Archiv der Kategorie: Physik, Chemie, Technik

Verriss des Elektroautos durch Walter Röhrl – Mit einer Bemerkung von Jean Pütz

Erde, Klima, Umweltschutz, Physik, Chemie, Technik

Das Elektroauto stellt keine ökologische Alternative da. Darüber habe ich bei Facebook schon mehrere Beiträge verfasst.
Aber die Elektromobilität hat durchaus Zukunft wenn man die Lösung wählt: Hyper-Hybrid.
Das heißt ein abgas-optimierter kleiner Lademotor lädt eine nur ein Viertel so große Batterie. Getriebe ist überflüssig denn die geniale Erfindung des modernen Elektromotors ermöglicht, das wie beim automatischen Getriebe alle Funktionen ohne zusätzliche Bauteile inklusive einer ökologischen Heizung und Kühlung wie von selbst erfolgen.

Jean Pütz

Hier geht’s zum Video von Walter Röhrl

3D-Druck für komplizierte Metallteile

Physik, Chemie, Technik

(pte019/22.11.2019/12:30) – Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) haben ein neues Verfahren entwickelt, mit dem sich beim 3D-Druck Fehlerfreiheit garantieren lässt. Sollten doch Fehlstellen auftreten, heilen sie in einem zusätzlichen Prozessschritt aus. Alle paar Schichten werden die oberen Lagen des wachsenden Bauteils von einem zweiten Laser erhitzt, der die Macken beseitigt.

Additive Fertigung
Das Verfahren hat ein Team um Roland Logé vom Labor für Thermomechanische Metallurgie der EPFL-Ingenieurschule entwickelt. Additive Fertigung, wie der 3D-Druck auch genannt wird, bedeutet Aufbau eines komplexen Bauteils Schicht für Schicht. Abfälle gibt es dabei nicht, im Gegensatz zur subtraktiven Fertigung, bei der das Bauteil durch Fräsen, Schleifen, Bohren und andere Verfahren aus einem massiven Metallblock entsteht.

Ausgangsmaterial bei der Additiven Fertigung ist ein oft nanofeines Pulver aus der Legierung, aus der das Bauteil gefertigt wird. Der Prozess beginnt mit einer dünnen, gleichmäßigen Schicht auf einer Unterlage. Diese wird von einem Laserstrahl an den Stellen kurzzeitig verflüssigt, die erhalten bleiben sollen. Dann wird das Pulver weggefegt oder geblasen und neues auf die Grundform gestreut. Der Schmelzprozess wiederholt sich, bis das Bauteil seine Endform erreicht hat.

Fest und hitzebeständig
Die Fehlerfreiheit von Bauteilen, die zwischendurch immer mal wieder per Laser erhitzt werden, sorgt nicht nur für eine extrem hohe Festigkeit, sondern auch für eine beispiellose Hitze- und Korrosionsbeständigkeit. In einer auf Nickel basierenden Superlegierung, wie sie für die Herstellung von Turbinenbauteilen für die Stromerzeugung und Luftfahrt genutzt wird, haben die Forscher nachgewiesen, dass durch die Zwischenerhitzung, Laserschockstrahlung genannt, 95 Prozent aller Fehler eliminiert werden konnten.

Das Verfahren wird normalerweise für die Behandlung von Oberflächen verwendet. „In unserem Fall wirkt es auch in der Tiefe“, sagt Logé. Er will den neuartigen 3D-Druck jetzt auch mit anderen Legierungen testen, um auch diese zu verbessern. Er rechnet mit positiven Überraschungen. „Wir können das Potenzial des Verfahrens noch gar nicht überblicken.“

Dem Stickstoff geht es an den Kragen

Klassische Medizin, Physik, Chemie, Technik

(pte) – Ein Metall-Organisches Gerüst, ein sogenanntes „Metal Organic Framework“ (MOF), das Stickoxide aus jedwedem Abgasstrom herausfiltert und speichert, haben Forscher der University of Manchester entwickelt. Das Gas, das die Atemwege reizen kann, lässt sich in Salpetersäure umwandeln, eine wichtige Chemikalie, deren Produktionswert im Jahr 2016 weltweit bei 2,5 Mrd. Dollar lag. Sie wird zur Herstellung von Dünger und Nylon sowie als Raketentreibstoff benötigt.

