Energiespeicher: Wie Forscher die Batterie neu erfinden
Dünn wie Folie, biegsam und flexibel im Design - Die Batterie erlebt gerade ihre Neugeburt, und die damit verbundenen Möglichkeiten erscheinen schier grenzenlos.
Foto: Imprint EnergyDie meisten Menschen haben beim Gedanken an Batterien schwere Klötze vor Augen, die Taschenlampen zu Hanteln machen und die mit ihrer Säure Schubladen anfressen, wenn man sie zu lange darin liegen gelassen hat.
Für Yuan Yang sind Batterien vor allem eins: durchsichtig. Dem Nachwuchsforscher der US-Eliteuniversität Stanford in Kalifornien ist es gelungen, einen transparenten Akku herzustellen – aus einem farblosen Gel und Elektroden, deren Leiterbahnen so dünn sind, dass das menschliche Auge sie nicht mehr sehen kann.
Der fingernagelgroße Prototyp in Yangs Labor speichert zwar 30 Mal weniger Energie als ein herkömmlicher Lithium-Ionen-Akku. In den nächsten Jahren aber will der Forscher die Leistung um das Zehnfache verbessern. Dann könnten Hersteller von dünnen Tablet-Computern die Batterie wie eine Folie auf ihre Geräte kleben und noch flachere, ja sogar durchsichtige Tablets und Smartphones in die Läden bringen.
Die Revolution der Batterie
Yangs Folien-Batterie ist nur ein besonders spektakulärer Vorbote für einen technologischen Umbruch. Weltweit sind Forscher an Universitäten und in Unternehmen dabei, die Batterie neu zu erfinden. Sie haben dabei radikal umgedacht: Allerweltsmaterialien wie Plastik, Papier oder Textilien sollen selbst zu Stromspeichern werden. Statt in Akkus lassen sich die Energiereserven damit in Bauteilen unterbringen – in den Gehäusen von Smartphones, den Karosserien von Elektroautos oder der Versiegelung dünner Solarmodule auf dem Dach.
Handys, deren größtes Bauteil der Akku ist, würden fast so flach wie Kreditkarten.
Zugleich ermöglicht die Technologie völlig neue elektronische Produkte: T-Shirts mit Batterie- und Sensorfasern, die den Puls von Sportlern messen; Tiefkühlkost-Verpackungen, die anzeigen, ob die Ware während des Transports angetaut ist; oder hauchdünne elektronische Folien, auf die sich Nutzer morgens die Zeitung laden.
Wie auch immer sie aussehen werden: Die Nachfrage nach Stromspeichern in allen Formen und Größen wird in den nächsten Jahren deutlich zunehmen. Auf 55,4 Milliarden Dollar wird der Weltmarkt für Batterien bis zum Jahr 2017 wachsen, prognostiziert das US-Marktforschungsunternehmen Global Industry Analysts. Denn immer mehr Dinge des Alltags sind mit dem Internet verbunden – und brauchen jederzeit Strom: vom Heizungsventil, das sich per Smartphone steuern lässt, bis zur Pillenschachtel, die bei Entnahme einer Tablette via Mobilfunk den Arzt informiert.
Batterien, das ist abzusehen, steht der mit Abstand größte Innovationsschub bevor seit ihrer Erfindung durch Alessandro Volta vor mehr als 200 Jahren.
Batterien aus dem Drucker
So käme heute wohl kaum jemand auf die Idee, seinen Akku mit einer Schere zu zerteilen. Doch mit neuen Stromspeichern, die das US-Startup Imprint Energy 2014 auf den Markt bringen will, wird genau das möglich. Die neuen Akkus sind dünn wie Plastikfolien, lassen sich rollen und auch in beliebig große Teile zerschneiden. Das ermöglicht Herstellern, die Stromspeicher wesentlich flexibler einzusetzen. „Unsere Batterie passt sich nahezu jedem Design an“, sagt Mitgründer Brooks Kincaid.
Das Startup Enfucell kann durch ein spezielles Verfahren Energiespeicher auf Plastikfolien drucken - Ganz ohne giftige Substanzen.
Foto: Pressebild
Magische Lampe
So verschlungene Ornamente wie an dieser Lampe lassen sich nur räumlich drucken.
Foto: PresseFliessende Formen
Beim Hybridauto Urbee sind Karosserie und Fenster aus Kunststoff gedruckt.
Foto: WirtschaftsWocheKistenproduktion
3-D-Drucker für zu Hause, wie von MarkerBot, kosten bereits weniger als 1000 Euro.
Foto: PresseSpielmobil
Teile des futuristischen Interieurs von Hyundays Concept Car Qarmaq hat das auf 3-D-Fertigung spezialisierte Designbüro Freedom Of Creation per Kunststoffdruck hergestellt.
Foto: PresseOpulenter Auftritt
Diese Nylon-High-Heel von Pauline van Dongen hat ein Laserstrahl Schicht um Schicht aus Kunststoffpulver aufgebaut.
