Seit mindestens zwei Jahren mache ich die Bundesforschungsministerien Karliczek auf die fantastischen Eigenschaften den Hyper/Hybrid-Elektro-Autos aufmerksam. Aus grün-ideologischen Gründen wurde diese Intervention nicht berücksichtigt, denn es benötigt einen kleinen Verbrennungsmotor, der aber in Deutschland in Ungnade gefallen war. Die vielen wissenschafts-technologischen rat-gebenden Spezialisten fügten sich wegen des Political Correctness-Prinzips diesem irrationalen Apodikt. Jetzt plötzlich, kurz vor ihrem Abruf aus dem Forschungsministerium, entwickelt Frau Karliczek erstaunliche Einsichten, allerdings verklausuliert in einer Pressekonferenz und einem Pressetext, der die eigentlichen ökologischen und technischen Möglichkeiten des Hyper/Hybrid versteckt. Und die Wissenschaft macht mit.

Die von mir schon vor 12 Jahren an die Kölner Firma Ford herangetragene Idee, einen kleinen hocheffizienten, eventuell vorhandenen, Verbrennungsmotor zu entwickeln, der stets im dem Drehzahlbereich arbeitet, der den höchsten Wirkungsgrad bietet, weil er einen intelligenten Generator antreibt, der eine kleine Batterie mit maximal 20 kWh laden kann. Das ist vier- bis fünf mal kleiner als die Batterie, die heute in ein reines E-Auto eingebaut wird und damit um ein Vielfaches leichter. Diese besondere Form eines Elektro-Autos sollte nur von Elektro-Motoren angetrieben werden. Ich propagierte das auch, weil mir klar war, dass ein solches Auto unverhältnismäßig weniger Energie – sprich Treibstoff – benötigte, als derzeitige Kraftfahrzeuge, die mit Benzin- oder Dieselmotor ausgestattet sind. Denn zum Anfahren und Beschleunigen und Bergauffahren wird eine hohe Leistung erforderlich, die aber die Batterie und die Elektro-Motoren erbringen und nicht wie bisher der Verbrennungs-Motor. Der große Vorteil, diese so gewonnene kinetische Energie lässt sich wieder zum Rückladen der Batterie beim Bremsen und Bergabfahren einsetzen. Ein mechanisches Getriebe wird überflüssig, das besorgt eine spezielle Software, wobei die eigentliche Innovation in den Elektro-Motoren steckt. Diese können die Elektro-Energie fast 100%ig in Bewegung und umgekehrt, als Generator beim rekuperieren umsetzen.

Die Grundidee wurde dann unabhängig von mir von einer österreichischen Technologie-Schmiede in drei Prototypen eines Klein- und Mittelklasse-Autos umgesetzt. Alle meine Voraussagen erfüllten sich. Die so konzipierten Hyper/Hybrid-Autos benötigen auf 100 Kilometer weniger als zwei Liter Benzin. Ursache dieses geringen Verbrauchs ist auch, dass diese wesentlich leichter sind als die bisher reinen batteriebetriebenen Elektro-Autos (ca. 250 kg weniger). Da die Reifenreibung in direkter Beziehung zum Gewicht steht, verringert sich auch der Reifenabrieb in Form von Feinstaub und Mikroplastik, der nicht nur die Gewässer, sondern auch die Weltmeere belastet. Eine Tatsache, die bei den vielen Nachteilen des reinen Elektro-Autos ebenfalls verschwiegen wird.

Dass die Automobilindustrie eher einem Elon Musk seit Jahren folgt und nicht diesem logischen Hyper/Hybrid-System, liegt an zwei Fakten:

1. Der unsägliche Flottenverbrauch – durch die EU beschlossen – ermöglicht den deutschen Luxus-Karossen-Herstellern, ihre über leistungsstarken Verbrenner-Monster weiter zu verkaufen, weil beschlossen wurde, dass ein Elektro-Auto mit Null-Verbrauch diesen Flottenverbrauch auf unter den geforderten Grenzwert reduziert.

