4. Strom ohne Batterien

Keine Batterien

Dieser Artikel stellt den aktuellen Stand unterschiedlicher batterieloser Technologien vor. Dies ist eine von vielen Innovationen im Rahmen der Blue Economy und Teil einer breit angelegten Bewegung um Mensch, Wirtschaft und Natur positiv in Einklang zu bringen.

von Markus Haastert, Anne Kathrin Kuhlemann

Hintergrund: Milliarden Batterien vergiften die Müllhalden

Die Erfindung der Batterie war eine Revolution. Sie hat es möglich gemacht, Energie dorthin zu transportieren, wo und wann man sie brauchte. Mittlerweile haben die meisten elektrischen Geräte irgendeine Art von Batterie oder Akku verbaut, sodass sie auch laufen, ohne ans Netz angeschlossen zu sein.

Doch kurze Akkulaufzeiten und sich schnell entleerende Batterien sind ein Ärgernis, das jeder kennt. Auch umwelttechnisch sind Akkus und Batterien problematisch: für ihre Produktion werden nichterneuerbare Rohstoffe wie seltene Erden benötigt, die nicht unbegrenzt auf der Erde vorkommen. Während ihrer Produktion wird CO2 ausgestoßen, welches zur weltweiten Klimaerwärmung beiträgt. Allein in den USA werden jedes Jahr 3 Milliarden Batterien weggeworfen, in Deutschland sind es 1,5 Milliarden Batterien jährlich. Weltweit werden jährlich 15 Milliarden Batterien hergestellt und verkauf, um den ‚Abfall‘ zu ersetzen. In Batterien sind oft Schwermetalle wie Cadmium, Quecksilber und Blei enthalten, diese sind hochgradig umwelt- und gesundheitsschädlich.

Batterien sind daher im momentan eines der größten Forschungsgebiete. Zum Beispiel werden für Elektroautos sehr teure Batterien benötigt, die trotzdem nur für maximal 500 Kilometer Energie speichern können. Es wird an immer kleineren Batterien mit immer größerer Speicherkapazität geforscht.

Doch die Wissenschaft geht auch noch in eine ganz andere Richtung. Wenn es möglich wäre, Energie nicht mehr zentral zu produzieren und dann zu einem bestimmten Ort transportieren zu müssen, sondern die Energie direkt dort zu produzieren, wo man sie benötigt, würden sehr viele Probleme einfach wegfallen. Leere Akkus und Batteriemüll könnten so der Vergangenheit angehören.

Innovation: Abwärme in Elektrizität verwandeln

Um uns herum wird unfassbar viel Energie als Abwärme abgegeben und nicht genutzt. Die Frage ist nun, wie man diese Wärme einfangen und dann in nutzbare Elektrizität umwandeln kann, um Uhren, Handys oder Laptops zu betreiben – ganz ohne Batterie. Allein der Körper eines Mannes produziert jeden Tag zwischen 100 und 120 Watt. Das wäre genug, um die portablen elektronischen Geräte, die man im Alltag verwendet, mit Energie zu versorgen.

Die Forschung in diesem Bereich schreitet sehr schnell voran. Thermoelektrische Generatoren sind im Moment die Technologie, die am vielversprechendsten aussieht. Dabei handelt es sich um kleine flexible Scheibchen, die die Wärmeunterschiede zwischen der menschlichen Haut und der Außentemperatur in Elektrizität umwandeln. In die andere Richtung funktioniert diese Technologie schon sehr gut und wird zum Beispiel zur PC-Kühlung verwendet. Elektrizität wird zugefügt, und dadurch werden die Wärmeunterschiede auf den beiden Seiten des Scheibchens größer. Nun muss dieses Prinzip nur umgedreht werden, so dass aus den Wärmeunterschieden Strom erzeugt werden kann. Vor kurzem haben koreanische Wissenschaftler vom Korean Advanced Institute of Science and Technology ein Armband entwickelt, das zehn mal mehr Elektrizität produziert als ähnliche Geräte, da es auf ultraleichtem und sehr flexiblem Glasfasermaterial gedruckt wurde. Es wird solange Energie produziert, wie die Lufttemperatur niedriger ist, als die Körpertemperatur des Trägers. Dieses Gerät wurde für medizinische Zwecke kreiert, wie zum Beispiel als Energiequelle für Herzsensoren. Aber theoretisch kann es auch Handys oder sogar Laptops betreiben. Der Markt für so eine portable Ladestation wäre gigantisch.