Foto: WirtschaftsWocheLesehilfe
Mit dem Erlös der ersten - per 3-D-Druck gefertigten - Serie ihres iPhonehalters Glif haben die Designer die Massenproduktion finanziert.
Foto: PresseFlotte Flöte
Der israelische Entwickler Amit Zoran hat eine Querflöte am PC entworfen aus verschiedenen Kunststoffen gedruckt.
Foto: PresseAus Sand gebaut
Ein ganzes Gartenhaus aus einem Guss hat der italienische Bauingenieur Enrico Dini mit seinem raumhohen 3-D-Drucker D-Shape aufgebaut
Foto: WirtschaftsWocheKunst am Bauch
N12, wie der Nylontyp, aus dem er besteht, heißt dieser von Mary Huang und Jenna Fizel entworfene Bikini.
Foto: WirtschaftsWocheModellflieger
Wissenschaftler der University of Southampton haben dieses Elektroflugzeug entworfen, das aus fünf aus Kunststoff gedruckten Bauteilen besteht.
Foto: WirtschaftsWocheSpritzgebäck
Räumliche Drucker können nicht nur Plastik in Schichten verarbeiten, sondern auch Teig.
Foto: PressePlastik-Bausatz
Architekten und professionelle Prototypenbauer, wie etwa das renommierte Büro Ogle in London, ersetzen beim Bau ihrer Modelle Schere, Säge und Klebstoff immer öfter durch Konstruktionen aus dem Drucker.
Foto: WirtschaftsWocheLichtgedicht
Den Text für den Teelichthalter "Light Poems" gibt der Käufer im Webshop ein, die persönliche Lampe schickt der Druckdienstleister dann per Post.
Foto: PresseKettenhemd
Tausende ineinander verschlungen gedruckte Ringe fügen sich zu diesem Kleid des Designers Janne Kyttanen.
Foto: PresseCybervelo
Das Airbike des Luft- und Raumfahrtriesen EADS besteht - vom Sattel bis zur Radachse - aus mit 3-D-Technik verschmolzenem Nylon.
Foto: PresseRaumgestalter
Der iFab-Drucker von Festo verarbeitet neben Kunststoff und Silikon auch Schokolade.
Foto: PresseGlanzstück
Auch zu Pulver gemahlenes Silber lässt sich Schicht für Schicht mit Spezialdruckern zu Schmuck aufbauen - wie bei diesem Ring.
Foto: PresseDruckauftrag
Nach Kundenentwurf fertigen 3-D-Druckdienste Gegenstände wie diesen Roboter.
Foto: PresseFahrwerk
Modelle wie dieser Spielzeug-Strandbuggy mit Elektroantrieb finden sich zu Tausenden auf der 3-D-Design-Plattform Thingiverse im Internet.
Foto: PresseHandlanger
Per Kunststoffdruck hergestellter Robotergreifer - flexibler, leichter und stabiler als traditionelle Technik.
Foto: WirtschaftsWocheBiss aus Bytes
Computergesteuerte Laserblitze lassen beim Dentalspezialisten Bego Kobaltchrompulver zu Zahnersatz verschmelzen.
Foto: Presse
Pulsmesser etwa, heute noch per Knopfzelle versorgt, würden mit dem Folien-Akku viel dünner, sagt Kincaid. Erheblich schlanker und leichter ließen sich zudem elektronische Lesegeräte herstellen: Samsung etwa hat im März ein Patent für ein Gerät in Form einer antiken Papyrus-Rolle eingereicht, aus dem sich der Bildschirm wie eine Jalousie herausziehen lässt. Die gesamte Rückseite solcher Roll-Displays, hofft Kincaid, wird bald eine Batterie sein.
Das alles wird möglich, weil Startups wie Imprint Energy oder Enfucell aus Finnland Wege gefunden haben, Batterien zu drucken. Sie rüsten herkömmliche Siebdruckmaschinen um, die bislang dafür benutzt wurden, T-Shirts zu beschriften. Auf einer Plastikfolie trägt der Drucker dann Schicht für Schicht Anode, Elektrolyt und Kathode auf – jene drei Bestandteile einer Batterie, die nötig sind, um elektrische Ladung darin zu speichern und zu transportieren.
Weil als Elektrolyte keine aggressiven Flüssigkeiten eingesetzt werden, sondern ungiftige Substanzen, brauchen die Folien keine schwere Schutzverpackung. Die macht einen Großteil des Volumens heutiger Akkus aus. Folienbatterien können darum auf gleichem Raum mehr Energie speichern als bisherige AA-Mignon-Zellen.
Das US-Marktforschungsunternehmen Nanomarkets erwartet, dass der Weltmarkt für gedruckte Batterien – bislang noch ein Nischenmarkt – schon im Jahr 2015 mehr als eine Milliarde Dollar umfasst.