2. Weil die interne Lademöglichkeit einen kleinen Verbrennungsmotor mit minimalem Verbrauch nötig macht, aber der Verbrennungsmotor ideologisch von den Klimaschützern verteufelt wird, wider besseres physikalisches Grundwissen. Nur mit Tricks wurde jetzt dieses Hyper/Hybrid-Auto von der Politik akzeptiert, weil die Technologie-Schmiede aus Österreich beweisen konnte, dass dieser kleine Verbrennungsmotor mit regenerativem Methanol sogar CO2-neutrale Mobilität ermöglicht, obwohl er bereits mit Benzin diese minimalen Verbrauchswerte erreicht, so dass ein 30-Liter-Tank eine Reichweite von 1.300 Kilometern ermöglicht – ohne Zwischenladung. In ökologisch belasteten Innenstädten wird der Lademotor nicht benötigt und hat eine Reichweite von ca. 60 bis 80 Kilometer.

Dieses Auto wurde präsentiert, dabei aber verschwiegen, dass es enorm preiswert produziert werden kann, und deshalb keine Subventionen von der Politik als Verkaufsanreiz mehr benötigt. Dahinter stand auch das Bewusstsein, dass der 9.000 Euro starke Direkt-Zuschuss des Staates pro verkauften Elektro-Autos völlig überflüssig wird. Wenn die Politik früher auf diese Technologie eingegangen wäre, wären Hunderte von Milliarden Zuschuss für die gewichts-strotzende  Elektro-Autos -Typ Tesla und Nachfolger – erspart geblieben. De angebliche Revolution der Industrie auf die Elektromobilität benötigte nur noch eine Evolution  und Hunderttausende von Arbeitsplätzen blieben erhalten.

Auch bei der Klimarettung entstünden enorme Vorteile, weil nicht nur die Stahlindustrie durch das Recyclen von CO2 profitieren würde, sondern auch die sensible Versorgung Deutschlands mit elektrischer Energie. Der Black-out des steht sonst bevor, denn die Versorgung mit regenerativer Energie aus Sonne und Wind reicht bei weitem von unserem Territorium nicht aus, um den vielfältigen zusätzlichen Bedarf an Strom zu befriedigen. Das ist der Politik zwar bekannt, aber was nicht sein darf, das nicht sein kann.

So nebenbei erwähnt:

Die von mir vorgeschlagene Produktion von solarem Wasserstoff nicht nur in Deutschland, sondern in wesentlich sonnenreicheren Entwicklungsländern, und das an Ort und Stelle in riesigen Mengen mit Hilfe von recyceltem CO2 produzierte Methanol könnte zum Klimaretter der Welt werden. Meines Erachtens ist dies der Brennstoff der Zukunft. Dieses so gewonnene Methanol kann allen bisherigen fossilen Energieträgern den Rang ablaufen, es kann alle ersetzen, ob Stein- und Braun-Kohle und Erdöl mit seinen so vielen Raffinerien. Es ist eigentliche eine Form von flüssigem Wasserstoff, aber viel praktikabler als das Gas H2. Es erfordert beim Transport und Einsatz in vorhandenen Verbrennungs-Motoren oder intelligenten Heizsystemen zur Versorgung unserer Gebäude wenig Subvention in die Infrastruktur. Alles ist bereits vorhanden, es trifft auf vorhandene Pipelines, Tank-Schiffe, Tank-Laster bis hin zu Tank-Behältern in Tankstellen, Kraftwerken und häuslichen Öl-Tanks – Voraussetzung auch Erdgas wird nicht verteufelt.

Übrigens, auch die Unterscheidung zwischen Primär-Energie und elektrischer Energie ist extrem wichtig, der Strom kann auf keinen Fall die in Deutschland benötigte Energie liefern.

Ob Frau Karliczek in der Lage ist, alle diese ielen Möglichkeiten zu berücksichtigen, mag ich zu bezweifeln. Auch die vielen Fachleute, die sie engagiert hat, mögen immer nur einen kleinen Sektor ihrer Fachkenntnisse einsehen. Erforderlich ist aber eine Gesamtlogistik, um die Klimaprobleme unter Berücksichtigung aller naturwissenschaftlichen Gesetzmäßigkeiten zu lösen. Wunschdenken ist kontraproduktiv. In ihrer Pressemitteilung hat sie diese vielfältigen Chancen schamhaft versteckt und tu so, als ginge das nur die Stahlindustrie an.