Schon im Jahr 1998 brachte die japanisch Firma Seiko die erste Uhr heraus, die durch die Transformation von menschlicher Wärme zu Elektrizität funktioniert. Allerdings wurden davon nur 500 Stück produziert. Der hohe Verkaufspreis von über 2000 Euro führte zu einer sehr zurückhaltenden Nachfrage. Es gibt natürlich auch Uhren, die die kinetische Energie ernten, die entsteht, wenn sich der Arm des Trägers bewegt. So benötigen sie keine Batterie und müssen nicht aufgezogen werden.

Potenzial: Batterielose Herzschrittmacher?

Eine ganz ähnliche Technologie könnte abseits von der Energieversorgung für Telefone und Computer auch in der Medizin Verwendung finden. Vor kurzem hat ein Wissenschaftler aus der Schweiz einen Herzschrittmacher gebaut, der ähnlich funktioniert wie ein Uhrwerk – aber ohne eine Batterie. Die nötige Energie, die zum Betreiben des Herzschrittmachers benötigt wird kommt direkt aus dem Herzen – durch seine regelmäßigen Schläge. Diese kinetische Energie kann aufgefangen und geerntet werden und genügt, um das Gerät zu betreiben. Erste erfolgreiche Versuche an Schweinen haben bewiesen, dass die Technologie durchaus realistisch in der Umsetzung ist.

Ein batterieloser Schrittmacher würde den Patienten zahlreiche Operationen ersparen, die nötig sind, um die Batterie des Schrittmachers zu wechseln. Da solche Operationen immer ein Risiko sind, könnten dadurch Leben gerettet werden und natürlich auch Kosten gespart werden. Über 75.000 Herzschrittmacher werden allein in Deutschland jedes Jahr implantiert. Nach einigen Jahren muss bei jedem dieser Geräte die Batterie gewechselt werden. Durch Herzschrittmacher ohne Batterie könnten also zahlreiche Operationen vermieden werden. Gerade für ältere Menschen stellt jede Operation ein großes Risiko dar. Und jungen Menschen mit Schrittmacher könnten zahlreiche Operationen im Verlauf ihres Lebens erspart bleiben.

Wenn es heute schon möglich ist aus Körperwärme genug Energie zu produzieren um ein Smartphone aufzuladen, dann tun sich ganz neue Potentiale für diese Technik auf. Um uns herum wird sehr viel Energie einfach als Abwärme in die Umwelt gepumpt. In Fabriken, Elektrizitätswerken, Müllhalden oder Transportmitteln wie Auto oder Flugzeugen werden jeden Tag riesige Mengen an Wärme verschwendet, die man zu Elektrizität konvertieren könnte, die dann direkt vor Ort verwendet, oder ins Stromnetz eingespeist werden könnte. Für neue Innovationen ist also noch viel Raum.

Quellen:

http://everyday-green.com/html/battery_statistics.html

Schaeffer, John (2015): The Real Goods Solar Living Sourcebook, 14. Aufl., New Society Publishers, Gabriola Island

http://www.k2battery.com/technology-clean.html

http://www.forbes.com/2010/06/07/nanotech-body-heat-technology-breakthroughs-devices.html

http://www.umweltbundesamt.de/themen/abfall-ressourcen/produktverantwortung-in-der-abfallwirtschaft/batterien

Bilder:
https://www.flickr.com/photos/moria/393087509