom aus dem Schlafsack

Forscher der University of Southampton haben einen Schlafsack entwickelt, der Körperwärme in Strom umwandelt. Möglich macht das der sogenannte Seebeck-Effekt, benannt nach dem deutsch-baltischen Physiker Thomas Seebeck (1770–1831): Die Differenz zwischen Umgebungstemperatur und Körpertemperatur erzeugt eine thermoelektrische Spannung, der Schlafsack wandelt diese Spannung in Strom um. Acht Stunden Schlaf sollen reichen, um ein Handy aufzuladen. Die Forscher haben auch eine Hose entwickelt, die nach dem gleichen Prinzip funktioniert – und so das Handy direkt in der Hosentasche auflädt.

Stromgenerator Hauswand

Windenergie in Strom umzuwandeln, ist keine neue Idee. Doch die Südafrikanerin Charlotte Slingsby hat nun ein Verfahren entwickelt, das ohne Windräder auskommt und stattdessen einen Vorhang nutzt. „Moya“ wird beispielsweise an Hausfassaden oder Brücken angebracht und macht sie so zu Kraftwerken. Der zwei Meter lange, transparente Vorhang besteht aus dem Fluorkunststoff Polyvinylidenfluorid, das Strom über piezoelektrische Effekte Strom erzeugt. Weht der Wind, bewegt er den Vorhang, der so Energie aufnimmt. Ein Chip wandelt die Energie dann in Strom um.

Energie aus Blut und Nervenströmen

Das Herz pumpt Blut mit mehr als einem Watt durch den Kreislauf – und kann so theoretisch einen Herzschrittmacher betreiben. Wissenschaftler aus dem Inselspital Bern haben eine winzige Kaplan-Turbine gebaut, die aus dem Blutstrom genug Energie gewinnt, um einen Herzschrittmacher energieautark zu betreiben. Das torpedoförmige Implantat hat einen Durchmesser von 6,2 Millimeter. Der Blutstrom bringt ein Schaufelrad zum Rotieren, das einen Mikrogenerator antreibt. Nicht nur das Herz kann Strom erzeugen: Am Massachusetts Institute of Technology wurde eine Hörprothese entwickelt, die elektrische Signale aus dem Ohr abgreift, um eine Minibatterie aufzuladen. Die Energie stammt aus Nervenströmen.

Speichersysteme für die Energiewende

Die Batteriespeichersysteme von m-Bee sind etwas kleiner als eine Schokoladentafel und speisen Strom aus dem Netz direkt in Batterien ein. Die Leistungsplatinen lösen gleich mehrere Herausforderungen konventioneller Energiespeicher-Technologie: In vielen Batteriesystemen sind beispielsweise Batteriemodule in Speichersystemen fest miteinander verbunden. Die m-Bee-Technologie erlaubt es, Batteriespeicher aus mehreren kleinen Batteriemodulen zusammenzubauen. Gleichzeitig steigt das Leistungspotenzial des Speichers um bis zu zehn Prozent. In einem herkömmlichen Batteriespeicher hängt die Kapazität des ganzen Systems von dem Zustand seiner schwächsten Zelle ab, in den neuen Batteriespeichern beeinflusst eine schwache Zelle dagegen nur die Kapazität eines einzelnen Moduls.