So, jetzt prüfen Sie einmal die Pressemitteilung des BMBF und vergleichen das mit dem, was ich Ihnen angeboten habe und gewinnen Ihre eigene Meinung, es hat nämlich etwas mit Logik zu tun.

Herzlichen Dank
Jean Pütz

Video zur Pressekonferenz

Siehe auch Artikel bei Twitter

(WELT) – Die Zukunft gehört elektrisch angetriebenen Fahrzeuge. Davon ist auch der Ingenieur und Journalist Jean Pütz überzeugt. Allerdings hält er Autos mit großen, schweren Batterien für einen Irrweg. Im Interview erklärt er warum.

Der Wissenschaftsjournalist Jean Pütz hat bereits 1969 in seiner TV-Serie „Energie, die treibende Kraft“ auf die Notwendigkeit hingewiesen, den Anstieg der globalen Temperatur durch effiziente Nutzung von Energie zu begrenzen. Mit den aktuell diskutierten Klimaschutzmaßnahmen ist der studierte Elektroingenieur, der am 21. September 2021 seinen 85. Geburtstag feiert, allerdings nicht glücklich.

WELT: Der Klimawandel war noch in keinem Bundestagswahlkampf ein so großes Thema wie derzeit. Freut Sie das?

Jean Pütz: Ganz und gar nicht. Wir erleben da eine unsägliche Fokussierung auf die Elektromobilität. Nicht nur die Grünen fordern den vollständigen Umstieg auf Elektrofahrzeuge und ein Verbot des Verbrennungsmotors. Zunächst einmal lenkt es von den eigentlichen Herausforderungen ab. Hierzulande werden rund 40 Prozent der CO₂-Emissionen durch das Heizen und Kühlen von Gebäuden verursacht. Dort müsste man in erster Linie auf klimafreundliche Alternativen setzen. Die Verbrennungsmotoren der privaten Pkws tragen hingegen nur mit maximal sechs Prozent zu den CO₂-Emissionen bei. Das Ende von Verbrennungsmotoren zu fordern, ist stümperhaft und populistisch. Es führt in eine Sackgasse.

WELT: Warum das? Man kann doch sowohl das eine tun und das andere nicht lassen. Was wäre falsch daran, diese immerhin sechs Prozent CO₂-Emissionen zu vermeiden?

Pütz: Verbrennungsmotoren können uns sogar helfen, die Klimaziele zu erreichen. Denn mit ihrer Hilfe lässt sich der Energieverbrauch von Häusern deutlich reduzieren.

WELT: Das müssen Sie genauer erklären!

Pütz: Wenn man im Keller mit einem kleinen Verbrennungsmotor elektrische Energie erzeugt und dabei die Abwärme zum Heizen und zur Warmwassererzeugung nutzt, dann spart man sehr viel Energie und CO₂ ein. Mit dieser Technik könnten zahllose Öl- und Gasheizungen ersetzt werden, die CO₂-Schleudern sind. Schließlich kann man ja nicht alle Häuser in Deutschland mit Strom heizen oder mit einer Wärmepumpe ausstatten. Die benötigt ebenfalls Strom oder man nutzt eine Gas-Wärme-Pumpe, die dann wiederum auf einem Verbrennungsmotor basiert. Beide Technologien nutze ich schon lange in meinem Haus. Mein mit Erdgas angetriebenes Kleinheiz-Kraftwerk erzeugt neben Wärme zum Heizen auch 5,5 Kilowatt Strom. Auf dem Dach habe ich außerdem Solarzellen und Systeme zur solaren Warmwassererzeugung. Eine gute Isolierung des Hauses trägt dazu bei, dass ich extrem wenig Energie zum Heizen benötige.

Je schwerer ein Auto, umso größer der Reifenabrieb

WELT: Auch wenn man Verbrennungsmotoren für diese Zwecke nutzt, wäre das für sich noch kein Argument, nicht auf Elektroautos zu setzen.