Große innere Oberfläche
MOFs sind 3D-Gebilde, die aus organischen und anorganischen Baugruppen bestehen. In ihren Poren können sie Gase speichern – und zwar große Mengen davon. Deren innere Oberfläche kann so groß sein wie ein Fußballfeld, bei einem Gewicht von lediglich einem Gramm. Das Gebilde, das Stickstofftetroxid (NO2) ansaugt wie ein Schwamm Wasser, trägt die Bezeichnung MFM-520. Das geschieht bei normalem Druck und Umgebungstemperatur. Es funktioniert sogar dann, wenn im Abgasstrom Feuchtigkeit, CO2 und Schwefeldioxid enthalten sind.

„Es funktioniert am besten bei der Temperatur, die Auspuffgase eines Autos haben“, sagt Chemiker und Studienleiter Sihai Yang. Wie sich das Material zur Entgiftung von Autoabgasen einsetzen lässt, ist allerdings noch offen. Wie die Adsorption von NO2 genau funktioniert, haben Forscher am Oak Ridge National Laboratory und am Berkeley National Laboratory mithilfe von Neutronenstreuung und Röntgenstrahlen herausgefunden. Die Umwandlung von NO2 in Salpetersäure gelingt unter Einsatz von Wasser und Luft. MFM-520 verliert auch nach mehrmaliger Nutzung seine Fähigkeit nicht, NO2 einzufangen.

Heizen mit Eis – Energiequelle der Zukunft ? Mit Video

Erde, Klima, Umweltschutz, Physik, Chemie, Technik

Unten finden Sie ein sehr anschauliches Video

Besonders innovativ ist die Nutzung eines Eisspeichers als Energiequelle. Dabei handelt es sich um eine Zisterne mit eingebauten Wärmetauschern, die im Garten vergraben und mit normalem Leitungswasser gefüllt wird.

Auf dem Dach des Hauses werden spezielle Solar-Luftabsorber angebracht, die Wärme aus der Umgebungsluft sowie aus der solaren Einstrahlung sammeln und sie dem Eisspeicher zuführen. Darüber hinaus bezieht der Eisspeicher Wärme direkt aus dem Erdreich.

Kristallisationsenergie zum Heizen nutzen
Wird über die Solar-Luftabsorber nicht genügend Energie bereitgestellt, so entzieht die Wärmepumpe dem in der Zisterne gespeicherten Wasser die zum Heizen und zur Warmwasserbereitung benötigte Energie. Sinkt die Temperatur dabei innerhalb der Zisterne auf den Gefrierpunkt, wird die Vereisung des Wassers zur weiteren Energiegewinnung genutzt – daher der Name Eisspeicher. Beim Übergang von Wasser zu Eis wird genauso viel Kristallisationsenergie frei, wie man für den umgekehrten Prozess – das Auftauen – benötigt. Bei der für Einfamilienhäuser üblichen Größe des Eisspeichers von zehn Kubikmetern Wasserinhalt entspricht das dem Energiegehalt von ca. 120 Litern Heizöl. Während jedoch Heizöl für die Wärmeerzeugung vollständig verbraucht wird, steht der Wasserinhalt des Eisspeichers durch Regeneration mit Energie aus Sonne und Luft nahezu unbegrenzt als Wärmequelle zur Verfügung.

Umweltbewusst und wirtschaftlich
Energiebewusst leben und Heizkosten sparen gewinnt immer mehr an Bedeutung. Das auch aus gutem Grund, denn Heizung und Warmwasser machen in deutschen Haushalten zirka 70 Prozent des Energieverbrauchs aus. Deshalb entscheiden sich immer mehr Bauherren und Renovierer für die Kombination verschiedener regenerativer Energiequellen.

Primärquellenspeicher als Alternative zu Erdsonden und Erdkollektoren
Wärmepumpen haben seit einigen Jahren im Mix der jährlich installierten Wärmeerzeuger einen festen Platz eingenommen. So war 2010 jedes zehnte neu eingebaute Heizgerät eine Wärmepumpe. Das Eisspeicher-Konzept für die Erschließung und Nutzung der Naturwärme macht jetzt den Einsatz dieser Technologie noch attraktiver.