Ihre Fähigkeit, die kleinsten Lücken zu füllen, macht die neuen Akkus besonders für den Einsatz in mobilen Internet-Geräten interessant. So will Shreefal Mehta, Chef des US-Startups Paper Battery, das Gehäuseinnere von Laptops mit Strom speichernden Folien versehen und den Computern damit eine spürbar längere Laufzeit verschaffen. „Smartphones könnten mit Folienspeichern bei gleicher Laufzeit 20 Prozent dünner werden“, ergänzt Mehta.
Intelligentes Papier und singende Poster
Vor allem aber sollen Druckmaschinen bald komplette elektronische Geräte herstellen können, mit Batterie, Leiterbahnen, Speicher, Rechenchip und Schaltknöpfen. Der finnisch-schwedische Papierhersteller Stora Enso etwa verwandelt in Druckern gewöhnliches Papier in elektronische Umfragebögen. Betätigt ein Befragter einen der aufgedruckten Schaltknöpfe, speichert ein im Papier integrierter Chip den Eintrag. Der Umfrageleiter überträgt die Daten von dem Papier auf einen Computer – heute über einen elektrischen Kontakt, in wenigen Jahren, so die Vision, auch per Funkverbindung.
Das britische Startup Novalia stellte kürzlich Poster mit aufgedruckten Lautsprechern vor. Drückt sein Besitzer auf eine markierte Stelle, spielt das Papier Musik ab. Rockbands könnten so neue Alben bewerben. Risto Huvila, operativer Chef des finnischen Batterie-Startups Enfucell, will solche Effekte auch in Magazinanzeigen ermöglichen. Leser könnten etwa die Frontlichter einer Limousine aufblitzen lassen.
Bislang kosten die Flunder-Batterien noch etwa einen Euro, in naher Zukunft aber nur noch zehn Cent, sagt Huvila. Damit wird dann eine neue Generation von Wegwerf-Sensoren entstehen, mit denen Logistiker beispielsweise globale Lieferketten präziser überwachen können als heute.
Die Möglichkeiten sind grenzenlos
Der US-Verpackungshersteller Sealed Air Corporation etwa betreibt mit gedruckten Batterien des US-Startups Blue Spark Technologies Temperaturfühler mit eingebauten Funkchips. Sie überwachen gekühlte Lebensmittel oder Medikamente während des Transports. Am Ziel lesen Lagermitarbeiter die gespeicherten Sensordaten mit einem drahtlosen Lesegerät aus.
Die Einsatzfelder gedruckter Batterien scheinen grenzenlos zu sein. Ausgestattet mit Beschleunigungssensoren, sollen die Sensor-Sticker künftig auch schwerere Stöße registrieren und zusammen mit der Uhrzeit speichern. Händler von teurer oder fragiler Fracht können dann feststellen, wer ein Paket fallen ließ.
US-Wissenschaftler von der Purdue Universität haben einen Sensor entwickelt, der durch musikalische Schallwellen mit Energie versorgt wird. Das etwa zwei Zentimeter lange Röhrchen soll in Körpergefäßen oder der Blase Messungen durchführen – dabei wird ein Streifen aus einer speziellen Metall-Mischung durch akustische Wellen in Schwingungen versetzt, die in Energie umgewandelt werden.
Die Forscher haben dabei sogar getestet, welcher Musikstil sich am Besten eignet. Dabei erzielte Rap durch die Vielzahl niedriger Frequenzen deutlich bessere Ergebnisse, als Rock, Blues oder Jazz.
Es gibt eine ganze Reihe an Möglichkeiten, Strom aus ungewöhnlichen Quellen zu gewinnen - aus der Fahrenergie von Autos beispielsweise oder indem man Batterien per Schütteln lädt...
Der japanische Elektronikkonzern Brother hat AA- und AAA-Batterien entwickelt, die sich mit Hilfe eines eingebauten Generators per Schütteln wieder aufladen lassen.
Foto: PressebildDas südafrikanische Startup Roundabout Outdoor hat in Afrika in den vergangenen Jahren mehr als sechshundert Karusselle namens Playpump gebaut, mit denen spielende Kinder ganz nebenbei Wasser aus einem Brunnen in einen Tank pumpen.
Foto: ScreenshotDas israelische Startup Innowattech will Straßen bauen, die den Druck der Autoreifen zur Stromerzeugung nutzen. Dazu will es so genannte piezoelektronische Materialien in den Asphalt einbringen, die bei Druck unter elektrische Spannung geraten. Eine einen Kilometer lange Spur soll 200 Hauhalte versorgen können. Eine längere Teststraße steht aber noch aus.
Foto: ScreenshotSogar Bäume geben Strom ab, und das US-Startup Voltree Power weiß, wie: Mit zwei Elektroden, in die Baumwurzel und den Boden daneben gesteckt, nutzen die Amerikaner den Unterschied zwischen den PH-Werten beider Umgebungen, um eine elektrische Spannung zu erzeugen und Strom zu produzieren - wie bei einem Apfelradio. Der soll reichen, um kleine Status-LEDs zu betreiben oder Uhren für Sensornetzwerke.