Pütz: Dem Elektroauto gehört in der Tat die Zukunft, aber nicht dem Elektroauto, wie es heute von Tesla und anderen konzipiert wird. In diesen Fahrzeugen stecken sehr schwere Batterien. Das ist so, als würde man noch sechs weitere Fahrgäste in seinem Auto mitnehmen. Das ist nicht nur energetisch ein Problem. Je schwerer ein Auto ist, umso größer ist auch der Abrieb der Reifen. Da gibt es einen linearen Zusammenhang – also doppeltes Gewicht gleich doppelter Abrieb. In den Reifen steckt aber nicht nur Gummi, sondern auch Plastik. Mit dem Abrieb gelangt Feinstaub in die Umwelt und damit Mikroplastik. Dieser Aspekt wird von den Grünen gerne ignoriert. Ein großer SUV mit schweren Batterien an Bord ist eine Unverschämtheit. Das entscheidende Argument gegen eine flächendeckende Einführung von Elektroautos ist aber, dass man in Deutschland niemals so viel elektrische Energie erzeugen kann, um damit alle Kraftfahrzeuge zu betreiben – und nachhaltig schon gar nicht. Wir importieren heute rund 80 Prozent unserer Primärenergie. Ein von Energieimporten unabhängiges Deutschland ist eine Illusion. Wenn man nur die Hälfte der heutigen Elektroautos gleichzeitig ans Stromnetz hängen würde, bräche es zusammen. Mein Eindruck ist, dass Annalena Baerbock den Unterschied zwischen Primärenergie und elektrischer Energie nicht kennt. Wunschdenken allein reicht nicht.

WELT: Haben Sie eben nicht selbst gesagt, dass dem Elektroauto die Zukunft gehört?

Pütz: Ja, aber es müssen Elektroautos ohne große Batterien sein. Nichts spricht dagegen, Autos mit Elektromotoren auszustatten. Die haben einen sehr großen Wirkungsgrad. Doch der Strom für diese Motoren sollte an Bord mit Verbrennungsmotoren aus synthetischen Treibstoffen erzeugt werden. Das wäre CO₂-neutral, die Autos wären viel leichter und insbesondere viel preiswerter. Der im Moment eingeschlagene Weg zur Elektromobilität ist nicht nur für einkommensschwache Menschen ein Problem. Ein Verbot von Verbrennungsmotoren würde hierzulande auch hunderttausende Arbeitsplätze gefährden.

WELT: Was sind synthetische Treibstoffe und warum sind sie CO₂-neutral?

Pütz: Synthetische Treibstoffe werden aus nachhaltig gewonnenem Strom, grüner Wasserstoff und Kohlendioxid hergestellt. Das später bei der Verbrennung im Auto freigesetzte CO₂ wurde also anfangs der Umwelt entzogen und in das Treibstoff-Molekül eingebaut. Das ist also ein klimaneutraler CO₂-Kreislauf. Und weil wir in Deutschland die benötigten Mengen an synthetischen Kraftstoffen nicht selbst produzieren können – so viele Windräder und Solaranlagen lassen sich hierzulande gar nicht aufstellen – müssten diese aus Ländern mit sehr viel Sonne und freien Flächen importiert werden. Denkbar sind verschiedene synthetische Kraftstoffe. Ich persönlich setzte da auf Methanol.

Mit einer Tankfüllung 1500 Kilometer fahren

WELT: Warum Methanol?

Pütz: Weil es da schon den Proof of Principle gibt. Eine innovative österreichische Firma hat ein Hyper-Hybrid-Auto entwickelt – kein Plug-in-Hybrid – das mit einem Zwei-Zylinder-Motor einen Wirkungsgrad von 56 Prozent erreicht. Der Verbrauch liegt bei zwei Liter Treibstoff auf 100 Kilometer. Mit einer Tankfüllung von 30 Litern kann man also 1500 Kilometer weit fahren. Und wenn der Tank leer ist, ermöglicht die kleine Batterie weitere 100 Kilometer. Ich habe die Hyper-Hybrid-Technik bereits vor 15 Jahren empfohlen und empfinde es als wunderbar, dass das inzwischen umgesetzt wird. Ein besonders effizienter Verbrennungsmotor in Kombination mit synthetischen Treibstoffen ist die Lösung. Auch, weil diese Autos nicht teurer sind als die bisherigen Verbrenner-Fahrzeuge.