Chinesen auch nicht von E-Autos überzeugt

Erde, Klima, Umweltschutz, Physik, Chemie, Technik

(Moning Briefing) – Ausgerechnet China, wichtigster Absatzmarkt für Autos traditioneller wie auch alternativer Art, stellt derzeit unter Beweis, was geschieht, wenn man eine Revolution erzwingen will. Im September brach der Absatz für Elektro- und Hybrid-Wagen im Vergleich zum Vormonat um 34,2 Prozent ein. Demnach wurden nur 69.027 Elektro- oder Hybrid-Fahrzeuge neu zugelassen. Der Grund: China hat Förderungen für diese alternativen Antriebe Mitte des Jahres halbiert, bis 2020 sollen sie komplett auslaufen.

Die Erkenntnis, was das wirtschaftlich bedeutet, liefert China gleich mit. Künstlich geschaffene Aufsteiger fallen tief: Tesla-Herausforderer Nio fuhr im zweiten Quartal dieses Jahres einen Verlust von 479 Millionen US-Dollar ein, trennte sich im Laufe des Jahres bereits von etwa 2000 Angestellten. Seit der Kürzung der staatlichen Förderung büßte das Unternehmen 80 Prozent seines Börsenwertes ein.

Wir lernen: Die Marktwirtschaft lässt sich vom Staat stimulieren, aber nicht suspendieren.

Gabor Steingart

Wasserstoff aus Erdgas ohne CO2-Emissionen

Erde, Klima, Umweltschutz, Physik, Chemie, Technik

(KIT) – Durch Methanpyrolyse lässt sich fossiles Erdgas zukünftig klimafreundlich nutzen: Methan wird dabei in gasförmigen Wasserstoff und festen Kohlenstoff gespalten, der einen wertvollen Grundstoff für verschiedene Industriezweige darstellt und darüber hinaus sicher gelagert werden kann. Dies kann ein wichtiger Baustein für eine künftig klimaneutrale Energieversorgung sein. Forscherinnen und Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben hierfür ein besonders effizientes Verfahren entwickelt. Gemeinsam mit dem Industriepartner Wintershall Dea wird es nun für den Einsatz im industriellen Maßstab weiterentwickelt.

Wasserstoff gilt in der Energiedebatte zunehmend als Schlüssel für das Gelingen der Energiewende. Experten der International Energy Agency IEA haben errechnet, dass schon eine Beimischung von 20 Prozent Wasserstoff im europäischen Gasnetz die CO2-Emissionen um 60 Millionen Tonnen pro Jahr reduzieren. Das ist so viel, wie Dänemark in einem ganzen Jahr ausstößt. „Die direkte thermische Spaltung von Methan und anderen Kohlenwasserstoffen bietet eine Möglichkeit, um Wasserstoff aus Erdgas herzustellen – und zwar ohne direkte CO2-Emissionen“, erklärt Professor Thomas Wetzel vom Institut für Verfahrenstechnik des KIT. Seine Forschungsgruppe am KIT entwickelte dafür zusammen mit dem Institute for Advanced Sustainability Studies e. V. in Potsdam ein Verfahren, bei dem Methan in einem mit Flüssigmetall befüllten Blasensäulenreaktor kontinuierlich in seine Bestandteile zerlegt wird: in Wasserstoff und festen Kohlenstoff. Der Kohlenstoff kann als Reinstoff in fester Form sicher gelagert und in vielen industriellen Bereichen genutzt werden. Der Wasserstoff wiederum lässt sich als sauberer Energieträger im Strom-, Wärme- und Mobilitätsbereich nutzen oder in industriellen Prozessen einsetzen, beispielsweise bei der Herstellung von Stahl.