Foto: ScreenshotDas Robotor-U-Boot Solo-Trec der US-Raumfahrtbehörde Nasa braucht kein Benzin und keine Steckdose. Auf seinen Tauchfahrten nutzt es die Wärmeunterschiede der Wasserschichten zur Stromerzeugung für Antrieb und Sensoren: Bei jedem Abtauchen dehnen sich spezielle Phasenwechselmaterialien aus und komprimieren dabei ein Öl. Der Druck des Öls treibt dann einen Stromgenerator an.
Texte: Andreas Menn
Foto: PressebildElektroautos tanken künftig vielleicht Windstrom, den die Ladesäule selbst erzeugt - so jedenfalls stellt sich der amerikanische Kleinwindanlagenhersteller Urban Green Energy es vor. Ihre Ladesäule Sanya Skypump erzeugt mit 4 Kilowatt Leistung genug Strom für den Autoakku.
Foto: ScreenshotIngenieure des Karlsruher Instituts für Technologie haben mit Industriepartnern den Prototypen eines berührungsfreien Wasserhahns namens PowerFluid entwickelt, der mit Wasserkraft funktioniert: Eine winzige Wasserturbine und ein Generator speisen Strom in einen Speicher, der den Näherungssensor versorgt.
Foto: PressebildAbfallenergie liefern Gebäude im Überfluss: Bis zu 1000 Watt Wärmeenergie flutet ein Heizkörper ins Wohnzimmer – genug für hundert Energiesparlampen. Thermogeneratoren, etwa vom Freiburger Startup Micropelt, fangen davon allerdings nur ein paar Milliwatt auf. „Aber schon mit geringen Mengen Energie“, sagt Burkhard Habbe, Chef der Micropelt-Geschäftsfeldentwicklung, „lassen sich die erstaunlichsten Dinge verwirklichen.“ Zum Beispiel energieautarke Heizungsventile, die sich per Smartphone steuern lassen – kommendes Jahr soll es sie zu kaufen geben. Kurz vor der Marktreife stehen auch batterielose Temperaturfühler von Micropelt und dem Ratinger Elektronikunternehmen Schneider Electric für die Industrie. Sie sollen an den Stromschienen von Werkzeugmaschinen Überhitzung registrieren, bevor das Metall durchschmilzt.
Foto: ScreenshotMit den GenShock-Stoßdämpfern wird jedes Holpern und Rumpeln im Bus oder LKW zu wertvollem Strom für das Bordnetz. Bis zu 400 Watt Strom kann ein LKW so produzieren und damit die Tankrechnung um 800 Dollar pro Jahr reduzieren, verspricht der Anbieter. Marktstart ist im kommenden Jahr.
Foto: PressebildSolar-Dächer im Auto sind keine Spielerei mehr, sondern ein wichtiger Schritt, um CO2-Emission zu senken oder Elektroflitzer weiter fahren zu lassen. Die Dächer des Erfurter Solar-Spezialisten Asola Power erzeugen im Modell Karma des US-Autoherstellers Fisker 120 Watt Strom für die Klimaanlage, das Radio, den GPS-Empfänger oder die Sitzheizung. Text: Andreas Menn Fotos: PR, Screenshots, Unternehmen
Foto: PressebildIn mehr als 60 amerikanischen Fitness-Studios erzeugen Sportler auf Rädern des Startups The Green Revolution Strom.
Foto: Screenshot
Der britische Mobilfunkanbieter Orange lässt T-Shirts entwickeln, die Strom aus Schall erzeugen.
Foto: PressebildIm Funklichtschalter des Oberhachinger Hausautomationsunternehmens EnOcean steckt ein Minidynamo. „Schon mehr als 200000 Gebäude nutzen unsere Technik“, sagt Enocean-Technikchef Frank Schmidt.
Foto: PressebildDer Wave Glider des US-Startups Liquid Robotics bewegt sich mit Wellenkraft im Meer und sammelt dabei Daten für Wissenschaftler. BP verfolgte mit dem Roboterboot im Golf von Mexiko die Ölspur der havarierten Bohrinsel Deepwater Horizon.
Foto: PressebildDas US-Startup Solar Roadways hat ein 13 Quadratmeter großes Solar-Straßenteil gebaut, das mit LEDs Warninfos anzeigt. Andere Unternehmen arbeiten an Straßen, die Energie durch den Druck rollender Autos erzeugen. Foto
Foto: PressebildSpielend Strom erzeugen können Kinder in Afrika bald mit dem Soccket-Fußball des US-Anbieters Uncharted Play. Ein eingebauter Dynamo speist bei Stößen Strom in einen Akku, der via Stromkabel eine LED zum Leuchten bringt.