WELT: Was genau ist der Unterschied zwischen einem Hyper-Hybrid-Auto und einem Plug-in-Hybrid?

Pütz: Beim Plug-in-Hybrid gibt es noch parallel einen mechanischen und elektrischen Antrieb. Das halte ich für idiotisch. Das Hyper-Hybrid-Auto ist hingegen ein rein elektrisch angetriebenes Autos, das ganz ohne Mechanik und Getriebe auskommt.

WELT: Was wünschen sie sich von der neuen Bundesregierung?

Pütz: Ich wünsche allen Politikern die Erkenntnis, dass es fundamentale Gesetze der Physik und Chemie gibt, die sich durch keine Ideologie umgehen lassen. Das gilt sowohl für den menschengemachten Klimawandel als auch die technischen Ansätze zum Erreichen von CO₂-Neutralität. Ich wünsche mir, dass es keine milliardenschweren staatlichen Subventionen für das Batterie-schwere Elektroauto herkömmlicher Bauart mit schlechter Ökobilanz gibt. Mein großer Traum ist, dass unsere freiheitliche Demokratie noch in der Lage ist, fundamentale Probleme zu lösen ohne Populismus und ohne Zwangswirtschaft.

(WELT) – Betreiber von Atom- und Kohlekraftwerken fordern von den EU-Mitgliedstaaten immer wieder Milliarden-Entschädigungen für die Folgen der Energiewende. Ein alter Vertrag aus Nachwendezeiten macht es möglich. Jetzt droht eine teure Eskalation.

Die Energiecharta ist ein typischer europäischer Vertrag, den kaum ein Bürger kennt. Meistens taucht er erst dann in den Nachrichten auf, wenn er die Steuerzahler viele Millionen oder gar Milliarden von Euro kostet. Etwa als die Bundesregierung im März mit dem schwedischen Atomkraftwerkbetreiber Vattenfall 1,4 Milliarden Euro Entschädigung für den Atomausstieg vereinbarte. Der Aufschrei war damals groß.

Die Auseinandersetzung mit Vattenfall ist allerdings kein Einzelfall: Der deutsche Energieriese RWE verklagt gerade die Niederlande vor einem Schiedsgericht. Der Konzern fordert 1,4 Milliarden Euro, weil er wegen des niederländischen Kohleausstiegs ein Kohlekraftwerk bis 2030 stilllegen soll – ohne Entschädigung. Auch der deutsche Konzern Uniper klagt deswegen gegen die Niederlande.

Es ging um Versorgungssicherheit in Europa

Grundlage dieser Prozesse ist eben jener kaum bekannte Energie-Vertrag, der in den turbulenten Jahren nach dem Zusammenbruch der Sowjetunion geschlossen wurde, um die Energieversorgung in Europa auch in den politischen Wirren der Nachwendezeit zu sichern. Er garantierte die Sicherheit europäischer Investitionen auf dem Territorium der zerfallenen Sowjetunion und in den Transformationsstaaten des ehemaligen Warschauer Paktes. Kraftwerke und Pipelines sind teuer, und Unternehmen brauchen Sicherheit, um in Projekte zu investieren, die sich teilweise erst nach Jahrzehnten rentieren.

In den ersten Jahren wurde das Vertragswerk kaum genutzt. Seit der Jahrtausendwende allerdings immer häufiger. Anders als von den Initiatoren – allen voran Deutschland – beabsichtigt, geht es bei den Schadenersatzverfahren, die vor privaten Schiedsgerichten verhandelt werden, aber nicht etwa um Nachwende-Chaos, korrupte Regierungen oder um Gerichte, die Investoren übel mitspielen oder sie gar enteignen. Vielmehr spielen die meisten bekannt gewordenen Fälle in den Kernstaaten der westlichen Demokratie selbst.

Die Klagen beziehen sich auf Kohleausstiege, gekürzte Subventionen für erneuerbare Energien oder hierzulande um den Schlingerkurs der Bundesregierung beim Atom-Ausstieg. Spanien wiederum musste Schadensersatz zahlen, weil es die Subventionen für die Einspeisung von Strom aus Erneuerbaren früher als geplant gekürzt hatte.