Forschungskooperation mit Wintershall Dea
In einem gemeinsamen, zunächst auf drei Jahre angelegten Projekt wollen das KIT und der Industriepartner Wintershall Dea in den nächsten drei Jahren nun die Grundlagen für einen künftigen industriellen Einsatz der Methanpyrolyse schaffen. „Es gibt weltweit große Mengen Erdgas und es gibt die Möglichkeit, dieses Erdgas klimaneutral nutzbar zu machen. Wie wir das technisch effizient umsetzen und später auch für große Gasmengen einsetzen können: Das wollen wir in unserem Forschungsprojekt nun untersuchen“, sagt Wetzel. „Wir freuen uns auf die Zusammenarbeit und sind überzeugt, dass wir gemeinsam einen wichtigen Beitrag für eine zukunftsfähige Energieversorgung leisten können.“ Hugo Dijkgraaf, Vorstandsmitglied und Chief Technology Officer von Wintershall Dea sagt: „Die Perspektiven, die wir in unserer Kooperation mit dem KIT etablieren, zeigen: Erdgas kann Zukunft. Schon heute ist Erdgas der sauberste konventionelle Energieträger. Aber Erdgas kann künftig noch klimafreundlicher werden: indem wir das CO2 abspalten und aus Erdgas Wasserstoff gewinnen.“

Preisgekrönte Forschung zur Methanpyrolyse
Die Forschung von KIT und dem Institute for Advanced Sustainability Studies e. V. zur Methanpyrolyse wurde 2018 mit dem Innovationspreis der Deutschen Gaswirtschaft ausgezeichnet und gewann außerdem den Publikumspreis bei der Zukunftswerkstatt ERDGAS 2018, den die Brancheninitiative Zukunft ERDGAS ausgerichtet hat. „Bei der Zukunftswerkstatt und beim Innovationspreis der Deutschen Gaswirtschaft bekommen zukunftsweisende Gastechnologien eine Bühne“, sagt Dr. Timm Kehler, Vorstand der Brancheninitiative Zukunft ERDGAS. Dass KIT und Wintershall Dea nun ein gemeinsames Projekt starten, um dekarbonisiertes Erdgas auf den Markt zu bringen begrüße er sehr: „Wir brauchen grünes Gas und solche zukunftsgerichteten Partnerschaften, um die Herausforderungen des Klimawandels zügig zu meistern“, so Kehler. Zukunft ERDGAS ist gemeinsam mit anderen Branchenverbänden ebenfalls Träger des Innovationspreises. Beide Veranstaltungen werden von Wintershall Dea unterstützt.

Über Wintershall Dea
Mit dem Zusammenschluss von Wintershall Holding GmbH und DEA Deutsche Erdoel AG bilden zwei erfolgreiche Firmen mit langer Tradition das führende unabhängige Erdgas- und Erdölunternehmen Europas: Wintershall Dea. Das Unternehmen mit deutschen Wurzeln und Sitz in Kassel und Hamburg sucht und fördert weltweit in 13 Ländern Gas und Öl auf effiziente und verantwortliche Art und Weise. Mit Aktivitäten in Europa, Russland, Lateinamerika und der MENA-Region (Middle East & North Africa) verfügt Wintershall Dea über ein weltweites Upstream-Portfolio und ist mit Beteiligungen im Erdgastransport zudem im Midstream-Geschäft aktiv.

Wintershall Dea steht für mehr als 120 Jahre Erfahrung als Betriebsführer und Projektpartner entlang der gesamten E&P-Wertschöpfungskette. Das Unternehmen beschäftigt weltweit rund 4.000 Mitarbeiter aus über 60 Nationen. Die durchschnittliche Tagesproduktion im Jahr 2018 von rund 590.000 Barrel Öläquivalent will das Unternehmen bis 2023 auf rund 750.000 Barrel steigern.

Dehnbare Elektronik – Neue Verfahren

Physik, Chemie, Technik

(Uni Saarland) – Dehnbare Elektronik hat den Vorteil, dass sie auch in Textilien wie beispielsweise der Kleidung funktioniert. Allerdings gilt ihre Herstellung als sehr aufwendig. Ein neues, vereinfachtes Verfahren wurde jetzt von zwei Informatikern der Universität des Saarlandes vorgestellt. Es basiert auf einem sogenannten Laserschneider und dessen präzisen, schnellen Schnitten. Letztere werden von einer leicht bedienbaren Software vorgegeben, die Daniel Gröger und Professor Jürgen Steimle für Designerinnen und Designer entwickelt haben. Da die notwendigen Materialien im Handel erhältlich sind, kann nun nahezu jede Person dehnbare Elektronik für die eigenen Zwecke herstellen.