Foto: PressebildMit dem Wasserkocher Tellurex World Pot des US-Thermoelektrik-Spezialisten Tellurex können Menschen in Entwicklungsländern beim Wasskochen ihr Handy oder Akkus für andere Gerätet laden. Möglich macht das ein Thermogenerator, der Wärme in Strom umwandelt und via USB-Kabel weiterleitet. Eine halbe Stunde lang Kochen sterilisiert einen Liter Wasser - und liefert genug Strom, um vier LEDs vier Stunden lang zum Leuchten zu bringen.
Foto: ScreenshotDas Kleinflugzeug Electraflyer-X des amerikanischen Herstellers Electraflyer fliegt leise und umweltfreundlich mit Batteriestrom, aber nicht nur das: Im Sinkflug oder bei starken Aufwinden kann der Pilot per Knopfdruck den Motor ausschalten und dann den Propeller in eine Stromturbine verwandeln, die den Akku nachlädt. Bei passendem Wetter könne ein Pilot "praktisch den ganzen Tag lang fliegen", sagt Gründer Randall Fishman.
Foto: PressebildEin vorbeifahrender LKW wirbelt nicht nur die Frisur von Passanten auf - sondern treibt künftig vielleicht auch Windturbinen an. Das amerikanische Startup Medianwind hat ein Hüfthohes Windrad konzipiert, dass sich an Leitplanken befestigen ließe - pro Meile Autobahn 1760 Stück nebeneinander. Zusammen sollen sie 0,46 Megawatt Strom liefern; fünf Kilometer Highway entsprächen damit einer gängigen großen Windturbine. Die Produktionskosten sollen unter 1500 Dollar pro Stück liegen; über den Produktionsstart ist noch nichts bekannt.
Foto: ScreenshotSogar Drehtüren wollen Forscher künftig in Kraftwerke verwandeln. Das Bild zeigt die Designstudie "Revolution Door" des US-Designbüros Fluxxlab.
Foto: ScreenshotMit dem Mini-Kraftwerk nPowerPED des US-Startups Tremont Electric erzeugt jeder Schritt beim Wandern Strom. In den Rucksack gesteckt, verwandelt der 23 Zentimeter lange Rundstab per eingebautem Dynamo die Vibrationen in Elektrizität. Eine Minute Wandern soll genug Energie liefern, um eine Minute lang einen iPod-Nano zu betreiben.
Foto: Pressebild
Blick aus der Röhre
Viele Bergfans wollen am liebsten im Einklang mit der Natur wandern. Wenn es aber im Hochgebirge abends kalt wird, benötigen sie nicht nur Schutz, sondern sie verbrauchen oft auch Kerosin, Gas oder Batterien für ihre Kocher. Eine überlebenssichernde und umweltfreundliche Übernachtungsmöglichkeit bietet jetzt die italienische Designfirma Leap-Factory. Ihre röhrenartige, schnee- und sturmsichere Mini-Lodge ist im Schnitt 3,5 Meter breit, acht Meter lang und 2,80 Meter hoch. In ihr sind Tische, Stühle, Toiletten und Waschbecken installiert. Nach Bedarf gibt es Kojenplatz für zwei bis zwölf Personen. Dafür dass es bei traumhafter Aussicht auf Himmel und Berge warm bleibt, sorgt die Fotovoltaikanlage auf dem Dach. Das Handicap: Mindestens 200 000 Euro kostet die 2500 Kilogramm schwere und mehrmodulige Schlafkapsel. Damit sich der Aufwand rechnet, bleibt das Biwak mehrere Wochen auf dem Berg und kann von verschiedenen Wanderern benutzt werden.
Foto: PRSonnengrill statt Feuerstelle
Studenten des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in den USA wollen den ultimativen Traum aller grünen Barbecue-Fans Realität werden lassen: Sie entwickeln einen Grill, der Hitze mithilfe von Sonnenenergie erzeugt, Wärme speichern kann und dadurch sogar nachts funktioniert. Ihr Prototyp baut auf einer Technologie von MIT-Professor David Wilson auf: eine spezielle, besonders leichte Linse bündelt das Sonnenlicht, das in Lithiumnitrat-Zellen gespeichert wird. Mit der Hitze der Wärmespeicher lassen sich dann Steak und Wurst grillen. Vor allem aber ist der „Cooker“ laut Wilson als umweltfreundliche und energiesparende Alternative zu den offenen Holzfeuern gedacht, die die Menschen in Entwicklungsländern als Kochstelle nutzen. Jeden Tag verbrennen weltweit mehr als drei Millionen Tonnen Feuerholz unter Töpfen und Pfannen. Vor allem in afrikanischen Regionen wird das Holz knapp. Wilsons Grill speichert Sonnenenergie für 25 Stunden und heizt auf über 230 Grad hoch. Solargrills mit derartiger Kapazität gab es zuvor nicht.
