Effiziente Energiespeicher von morgen

Kyoto 1997: Beim Weltklimagipfel in Japan beschließen 158 Staaten den Ausstoß von Treibhausgasen – vor allem von Kohlendioxid (CO2) – substanziell zu reduzieren. Obwohl das Kyoto-Protokoll im kommenden Jahr ausläuft und ein verbindliches Nachfolgeabkommen nicht in Sicht ist, steht bereits jetzt fest: Statt zu sinken, steigen die Emissionen klimaschädlicher Gase weltweit weiter an.

„Es liegt auf der Hand, dass wir alternative Konzepte zur Energieversorgung brauchen“ sagt Prof. Dr. Ulrich S. Schubert von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Die Vorräte an fossilen Energieträgern seien begrenzt, ihre CO2-Bilanz verheerend. Und spätestens die dramatischen Ereignisse in Fukushima im Frühjahr dieses Jahres hätten gezeigt, dass die Atomenergie als „Brückentechnologie“ in wenigen Jahren ausgedient habe, so der Direktor des Instituts für Organische Chemie und Makromolekulare Chemie (IOMC) weiter.

„Woran eine verlässliche Versorgung mit regenerativer Energie bislang vor allem scheitert, ist der Mangel an effizienten Energiespeichern“, macht Prof. Schubert deutlich. Denn Energiequellen wie Windkraft und Sonnenenergie stehen nicht kontinuierlich zur Verfügung, sondern unterliegen großen saisonalen sowie täglichen Schwankungen. Deshalb hat der Chemiker eine neue Forschergruppe ins Leben gerufen, die sich die Entwicklung neuer polymerer Materialien für die effiziente Speicherung von elektrischer Energie zur Aufgabe gemacht hat. Zusammen mit einer weiteren neuen Forschergruppe vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) in Hermsdorf wollen die Jenaer Chemiker ihre Kompetenzen auf dem Gebiet der Energiespeicherung bündeln. Der Freistaat Thüringen fördert die beiden Gruppen in den kommenden drei Jahren mit über 2 Mio. Euro. Die neuen Forschergruppen bilden die Keimzelle des in Gründung befindlichen neuen Forschungszentrums für Energie- und Umweltforschung in Jena (CEEC Jena).

Beide Gruppen werden inhaltlich eng aufeinander abgestimmt arbeiten. „Wir in Jena wollen uns auf die Entwicklung neuer polymerer Materialien konzentrieren, während sich die Gruppe in Hermsdorf auf anorganische Materialien zur Energiespeicherung fokussiert“, erläutert Projektleiter Dr. Martin Hager. Das gemeinsame Ziel: Energiespeicher zu entwickeln, die eine risikoarme, klimafreundliche und nachhaltige Energieversorgung ermöglichen. Deren potenzielle Einsatzgebiete reichen von der Speicherung von Lastspitzen in Kraftwerken über Fahrzeugbatterien bis hin zu Akkus für Mobiltelefone und Laptops.

Dabei setzen die Forscher auf drei Batterie-Konzepte, die sie zu marktfähigen Anwendungen weiterentwickeln wollen. Neben sogenannten Hochtemperaturbatterien auf Basis keramischer Membranen wollen die Wissenschaftler auch an elektrochemischen Energiespeichern wie Redox-Flow-Batterien und Organischen Radikalbatterien arbeiten. Letzteres wird vor allem am Jenaer IOMC geschehen. „Viele der heute im Einsatz befindlichen Batterien enthalten Metalle oder metallische Verbindungen in den Elektroden“, erläutert Prof. Schubert. Ein Großteil davon sei aber entweder umweltschädlich oder sehr selten und eine Versorgung damit langfristig höchst unsicher. „Hierfür sind Radikalpolymere eine gute Alternative“, betont der Jenaer Chemiker.

Die Erfolgsaussichten des gemeinsamen Projekts stehen gut, wie nicht zuletzt die Förderung durch das Land bestätigt. So verfügt die Hermsdorfer Forschergruppe über langjährige Erfahrungen in der Entwicklung von Brennstoffzellen sowie im Bereich keramischer Materialien und Katalysatoren. Die Forschergruppe der Universität Jena steuert ihre Expertise auf dem Gebiet der Polymersynthese und -charakterisierung sowie der Hochdurchsatzsynthese bei. Zudem sind in beide Forschergruppen Thüringer Unternehmen eingebunden, was die gesamte Entwicklungskette von der Grundlagenforschung über den Prototypenbau bis zur Entwicklung kommerzieller Produkte ermöglichen soll.

Kontakt:
Prof. Dr. Ulrich S. Schubert, Dr. Martin Hager
Institut für Organische Chemie und Makromolekulare Chemie
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Humboldtstr. 10, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 948201
E-Mail: ulrich.schubert[at]uni-jena.de, martin.hager[at]uni-jena.de