Eine Jacke, die durch das Zupfen am Ärmel eingehende Anrufe verstummen lässt. Eine Bandage, die Alarm schlägt, wenn das zu schonende Gelenk zu stark gebeugt wird. Das sind zwei von vielen Anwendungen, die nur mit dehnbaren Schaltkreisen machbar sind. „Aktuelle Herstellungsverfahren sind jedoch zeitaufwendig und sehr komplex“, erklärt Daniel Gröger, Informatik-Doktorand an der Universität des Saarlandes. Zusammen mit Professor Jürgen Steimle hat er daher ein Verfahren entwickelt, mit dem sich dehnbare Schaltkreise in nur wenigen Minuten produzieren lassen. Herzstück des Verfahrens ist ein sogenannter Laserschneider. Sein Laserstrahl trägt kontinuierlich und gepulst Material ab. Auf diese Weise macht er sehr viele genaue Schnitte in kürzester Zeit. Das nutzen die Forscher aus, indem sie den Laser mehrmals ein bestimmtes Muster, ähnlich in der Form eines Ypsilon, in das Material schneiden lassen. Die Größe des Musters, die Dicke seiner Linien und der Abstand zwischen den Schnitten bestimmen die Dehnbarkeit des Materials. Dieses wiederum besteht aus einer leitenden und nichtleitenden Schicht. Daraus entsteht der Schaltkreis, indem der Laser während des Schneidens die leitende Schicht an vorab definierten Stellen abträgt.

Da nicht nur das schnelle, akkurate Schneiden für Menschen schwierig ist, sondern auch das Planen dieser Schnitte, haben die Forscher dieses ebenfalls automatisiert. Das Ergebnis ist eine Software, über die Designerinnen und Designer ähnlich wie bei einem Zeichenprogramm die Umrisse des Stückes angeben und festlegen, was davon dehnbar sein soll. Den Grad der Dehnbarkeit bestimmen sie über einen virtuellen Schieberegler. Zum Schluss platzieren sie noch die elektronischen Komponenten. Danach berechnet die Software Position und Beschaffenheit der Ypsilons samt Schaltkreis und zeigt alles an. Das blitzschnell erzeugte Ergebnis ist nicht selbstverständlich, da das Berechnen der besten Leiterroute bisher sehr viel Rechenzeit und Rechenkraft benötigte. Die Forscher haben jedoch eine Abkürzung ausgetüftelt, indem sie das Rechenproblem als Graph darstellen, für den eine effiziente Berechnung möglich ist.

Auf diese Art und Weise haben die Forscher drei Prototypen produziert und dabei jeweils weniger als fünf Minuten benötigt. Der erste ist ein transparentes Armband mit einer Leuchtdiode. An dessen Seite befindet sich eine Lasche, ähnlich wie das Drehrad (Krone) seitlich an einer Uhr. Sowohl das Ziehen am Armband als auch an der Lasche schalten die Leuchtdiode ein und aus. Das erfülle die Grundfunktionalität einer Stoppuhr, so Gröger. Ein Ziehen an der Lasche entspreche dem Start und Stopp. Ziehe man am Armband, beginne die Zeitmessung erneut. Die beiden weiteren Prototypen sind eine flexible Steuerung für Computerspiele und ein Sensor, der in eine Ellbogenbandage integriert ist und den Beugungsgrad misst. Die dafür verwendeten Materialien, wie zum Beispiel mit Indiumzinnoxid beschichtete Kunststofffolien, sind im Online-Handel erhältlich. Daher, so Gröger, können mit dem neuen Verfahren auch Personen, die nicht mit Materialforschung vertraut sind, dehnbare Schaltkreise erstellen. Die Forscher weisen darauf hin, dass die bisherigen Versuchsmodelle mindestens tausend Dehnungen aushalten und damit noch nicht kommerziellen Qualitätskriterien entsprechen. Dennoch ist Gröger überzeugt: „Auch wenn die Technologie noch verbessert werden muss, die Konzepte werden halten.“

Ihre Forschung haben die Wissenschaftler mit Fördermitteln aus dem Horizon 2020-Programm der Europäischen Union und mit Geldern des Exzellenzclusters „Multimodal Computing and Interaction“ finanziert.