Foto: PRWirbel-Säule
Frischer Wind aus Bayern: Das Unternehmen MRT Wind hat eine neues Minikraftwerk für den Zuhause-Gebrauch entwickelt. Das Besondere: Das 2,50 Meter hohe Windrad dreht sich nicht wie die üblichen Propeller-Systeme um die Horizontalachse, sondern um die Vertikalachse. „Dadurch kann man unabhängig von der Windrichtung Strom erzeugen“, erklärt Geschäftsführer Neil Cook. Ab einer Windgeschwindigkeit von 1,5 Metern pro Sekunde gewinne die Anlage Energie. Die Miniwindräder sind nach Herstellerangaben lautlos und lassen sich genehmigungsfrei installieren. Die ersten Testgeräte sind in Betrieb. Preis: ab 7000 Euro pro Stück.
Foto: PRLeselicht in Hülle und Fülle
Der US-Hersteller SolarFocus bringt Licht ins Dunkle des E-Readers von Amazon: Mit einer leuchtenden Hülle namens Solar Kindle Lighted Cover. Sie schützt das Gerät nicht nur vor Kratzern, sondern bietet dem E-Reader auch eine netzunabhängige Notstromversorgung sowie eine LED-Leselampe. Damit lässt sich der Kindle nun auch in absoluter Dunkelheit nutzen. Gespeist wird das Licht aus einem eingebauten Akku, der über die Solarzellen auf der Außenseite der Hülle geladen wird. Auf der Consumer Electronics Show (CES) in Las Vegas, eine der weltweit größten Messen für Unterhaltungselektronik, ist die Hülle als eine der besten Innovationen 2012 in der Kategorie nachhaltige Technologien ausgezeichnet worden. Schon nach acht Stunden Sonnenlicht, so verspricht der Hersteller, habe die Batterie genug Saft, um dem Kindle drei Tage Strom zu liefern. Kosten: rund 80 Dollar.
Foto: PRInsel-Lösung in der Südsee
Es könnte ein Entwurf des US-Verpackungskünstlers Christo sein. Tatsächlich haben sich japanische Architekten der Shimizu Corporation diese überdimensionale Seerosenstadt ausgedacht – mit kompletter Infrastruktur und üppiger Vegetation. In der Südsee auf der Höhe des Äquators soll die klimafreundliche, selbstversorgende Trauminsel schwimmen. Dort gibt es viel Sonne und kaum Taifune. Das Fundament soll aus wabenförmigen, mit Wasser und Luft gefüllten Betonröhren bestehen, um so der Insel Auftrieb und Stabilität zu verschaffen. Die Technik haben die Japaner bereits bei schwimmenden Bohrinseln erprobt. Jede ihrer sogenannten grünen Flossen hat einen Durchmesser von drei Kilometern und einen Hauptwohnbezirk mit einem kelchartigen, 1000 Meter hohen Wohn- und Arbeitsturm, in und um den herum 40.000 Menschen wohnen sollen. 350 Hektar Nutzfläche bleiben den Bewohner, um ihre Lebensmittel zu produzieren. Baubeginn soll 2050 sein.
Foto: PRStadt-Tomaten
Weil es Kosten und Energie spart, erobert die Landwirtschaft die Innenstädte. In Deutschland soll nun „inFarming“ beginnen, ein Erntesystem fürs Büro, in dem Pflanzen vom gereinigten Abwasser und der Abwärme der Gebäude gedeihen. „Wir wollen Dächer für den Anbau von Gemüse nutzen“, sagt Volkmar Keuter, der verantwortliche Leiter am Oberhausener Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheit- und Energietechnik. Die Idee: Nach dem Job erntet der Angestellte noch im Gewächshaus auf dem Bürodach sein Gemüse. Auf einem Viertel der 1200 Millionen Quadratmeter deutschen Büroflachdächer könnten die Pflanzen gedeihen, rechnet Keuter vor. Sie würden in Städten jährlich rund 28 Millionen Tonnen CO2 binden. Das entspreche 80 Prozent der CO2-Emissionen von industriellen Betrieben in Deutschland. Erste Versuche laufen derzeit im Fraunhofer-Testhaus für neue Gebäudesysteme in Duisburg.
Foto: dpaSuperunkräuter und Powerwanzen
Gentechnisch veränderte Pflanzen schaden Bauern mehr als sie nutzen. Das ist das Fazit einer Studie von 20 führenden Umwelt- und Verbraucherschutzvereinigungen aus aller Welt, die auch Regierungen beraten. Dabei waren die Verheißungen groß: schmackhaftere Erdbeeren, weniger Unkrautvernichtungsmittel und höhere Erträge für Raps, Mais, Soja und Baumwolle. Sogar Welthunger, Klima- wandel und Bodenerosion sollten die Pflanzen zurückdrängen, deren Erbgut Biologen im Labor gezielt verändert haben. „Doch keines der Versprechen, das die Hersteller vor 20 Jahren zur Einführung der vermeintlichen Wunderpflanzen gaben, haben sie erfüllt“, heißt es in der Studie.