Die Europäische Kommission erwartet, dass mit dem Green Deal solche Auseinandersetzungen in Zukunft zunehmen werden. Das Ziel, die europäische Wirtschaft bis 2050 klimaneutral zu machen, die jüngste Verschärfung der europäischen Reduktionsziele bis 2030 und Gerichtsentscheidungen wie die des Bundesverfassungsgerichts, das den Gesetzgeber aufgefordert hat, bereits heute strengeren Klimaschutz zu betreiben, um Anpassungsdruck von künftigen Generationen zu nehmen – all diese Faktoren machen radikalere Maßnahmen zur Treibhausgasreduktion wahrscheinlich.

Schutz nur noch für erneuerbare Energien?

Damit steigt auch die Gefahr von Prozessen und Schadenersatzforderungen auf der Grundlage der Energiecharta. Brüssel und EU-Mitgliedstaaten fürchten, dass Energiekonzerne strengere Klimagesetze zum Anlass nehmen könnten, Staaten auf Entschädigungen in Milliardenhöhe zu verklagen. Die EU-Kommission drängt deshalb auf eine Reform des Vertrages, um ihn an die klimapolitische Realität anzupassen.

Die zentrale Forderung der Kommission: Der Investorenschutz soll künftig nur noch für Investitionen in regenerative Energien gelten, aber nicht mehr für Investitionen in fossile Energien. Im Mai 2020 hat die Kommission einen entsprechenden Vorschlag vorgelegt, von dem sie glaubt, dass er die Zustimmung aller 53 Vertragsparteien finden könnte. Demnach soll es nach dem Wegfall eine Übergangszeit von zehn Jahren geben, in denen der Schutz für bestehende fossile Investitionen weiterhin gilt. Investitionen in emissionsärmere Gaskraftwerke oder Gaspipelines sollen bis 2040 geschützt sein.

Es ist allerdings fraglich, ob dieser Vorschlag ausreicht, damit alle übrigen Vertragsparteien zustimmen. Sechs Verhandlungsrunden blieben bisher ohne Ergebnis. Da die Verhandlungen ähnlich wie viele der Schiedsgerichtsverfahren im Geheimen geführt werden, ist nicht klar, wie die übrigen Vertragsparteien auf den EU-Vorschlag reagiert haben.

Beobachter schätzen den Kompromisswillen nicht besonders hoch ein. „Vor allem die osteuropäischen Staaten, die am Öl- und Gasgeschäft verdienen, sträuben sich; Russland beispielsweise oder auch Aserbaidschan oder Kasachstan“, sagt Bernd Lange. Der SPD-Politiker ist Vorsitzender des Handelsausschusses des EU-Parlaments. Lediglich im Fall von Japan zeigt ein an die Öffentlichkeit geratenes Dokument die Verhandlungsposition – und die ist ernüchternd: Japan halte eine Reform des Vertrages für unnötig heißt es darin.

Reaktor mit Katalysatoren dazu wird mit 3D-Druck optimiert

Diese Meldung der Stanford-University bestätigt die Tatsache, dass sich nicht nur Deutschland mit der Umwandlung von Wasserstoff zu grünem Methanol und anderen regenerativen Treibstoffen beschäftigt. Entscheidend ist auch, dass das Design der Katalysatoren, die den Umwandlungsprozess energiesparend unter Verwendung von möglichst recyceltem CO2 bewirken. Dieses Prinzip kann auch von großtechnischen Anlagen übernommen werden.

Jean Pütz

Die Herstellung von Chemierohstoffen und Treibstoffen aus CO2 und „grünem“ Wasserstoff ist eine wichtige Option für die Verhinderung einer Klimakatastrophe. Bei diesem Wettlauf wollte Jeremy Feaster ebensowenig mitmachen wie seine Forschungspartner an der Stanford University  und der Öl- und Gasproduzent Total Energies.