Nobelpreis für Chemie

Physik, Chemie, Technik

Die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften hat beschlossen, den Nobelpreis für Chemie 2019 an John B. Goodenough, The University of Texas at Austin, USA, M. Stanley Whittingham, Binghamton University, State University of New York, USA und Akira Yoshino, Asahi Kasei Corporation, Tokio, Japan och Meijo University, Nagoya, Japan zu verleihen.

„für die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien“. Sie schufen eine wiederaufladbare Welt. Illustration: Johan Jarnestad. Der Nobelpreis für Chemie 2019 würdigt die Entwicklung der Lithium-Ionen-Batterie. Dieser leichte, wiederaufladbare und leistungsstarke Akku wird heute in allen Bereichen von Mobiltelefonen über Laptops bis hin zu Elektrofahrzeugen eingesetzt. Sie kann auch erhebliche Mengen an Energie aus Sonnen- und Windkraft speichern, was eine fossile, brennstofffreie Gesellschaft ermöglicht.

Lithium-Ionen-Batterien werden weltweit eingesetzt, um die tragbare Elektronik zu betreiben, mit der wir kommunizieren, arbeiten, studieren, Musik hören und nach Wissen suchen. Lithium-Ionen-Batterien haben auch die Entwicklung von Elektroautos mit großer Reichweite und die Speicherung von Energie aus erneuerbaren Quellen wie Solar- und Windenergie ermöglicht. Der Grundstein für die Lithium-Ionen-Batterie wurde während der Ölkrise in den 1970er Jahren gelegt. Stanley Whittingham arbeitete an der Entwicklung von Methoden, die zu fossilen, brennstofffreien Energietechnologien führen könnten. Er begann mit der Erforschung von Supraleitern und entdeckte ein extrem energiereiches Material, aus dem er eine innovative Kathode in einer Lithium-Batterie herstellte. Dieses wurde aus Titandisulfid hergestellt, das auf molekularer Ebene Räume hat, in denen Lithiumionen untergebracht – interkaliert – werden können.

Jörn Pütz

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Keramik wird wird unkaputtbar

Physik, Chemie, Technik

(pte) – Ein elektrisches Feld könnte dafür sorgen, dass Keramik nicht mehr in unzählige Stücke zerfällt, wenn sie einem plötzlichen heftigen Schlag ausgesetzt wird oder einfach zu Boden fällt. Forscher der Purdue University haben ein Verfahren entwickelt, ohne dass Keramik ihre Hitzebeständigkeit verliert. Der Prozess ist unter der Bezeichnung Flash-Sintern im elektrischen Feld bekannt.

Bauteile aus Titandioxid
Keramiken werden aus einer pastösen Masse hergestellt. Sie wird in Form gebracht, etwa in die einer hitzebeständigen Kachel. Fest wird sie durch Sintern, also durch hohe Temperaturen in einem Brennofen. Experte Haiyan Wang lässt den Sinterprozess in einem elektrischen Wechselfeld ablaufen. „Wir konnten zeigen, dass Keramiken, die auf diese Weise hergestellt werden, sich plastisch verformen, wenn sie einer großen Kraft ausgesetzt werden“, meint Wang. Mit seinem Team stellte er Bauteile aus Titandioxid her.

Verantwortlich für die überraschende neue Eigenschaft von Keramik sind Nanotwins – winzige lineare Grenzen im Atomgitter, die auf beiden Seiten identische kristalline Strukturen aufweisen. Bisher wurde diese Technik lediglich bei Metallen angewandt, um diesen eine höhere Festigkeit zu verleihen. Das elektrische Feld sorgt dafür, dass sich auch in den Keramiken Nanotwins ausbilden. Hier hätten sie jedoch eine andere Wirkung, sagt Jin Li, der zum Team gehört. Sie sorgen für Plastizität. In normal gesinterten Keramiken befänden sich Fehlstellen, die sie spröde machen.

Keramik für Autos und Waffen
„Unsere Ergebnisse sind bedeutsam, weil sie die Tür zu einer veränderten Keramiknutzung öffnen“, verdeutlicht Li. Die Bauteile seien hoch belastbar und temperaturbeständig, jedoch gegen Sprödbrüche gefeit. Xinghang Zhang, Professor für Materialwissenschaften und Mitglied im Entwickler-Team, sieht eine Reihe von Anwendungsmöglichkeiten. Er denkt an Bauteile für Kernreaktoren, Waffen und Autos.