Stattdessen leiden Bauern unter negativen Auswirkungen: In Brasilien und Argentinien setzen sie auf ihren Feldern heute doppelt so viel Unkrautvernichtungsmittel ein wie auf konventionellen Feldern; auf Indiens Baumwollfeldern ist der Einsatz von Pestiziden sogar um das 13-Fache gestiegen. In China hat sich durch den Anbau von gentechnisch veränderter Baumwolle eine an sich harmlose Population von Wanzen verzwölffacht und bedroht jetzt die Pflanzen. In den USA, wo die meisten genmanipulierten Pflanzen wachsen, fördert ihr Anbau die Ausbreitung von Superun-kräutern, die Unkrautvernichtungsmitteln widerstehen.
Die drei großen Saatgutunternehmen Monsanto, Dupont und Syngenta kontrollieren heute mehr als zwei Drittel der weltweiten Saatgutverkäufe. Monsanto hat zudem 95 Prozent des indischen Saatgutmarktes für Baumwolle im Griff. Die Folge: Die Preise steigen stetig.
Foto: dpa/dpawebErneuerbare Energien
11 Milliarden Euro haben die Deutschen beim Import von Brennstoffen wie Öl und Gas durch erneuerbare Energien 2011 eingespart. Ihr Anteil an der Stromversorgung lag im Jahr 2011 bei rund 20 Prozent. Das ergab eine Studie des Bundesverbandes Erneuerbare Energie.
Foto: dpa
Sogar die Pharmaindustrie interessiert sich nun für die gedruckte Elektronik. Enfucell entwickelt mit Pharmaunternehmen batteriebetriebene High-Tech-Pflaster. Sie sollen Rheuma-Medikamente oder Hautheilmittel mithilfe eines schwachen elektrischen Stroms schnell und tief durch die Haut in den Körper transportieren. Diese sogenannte Iontophorese-Behandlung findet bisher meist in Arztpraxen an kabelgebundenen Geräten statt. Schon ab Ende des Jahres, heißt es bei Enfucell, werden Strompflaster den Arztbesuch ersetzen.
Forscher von der Universität von Illinois in Urbana arbeiten sogar an hauchdünnen elektronischen Pflastern, die Hirnströme, Blutdruck und Pulsfrequenzen registrieren und die Daten per Funk übermitteln.
Häuserwände als Energiespeicher
Strom speichernde Plastikfolien sind aber nur der Anfang. Wissenschaftler haben einen regelrechten Ehrgeiz darin entwickelt, Strom in Materialien aller Art unterzubringen. Wissenschaftler der University von Buffalo im US-Bundeststaat New York etwa haben im Labor Beton mit Kohlenstoff und Zink vermengt. Der getrocknete Block speicherte daraufhin einige Mikrowattstunden Strom pro Kilogramm. Herkömmliche Batterien nehmen zwar erheblich mehr Energie auf, dafür wird Beton in Häusern tonnenweise verbaut. Mauern wären daher ein interessanter Speicherplatz für selbst produzierten Sonnenstrom.
Forscher der Polytechnischen Schule von Montreal in Kanada wollen gar Textilien unter Strom setzen – und daraus Defibrillatoren zum Überstreifen schneidern. Sie jagen mehrere Hundert Volt in spezielle Strom speichernde Fasern, die sich laut Meinung der Wissenschaftler auch zu Textilien verweben lassen. Steht in Zukunft ein Herz still, verabreicht das hautenge Hemd Elektroschocks. Die Gefahr spontaner Entladungen macht den Forschern weniger Sorgen als ein anderes Problem: Das Textil lässt sich bisher nicht waschen.
High-Tech-Hemden sollen nicht nur in Notfällen Leben retten, sondern auch kontinuierlich die Körper von Sportlern und Menschen mit Herzkrankheiten überwachen. Spionagefäden im Shirt, mit einer leitfähigen Substanz beschichtet, erkennen an ihrem veränderten elektrischen Widerstand jede Dehnung oder Wärmeschwankung. Computer berechnen daraus, wie schnell das Herz schlägt, wie warm der Körper und wie feucht die Haut ist.
Yi Cui, Materialforscher an der kalifornischen Stanford-Universität, glaubt, dass Kleidungsstücke sich sogar als Reserve-Akkus für Smartphones eignen. Er tränkt gewöhnliche Baumwollstoffe mit speziellen Farbstoffen. Dadurch nimmt das Gewebe wie ein Akku Strom auf – und liegt trotzdem noch weich und sanft auf der Haut. „Die Menschen werden ihre T-Shirts an der Steckdose aufladen“, sagt Cui, „und unterwegs ihr Handy auftanken.“ Das ginge über einen USB-Anschluss am Saum.
Da Batterien keine elektrischen Felder erzeugen, könne keine Gesundheitsgefahr von den Speicher-Shirts ausgehen, sagt Achim Enders, Leiter des Instituts für Elektromagnetische Verträglichkeit der Technischen Universität Braunschweig. Allerdings müsse die Wirkung der Chemikalien auf die Haut im Einzelfall geprüft werden.
