Batterien sind die Energiequellen unzähliger Elektronikgeräte. Ausgediente Batterien stecken voller Wertstoffe, viele enthalten zudem Schadstoffe. Wissenschaftler auf der ganzen Welt arbeiten daher unter Hochdruck an immer neuen Konzepten für effektivere und vor allem nachhaltigere Energiespeicher. Forschern der Binghampton University im US-Bundesstaat New York ist nun ein entscheidender Fortschritt im Kampf gegen die Berge von Altbatterien gelungen: die Biobatterie auf Papierbasis. Leicht, günstig und kompostierbar – so könnte die Batterie der Zukunft aussehen.
In den meisten Haushalten fallen schon nach kurzer Zeit haufenweise Altbatterien an. Foto: textdirekt
Alleine im zweiten Quartal 2018 wurden in Deutschland mehr als 13 Milliarden Euro mit technischen Gebrauchsgütern aus den Bereichen Unterhaltungselektronik, Telekommunikation, Informationstechnologie, Bürogeräte, Elektrokleingeräte sowie Elektrogroßgeräte und Fotografie umgesetzt. Für viele dieser Geräte sind Batterien unverzichtbar. Rund 223.400 Tonnen Altbatterien wurden 2016 in Deutschland dem Recycling zugeführt. Dabei wurden nach Angaben des Umweltbundesamts aber weniger als die Hälfte der Gerätebatterien überhaupt an den Sammelstellen abgegeben.
Bereits in der Vergangenheit wurde versucht, biologisch abbaubare Batterien herzustellen. Doch diese waren nicht leistungsfähig genug und am Ende auch nicht vollständig abbaubar. Der Designer Tsung Chih-Hsien entwickelte 2014 ebenfalls eine biologisch abbaubare Batterie und wurde dafür in Singapur mit dem Red Dot Award ausgezeichnet. Tatsächlich umgesetzt wurde seine „Mini Power“ allerdings nicht.
Biologisch abbaubarer Stromspeicher
Seokheun „Sean“ Choi, Professor für Elektrotechnik und Informatik, und Chemieprofessorin Omowunmi Sadik haben nun gemeinsam eine neuartige Batterie entwickelt, die keinerlei aggressive Chemikalien benötigt und sich vollständig zersetzt. Für den biologischen Abbau werden keine speziellen Einrichtungen, Bedingungen oder andere Mikroorganismen benötigt. Bei der Form der Batterie ist einiges möglich, da sie einfach gefaltet werden kann. Das Ganze erinnert ein bisschen an Origami.
Ein Mix aus Papier, Polymeren und Bakterien liefert den Strom. Der Aufbau der Biobatterie ist einfach: Im Wesentlichen besteht sie aus einer Art Filterpapier, deren eine Seite mit einer dünnen Wachsschicht und einem Band aus Silbernitrat überzogen ist. Das Wachs dient als Kathode der Batterie, also als Minuspol. Die andere Seite des Papiers ist mit einem leitfähigen Polymer beschichtet. Diese Seite ist die Anode, also der Pluspol.
Mikroben erzeugen den Strom der Batterie
Die Stromproduktion übernehmen exoelektrogene Bakterien. Diese werden der Papierbatterie gefriergetrocknet zugefügt. Wird die Batterie mit Schmutzwasser oder Speichel beträufelt, erwachen die Mikroorganismen innerhalb weniger Minuten zum Leben und setzen anschließend beim Abbau organischer Substanzen Elektronen frei.
Genug Strom für eine LED
Zwar ist die Energieausbeute der innovativen Papierbatterie noch gering, aber schon heute liefert sie genug Strom, um eine LED-Lampe zwanzig Minuten lang zu betreiben. Im Vergleich zu herkömmlichen Batterien ist das wenig, doch für Anwendungen in der Mikroelektronik durchaus ausreichend. Sensoren für die Umweltüberwachung oder für medizinische Anwendungen, etwa Blutzuckermessgeräte, könnten mit den Papierbatterien problemlos ihre Dienste verrichten. Biosensoren sind heute in vielfältigen Anwendungen im Einsatz: In der Proteinanalytik ebenso wie bei der Bestimmung des Bakteriengehalts von Badegewässern.
Entwicklung wird vorangetrieben
Für andere praktische Anwendungen muss die Leistung steigen, was durch ein Stapeln oder Aneinanderreihen der Papierstreifen erreicht werden kann. Bis allerdings größere Geräte, wie etwa Smartphones, mit den neuen Biobatterien mit Energie versorgt werden können, wird es noch eine Zeit lang dauern. Die Forscher arbeiten aber nicht nur an einer Verbesserung der Stromausbeute sondern auch an der Haltbarkeit der Papierbatterie. Bislang sind sie in trockenem Zustand rund vier Monate haltbar.
Das Forschungspapier „Green Biobatteries: Hybrid Paper-Polymer Microbial Fuel Cells“ wurde am 28. Juni 2018 in „Advanced Sensing Technologies an Environmental Sustainability“ veröffentlicht.
Diplom-Physiker Ingo Fleuchaus macht mit seiner PR-Agentur textdirekt seit mehr als zehn Jahren Presse- und Öffentlichkeitsarbeit für Kunden aus der Energiebranche. Die Schwerpunkte bilden Themen aus den Bereichen Energieversorgung, Erneuerbare Energien, Elektromobilität und Forschung.
http://www.textdirekt.de
(5 Bewertung/en: 4,80 von 5)
Loading...
Spannende Informationen. Mich hätte noch interessiert, wie die von Tsung Chih-Hsien entwickelte Batterie funktioniert und warum sie nicht umgesetzt wurde.
Die Batterien von Tsung Chih-Hsien waren nicht vollständig biologisch abbaubar. Sie hatten einen Micro-USB-Anschluss, um ein Smartphone anzuschließen. Die Batterien waren als eine Art „Notfallstromversorgung“ gedacht, um Mobiltelefone einige Stunden betreiben zu können. Das Gehäuse bestand aus Papier und konnte kompostiert werden. Die verbrauchten Batterien sollten jedoch im Laden zurückgegeben werden, insbesondere um das Innenleben und den Anschluss zu recyceln. Der Designer arbeitete daran, auch das Innenleben aus Papier zu bauen. Leider ist mir nicht bekannt, wie weit er damit gekommen ist.
Die Richtung stimmt schon mal.
Nehmen wir einmal an ein Entwickler erfindet eine Akku der leicht, günstig, langlebig, das doppelt speichert wie heutige Akkus und an seinem Lebensende auch noch kompostierbar wäre.
Was müsste der Entwickler unternehmen das auch er langlebig ist?
Das ist auch meine Meinung
Auf jeden Fall eine interessante neue Technologie. Wäre natürlich interessant zu sehen, ob sich diese auch für den Massengebrauch bzw. dem Betreiben von großen industriellen Anlagen eignet. Auf jeden Fall hört sich diese Methode schon sehr umweltfreundlich an, aber sie muss eben auch praktisch sein. Eine LED ist aber ja schon ein Anfang. Wichtig ist, dass weiter in diese Richtung geforscht wird. Wo ich aber viel Potenzial sehe, ist eine Entwicklung unserer Akkutechnologie. Ich nutze schon seit Jahren nur noch Akkus und Ladegeräte ( https://www.akkuteile.de/ ). Wichtig ist ja auch, dass der Akku viel Kapazität hat und möglichst günstig ist. Dass das ganze aber Zeit braucht ist auch klar. Wenn es nicht diese Technologie ist, wird es womöglich auch eine andere sein.