Das Team konzentrierte sich auf etwas anderes, das bisher kaum Beachtung gefunden hat: das Design des Reaktorinnenraums. Dies ist, wie die Forscher mittlerweile wissen, ebenso wichtig für die Verbesserung des Prozesses wie der Katalysator. „Unsere Vision ist es, die besten Katalysatoren, die in der Grundlagenforschung entwickelt wurden, zu nehmen und Reaktoren so zu gestalten, dass sie diese Katalysatoren optimal nutzen“, so Co-Autorin Sarah Baker, die auch die LLNL-Arbeitsgruppe leitet, die neue Materialien für die Energieumwandlung und den Klimaschutz entwickelt.

Schnelles Handeln fürs Klima

Die Forscher haben unzählige Male das Innen-Design der Reaktoren verändert. Innerhalb von Stunden ließen sie sich mit dem 3D-Drucker herstellen, sodass sie umgehend getestet werden konnten. Gab es Fortschritte, modifizierten sie den Innenraum erneut, um schließlich ein Optimum zu erreichen.

„Wir alle wissen, dass das Klima schnelles Handeln erfordert und es oberste Priorität hat, diese Maschinen auf die volle Größe zu bringen“, sagt Roger Aines, Chefwissenschaftler am LLNL. „Der 3D-Druck gibt uns eine echte Chance, die Zeit bis zur kommerziellen Anwendung drastisch zu verkürzen.“ Um große Produktmengen zu erzielen, wollen die Forscher viele davon zu einem kühlschrankgroßen Gerät kombinieren. Eine andere Möglichkeit: der Bau größerer Reaktoren mit herkömmlicher Technik, aber dem gleichen Innenraum-Design.

(pte) – Mit Redox-Flow-Batterien, die mit ungiftigen und umweltverträglichen Elektrolyten arbeiten, lässt sich das Speicherproblem für überschüssigen Wind- und Solarstrom lösen, wie Forscher um Yi Zhu von der University of Akron sagen. Mit Kollegen des Pacific Northwestern National Laboratory haben sie den bisher stabilsten wasserlöslichen organischen Katholyten (positiver Elektrolyt) gebaut.

Neue Symmetrie der Moleküle

Die Wissenschaftler haben auf der Basis eine Batterie gefertigt, die auch nach 6.000 Lade- und Entladezyklen noch 90 Prozent der Strommenge speichert. Das entspricht einer Lebensdauer von mehr als 16 Jahren, wenn sie täglich einmal auf- und entladen wird. Das Team will sich mit dem, was es erreicht hat, noch aber nicht zufriedengeben. So haben sie eine Strategie entworfen, um noch bessere wasserlösliche Katholyten zu entwickeln.

Anstatt eine hydrophile funktionelle Gruppe anzuhängen, um die Löslichkeit der organischen Moleküle zu verbessern, ändern die Forscher die Symmetrie der Moleküle, was zur Verbesserung führt. Um dieses Ziel zu erreichen, hat Zhu das Unternehmen Akron Polyenergy  gegründet. Auch in Deutschland und Österreich arbeiten Forscher und Industrie an der Verbesserung von organischen Elektrolyten. Die Innovation an der Universität Jena mündete bereits in JenaBatteries. An der TU ist die Entwicklung auf der Basis des Naturmaterials Lignin noch im Forschungsstadium.

Aufbau aus drei Komponenten

Im Gegensatz zu anderen Batterien, die aus einem Bauteil bestehen, ist die Redox-Flow-Batterie aus drei Komponenten aufgebaut. Im zentralen Bauteil findet der elektrochemische Prozess statt, also die Beladung beziehungsweise Entladung der beiden Elektrolyte. Zu diesem Zweck werden sie in die Zentraleinheit gepumpt. Die Kapazität hängt von der Größe der Tanks ab.

Die Energiedichte ist so gering, dass die Redox-Flow-Batterie für mobile Anwendungen kaum praktikabel ist, obwohl das Schweizer Unternehmen nano.Flowcell  sie in einem elektrisch angetriebenen Sportwagen einsetzt. Ideal ist sie dagegen für stationäre Anwendungen, vor allem weil sie weitaus billiger ist als andere Batterien. Und sie werden dringend benötigt, um das Stromnetz zu stabilisieren, wenn immer mehr Kraftwerke, die bislang zuverlässig Strom erzeugen, abgeschaltet werden.