Stromschub aus der Karosse
Geladenes Garn beflügelt auch die Fantasie von Modeschöpfern und Innendesignern. Denn mithilfe von Licht leitenden Fasern verwandeln sich Stoffe in flächige Lampen. Daraus haben etwa die Montrealer Wissenschaftler schon leuchtende Blusen, Handtaschen und Vorhänge geschneidert. Blinkende Sicherheitswesten für Baustellenarbeiter oder Polizisten könnten folgen. Aber ebenso könnten die Wattstunden aus der Wolle auch Heizfäden mit Energie versorgen, die heute schon Skisocken oder Motorradhandschuhe wärmen.
Ein ganz anderes Garn setzen Forscher aus Großbritannien und Schweden unter Spannung: die Kohlefaser. Ziel des Projekts, an dem auch der Autohersteller Volvo beteiligt ist: Ganze Bauteile aus Kohlefaserverbundmaterial, umgangssprachlich Karbon genannt, sollen zu Stromspeichern werden. Fahrzeughersteller könnten damit die Reichweite von Elektroautos erhöhen, weil sie fast ohne Zusatzgewicht einen weiteren Akku an Bord haben.
Ein Ansatz der Forscher ist, Karbonbauteile zu Superkondensatoren zu machen. Diese speichern Strom nicht wie eine Batterie durch eine langsame chemische Reaktion. Stattdessen bauen sie blitzschnell ein elektrisches Feld auf – ideal, um Bremsenergie rasch aufzunehmen und beim Beschleunigen wieder abzugeben. Je größer die Oberfläche ihrer Elektroden ist, desto mehr Energie bringen sie unter. Darum verpasst ein Team am Imperial College in London den Kohlefasern einen mikroskopisch feinen Pelz und tränkt sie mit flüssigen, leitfähigen Salzen.
Akkus aus Karbon
Der Prototyp speichert ein Viertel Wattstunden pro Kilogramm – 500 Mal weniger als in Lithium-Ionen-Akkus. „In ein bis zwei Jahren wollen wir 20 Wattstunden erreichen“, sagt Co-Forscher Joachim Steinke. Ein Elektroauto wie der Nissan Leaf mit 500 Kilogramm des Superwerkstoffs erhielte zehn Kilowattstunden Leistung oder 67 Kilometer Reichweite dazu. Zudem würde das Auto leichter und so noch sparsamer.
Einen anderen Weg verfolgen Wissenschaftler am schwedischen Polymerfaserforschungsinstitut Swerea Sicomp. Sie wollen Karbon in eine Batterie verwandeln. Dazu bauen sie einen speziellen Kunststoff in den Kohlefaserverbund ein. Die Karbon-Batterie erreicht eine Energiedichte von etwa zehn Wattstunden pro Kilogramm. In den nächsten Jahren wollen die Forscher den Wert verzehnfachen und sich damit der Leistung von Handyakkus annähern.
In Laptops, die immer leistungsstärker und darum auch stromhungriger werden, könnten dann Karbongehäuse die bisherigen Akkus womöglich komplett ersetzen.
Kleinkraftwerk im menschlichen Körper
Mediziner versuchen unterdessen ein ganz anderes Energieproblem zu lösen: Im Innern des menschlichen Körpers setzen sie vermehrt Geräte ein, die Strom brauchen – Sonden beispielsweise, die in Arterien den Blutdruck messen, oder Herzschrittmacher. Bei Letzteren tauschen Chirurgen etwa alle acht Jahre den Akku aus. Wissenschaftler am Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg wollen diese unangenehme Prozedur überflüssig machen. Sie beschichten die Außenhaut des Schrittmachers mit einer dünnen Oberfläche aus Edelmetallen. Dadurch entsteht eine Brennstoffzelle, die den Blutzucker spaltet und aus der frei werdenden chemischen Energie Strom erzeugt.
Solche sogenannten Biobatterien, die Elektrizität aus Zucker, Fetten oder Eiweiß gewinnen, wecken sogar das Interesse von Elektronikherstellern wie Sony. Die Japaner haben ein würfelförmiges Kraftwerk mit rund zwei Zentimeter Seitenlänge entwickelt, das aus Zuckerlösung 50 Milliwatt Strom erzeugt – genug, um einen MP3-Player zu betreiben. Ein anderes Minikraftwerk füttern die Forscher mit Altpapier. Theoretisch könnte ein A4-Blatt so viel Energie wie sechs AA-Batterien liefern.
Dass wir morgen Cola und Papierschnipsel in unser Handy träufeln, ist zwar unwahrscheinlich. Eine Grußkarte mit Sonys Biobatterie spielt aber bereits Musik ab, wenn man Orangensaft auf das Papier spritzt: Unterhaltung, bis der Saft ausgeht.