Vorbild Natur: Batterie-Technologie abgeschaut vom Zitteraal

Sie leben in schlammigen und sauerstoffarmen Süßgewässern im nördlichen und mittleren Südamerika, im Amazonasbecken, im Stromgebiet des Orinoco und in den damit verbundenen Flusssystemen. Zitteraale sind Neuwelt-Messerfische (Gymnotiformes). Sie können bis zu 2,80 Meter lang und 20 kg schwer werden.

Quelle: Wikipedia Neuwelt-Messerfische

Für Forscher in Sachen Batterie-Technologie sind die nacht- oder dämmerungsaktiven Fische interessant aufgrund ihrer elektrischen Organe. Damit erzeugen sie Stromstöße, die sie sowohl zur Jagd als auch zur Verteidigung einsetzen. Für die Orientierung im trüben Wasser, der Revierabgrenzung und dem Auffinden von Fortpflanzungspartnern gibt der Zitteraal nur schwache elektrische Impulse ab.

Auf diesem Prinzip bauen die Forscher vom Adolphe Merkle Institut der Universität Freiburg (Schweiz) in Zusammenarbeit mit der University of Michigan und der University of San Diego, Kalifornien (beide USA) auf. Gemeinsam konzipierten sie eine Energiequelle aus individuellen Kammern geringer Kapazität.

Die Energie entsteht aus zwei Salzwasserlösungen, einer mit mehr und einer mit weniger Salz. Diese Lösungen sind in Kapseln abgefüllt, die durch teildurchlässige Membranen voneinander abgetrennt sind. Da diese Membran für einen Teil der Ionen besser passierbar ist, verschiebt sich die elektromagnetische Ladung, wodurch Spannung entsteht.

Um die Kapseln mit der Salzlösung perfekt auszurichten, setzen die Forscher sie mittels eines 3D-Druckers auf transparenten Plastikfolien. Diese Folien werden schliesslich wie ein Origami gefaltet, sodass die Kapseln mit der Lösung am idealen Ort zu liegen kommen.

Werden diese Kammern und Membranen in hundertfachen Wiederholungssequenzen angeordnet, lässt sich allein mit Salz und Wasser eine Spannung von bis zu 110 Volt erzeugen.

So schön sich das bis hierher anhört, die Sache hat einen entscheidenden Haken – bisher ist es den Forschern noch nicht gelungen, die Batterien wieder aufzuladen. Die Hoffnung jedoch ist, dass mithilfe von biokompatiblem Polyacrylamid Systeme gebaut werden können, die eines Tages als ungiftige Batterien arbeiten und sich über den menschlichen Stoffwechsel wieder aufladen lassen. Diese Bio-Batterien könnten dann Herzschrittmacher antreiben oder für Prothesen und Implantate verwenden werden.

Ein Aspekt, der mich unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit am derzeitigen Produkt-Angebot nervt, ist die künstliche Verkürzung der Lebensdauer des Gesamtproduktes durch fest verbaute Einzelteile. So werden bisher für alle Anwendungen Speichersysteme eigens entwickelt. Um einen stetigen Bedarf zu gewährleisten und damit das Kaufinteresse seitens der Abnehmer hoch zu halten, werden die Speicher zumeist fest im System verklebt.

Ein Austausch ist aufgrund fehlender Standardisierung und Modularisierung nicht möglich – zumindest nicht auf die Schnelle im Sinne des Nutzers und der Gesellschaft als Ganzes. So war das bisher. Philipp Rosengarten und Peter Marchl, beide Geschäftsführer des Berliner Start-ups Clean Energy Global GmbH, nehmen sich mit ihrem Team dieser gesellschaftlichen Herausforderung an.

Batterie-Systeme aufbauen
und Batterien tauschen
so einfach wie Lego

Das von Clean Energy Global GmbH entwickelte und patentierte cleanenergypack (cep) ist ein kompakter, tragbarer Batteriespeicher mit intelligentem Frontend. ceps sind gleichermaßen geeignet für den stationären Einsatz in privaten wie gewerblichen Anlagen sowie den mobilen Betrieb. Sie sind erweiterbar von der Einzelanwendung bis zur Großanlage.

Über eine B2B-Lizenzierung und / oder den Verkauf von cleanenergypacks ermöglichen sie Anlagenbauern, Energieversorgern, Tankstellenbetreibern, Automobil- oder Elektronik-Herstellern einen offenen, innovativen Standard. Und damit den Geschäftskunden eine Anpassung ihres Geschäftsmodells auf die Energiewende.

Ergänzt wird ihr Angebot durch ihr selbst betriebenes cep-net. Das Smart Grid Ökosystem überwacht weltweit 24/7 alle Betriebsdaten und basiert auf einer BlockChain. Die Berliner eröffnen damit die Chance für ein echtes “Internet of Energy”:

Das im Oktober 2016 gegründete Start-up plant noch 2018 die ersten Produkte auf den Markt zu bringen. Aktuell sind sie in der Seed-Phase für’s Crowdfinancing. Zudem suchen sie Partner für die Entwicklung von Business Cases. Sie interessieren sich zum Einen für die Nutzung von verbrauchernahen Batteriespeichern auf Basis ihrer modularen, skalierbaren Batterie-Technologie. Zum Zweiten sind Anwendungen im Bereich einer Blockchain-basierten Steuerung und Messung relevant.

Wer mehr über Clean Energy Global GmbH erfahren möchte, dem sei das Gespräch mit Christoph Stürmer via Energieloft empfohlen.

Borkum – Pilotinsel für intelligente Energiespeicher

Bleiben wir noch einmal bei Großanlagen zur Energieversorgung. Auf Borkum testen Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE gemeinsam mit Partnern einen hybriden Energiespeicher, der aus einer Lithium-Ionen-Batterie und einem Superkondensator für kurzzeitige Leistungsanforderungen besteht.

Im Rahmen des EU-Projekts NETfficient wird das Stromverteilnetz mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien und diversen Speichertechnologien ausgestattet. Unter realen Bedingungen werden die im Projekt entwickelten Lösungen für Energie-Autonomie getestet. Das Ziel: Sie später auf andere Regionen zu übertragen.

Weiterlesen: Fraunhofer ISE testet neuartiges hybrides Energiespeichersystem auf Borkum

Der Test dieser besonderen Energiespeicher ist jedoch nur ein interessanter Aspekt – mehr für die technik-affinen unter uns. Die Besonderheit des Borkumer Projektes liegt meines Erachtens im Grundkonzept: Die Nordsee-Insel ist Testfeld für energieautarke Prosumer, die produzieren und zugleich verbrauchen. Forscher aus sieben EU-Ländern engagieren sich. Das 2015 gestartete Projekt “NETfficient” läuft über 4 Jahre und wird im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizon 2020 der Europäischen Union gefördert.