Umgerechnet 560 Watt oder 0,56 Kilowatt stehen gegenüber einem Energie-Inhalt von Methanol, von 5,5 Kilowatt. Das ist rund das 10fache an Energiedichte. Nutzt man regeneratives Methanol in Verbrennungsmaschinen, kommt man auf ca. 56% Wirkungsgrad. Das heißt, umgerechnet in mechanische Energie ist die Energie von Methanol mehr als 5 Mal leichter als die Batterie. Wer Wert auf Gewichtsreduktion legt, muss das berücksichtigen.

Jean Pütz

(KIT) – ine extrem hohe Energiedichte von 560 Wattstunden pro Kilogramm bei bemerkenswert guter Stabilität bietet eine neuartige Lithium-Metall-Batterie. Dafür haben Forschende am vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) in Kooperation mit der Universität Ulm gegründeten Helmholtz-Institut Ulm (HIU) eine vielversprechende Kombination aus Kathode und Elektrolyt eingesetzt: Die nickelreiche Kathode erlaubt, viel Energie pro Masse zu speichern, der ionische Flüssigelektrolyt sorgt dafür, dass die Kapazität über viele Ladezyklen weitestgehend erhalten bleibt. Über die rekordverdächtige Lithium-Metall-Batterie berichtet das Team im Magazin Joule

Derzeit stellen Lithium-Ionen-Batterien die gängigste Lösung für die mobile Stromversorgung dar. Die Technologie stößt jedoch bei manchen Anforderungen an ihre Grenzen. Dies gilt besonders für die Elektromobilität, bei der leichte, kompakte Fahrzeuge mit hohen Reichweiten gefragt sind. Als Alternative bieten sich Lithium-Metall-Batterien an: Sie zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte aus, das heißt, sie speichern viel Energie pro Masse bzw. Volumen. Doch ihre Stabilität stellt eine Herausforderung dar – weil die Elektrodenmaterialien mit gewöhnlichen Elektrolytsystemen reagieren.

Eine Lösung haben nun Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und am Helmholtz-Institut Ulm – Elektrochemische Energiespeicherung (HIU) gefunden. Wie sie im Magazin Joule berichten, setzen sie eine vielversprechende neue Materialkombination ein. Sie verwenden eine kobaltarme, nickelreiche Schichtkathode (NCM88). Diese bietet eine hohe Energiedichte. Mit dem üblicherweise verwendeten kommerziell erhältlichen organischen Elektrolyten (LP30) lässt die Stabilität allerdings stark zu wünschen übrig. Die Speicherkapazität sinkt mit steigender Zahl der Ladezyklen. Warum das so ist, erklärt Professor Stefano Passerini, Direktor des HIU und Leiter der Forschungsgruppe Elektrochemie der Batterien: „Im Elektrolyten LP30 entstehen Partikelrisse an der Kathode. Innerhalb dieser Risse reagiert der Elektrolyt und zerstört die Struktur. Zudem bildet sich eine dicke moosartige lithiumhaltige Schicht auf der Kathode.“ Die Forschenden verwendeten daher stattdessen einen schwerflüchtigen, nicht entflammbaren ionischen Flüssigelektrolyten mit zwei Anionen (ILE). „Mithilfe des ILE lassen sich die Strukturveränderungen an der nickelreichen Kathode wesentlich eindämmen“, berichtet Dr. Guk-Tae Kim von der Forschungsgruppe Elektrochemie der Batterien am HIU.

Kapazität über 1 000 Ladezyklen zu 88 Prozent erhalten

Die Ergebnisse: Die Lithium-Metall-Batterie erreicht mit der Kathode NCM88 und dem Elektrolyten ILE eine Energiedichte von 560 Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg). Sie weist anfänglich eine Speicherkapazität von 214 Milliamperestunden pro Gramm (mAh/g) auf; über 1 000 Ladezyklen bleibt die Kapazität zu 88 Prozent erhalten. Die Coulomb-Effizienz, die das Verhältnis zwischen entnommener und zugeführter Kapazität angibt, beträgt durchschnittlich 99,94 Prozent. Da sich die vorgestellte Batterie auch durch eine hohe Sicherheit auszeichnet, ist den Forschenden aus Karlsruhe und Ulm damit ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zur kohlenstoffneutralen Mobilität gelungen. (or)