Elektrische Energie für das Internet der Dinge – Mit einer Vorbemerkung von Jean Pütz

Computer, TV, Medien, Physik, Chemie, Technik

Gestatten Sie mir eine kurze Vorbemerkung.

Offenbar steht das Internet der Dinge kurz vor der Realisierung. Es scheint auch manchem Bürger das Leben erleichtern zu wollen, aber das ist auch die Gefahr, denn die Nebenwirkungen und Risiken werden selten bedacht.

Ich bin bekanntlich kein Technologie-Verweigerer, gebe aber zu bedenken, dass über die Verknüpfung mit dem Internet immer mehr private Daten preis gegeben werden die unsere individuelle Freiheit auf längere Sicht beeinträchtigen. Die gut meinenden Datenschutzgesetze können auf einfachste Weise ausgehebelt werden, nicht nur durch kriminelle Machenschaften.

Ihr Jean Pütz

(pte) – Schwedische und chinesische Wissenschaftler haben organische Solarzellen entwickelt, die normales Umgebungslicht in Innenräumen in Elektrizität verwandeln. Die Leistung, die dabei erzeugt wird, ist zwar relativ gering. Immerhin soll sie aber ausreichen, um den Energiehunger von Millionen von Produkten zu stillen, die künftig im Internet of Things (IoT) zuhause, im Büro oder im Supermarkt betrieben werden, so die Forscher.

Nachfrage steigt kontinuierlich
„Mit der Ausbreitung des IoT werden wir bald Millionen vernetzte Produkte sowohl in öffentlichen Orten als auch bei uns zuhause haben“, erklären Feng Gao, Senior Lecturer in der Division of Biomolecular and Organic Electronics der Linköping University, und Jianhui Hou, Professor am Institut für Chemie der Chinese Academy of Sciences  . Viele davon werden mit Sensoren ausgestattet sein, die etwa die Feuchtigkeit, Temperatur oder bestimmte Partikelkonzentrationen messen. „Deshalb wird die Nachfrage nach kleinen und günstigen erneuerbaren Energiequellen rapide ansteigen“, sind die Experten überzeugt.

Genau hier will das internationale Team aus Schweden und China mit seiner Entwicklung ansetzen. „Diese Arbeit lässt Großes hoffen, wenn es um den Einsatz von organischen Solarzellen in unserem täglichen Alltagsleben und die Versorgung von IoT-Geräten geht“, stellt Gao klar. Im Moment stecke die Technologie für Indoor-Anwendungen allerdings noch eher in ihren Kinderschuhen. „Wir sind zuversichtlich, dass sich die Effizienz von organischen Solarzellen, die bei Umgebungslicht funktionieren, in den kommenden Jahren noch weiter steigern lässt“, so Hou.

Über ein Volt Stromspannung
Organische Solarzellen basieren auf der Verwendung eines sogenannten Donator-Akzeptor-Systems. Dieses lässt sich durch geschickte Kombination verschiedener Halbleiter flexibel feintunen, um Lichtstrahlen mit bestimmten Wellenlängen einzufangen. Das Team hat einen neuen Mix aus Donator- und Akzeptor-Materialien entwickelt, der sich als aktive Beschichtung von organischen Solarzellen nutzen lässt und exakt jene Lichtwellen absorbieren kann, die beispielsweise im heimischen Wohnzimmer zu finden sind.

Zu Testzwecken haben die Wissenschaftler zwei Varianten ihrer Indoor-Solarzellen im Labor hergestellt: eine mit einem Durchmesser von einem Quadratzentimeter und eine mit vier Quadratzentimetern. Die kleinere wurde Umgebungslicht mit einer Stärke von 1.000 Lux ausgesetzt und konnte 26,1 Prozent der Energie in Elektrizität umwandeln. Dabei erzielte sie eine Stromspannung von über einem Volt, die mehr als 1.000 Stunden anhielt. Die größere Solarzelle schaffte es immerhin auf eine Energieeffizienz von 23 Prozent.