Eine umweltfreundliche Batterie, die Energie aus Zuckerwasser gewinnt: Mit der technischen und gestalterischen Umsetzung der Entwicklung US-amerikanischer Wissenschaftler haben drei Industrie-Design-Studierende der Hochschule Darmstadt (h_da) den ersten Platz bei der nationalen Ausscheidung des James Dyson Award gewonnen. Ein Prototyp aus dem 3D-Drucker veranschaulicht das spätere Produkt. Dieses ist in verschiedenen Größen geplant und soll vollständig biologisch abbaubar und in wenigen Sekunden geladen sein. Die Arbeit der angehenden Designer Dennis Rittel, Ana Maria Garcia und Soichiro Katayama basiert auf aktueller Forschung: Die Technologie könnte in wenigen Jahren marktreif sein.
40.000 Tonnen Sondermüll entstehen in Deutschland jedes Jahr allein durch Einweg-Batterien. Geht es nach Dennis Rittel, Industrie-Design-Student an der Hochschule Darmstadt, soll das bald Vergangenheit sein. Gemeinsam mit den Austausch-Studierenden Ana Maria Garcia aus Spanien und Soichiro Katayama aus Japan hat Rittel ein Konzept entwickelt, das die Energielieferanten aus der Schmuddelecke holt. Mit ihrem Konzept einer Bio-Batterie haben sie den ersten Platz bei der nationalen Ausscheidung des James Dyson Award gewonnen und sich neben einem Preisgeld von 2.000 Pfund Sterling die Teilnahme am internationalen Wettbewerb gesichert. Die zugrundeliegende Technologie hat ein Forscher-Team des Virginia Tech College vorgestellt. Die prämierten h_da-Studierenden entwarfen einen darauf basierenden Prototypen.
Die Hülle der Batterie, die es für alle herkömmlichen Größen von Haushaltsbatterien geben soll, besteht aus Polymilchsäure, ein auf Zucker basierender Kunststoff. Damit ist sie vollständig biologisch abbaubar. Auch das Innere ist für Mensch und Umwelt absolut harmlos: Hier befindet sich lediglich ein Trägermaterial mit Enzymen. Bei Zugabe von in Wasser gelöstem Maltodextrin, sprich Zuckerwasser, zersetzen diese Enzyme den Zucker und setzen damit Energie frei.
Ist dieser Prozess abgeschlossen und die Batterie damit „leer“, bleibt reines Wasser zurück. Das Aufladen der Batterie ist denkbar einfach: Wasser ablassen, neues Zuckerwasser einfüllen. Das erledigt ein vom studentischen Team entwickeltes Ladegerät. Das besteht im Wesentlichen aus einer Spritze und zwei Nadeln, die die Gummimembrane der Batterie – jeweils auf der Ober- und Unterseite – durchstechen. „Beim Laden der Batterie wird von oben Luft in die Batterie gedrückt und das übriggebliebene Wasser fließt unten in einen Auffangbehälter“, erklärt Rittel den Ladeprozess. Im nächsten Schritt wird die Luft aus der Batterie hinaus und das Zuckerwasser hinein gezogen. Der Vorgang ist in wenigen Sekunden abgeschlossen.
Habe man Zucker und Wasser dabei, seien die Energievorräte quasi unerschöpflich, sagt Rittel. „Daraus resultieren vollkommen neue Möglichkeiten, zum Beispiel im Outdoor-Bereich.“ Die Leistung der Entwicklung sei zudem zehn Mal größer als die einer normalen Lithium-Ionen-Batterie. Noch existiere diese Technologie nur im Labor, aber aktuelle Forschungsergebnisse legten nahe, dass sie in drei bis fünf Jahren marktreif sei, sagt Dennis Rittel: „Das ist ein Riesenpotenzial.“ Von der Bio-Batterie könnte nicht nur die Umwelt profitieren, sondern auch solche Länder, in denen die für konventionelle Batterien benötigten Metalle oder seltene Erden abgebaut werden. Diese seien aufgrund des Kampfes um die wertvollen Rohstoffe oft politisch sehr instabil.
„Einerseits beobachten wir, wie das Thema Zucker im Kontext Ernährung zunehmender Kritik ausgesetzt ist, andererseits entzückt der Rohstoff die Wissenschaft mit enormen Potentialen“, sagt Prof. Tom Philipps, der die Semesterarbeit am Fachbereich Gestaltung der h_da betreut hat. „Stromspeicher sind die große Herausforderung für eine saubere Energie-Zukunft“, sagt Robert Thielicke, Chefredakteur der „Technology Review“ und Mitglied der Jury des James Dyson Award. „Die Zucker-Batterie könnte eine billige und umweltfreundliche Lösung sein.“
Der James Dyson Award
Der James Dyson Award richtet sich an Studierende und junge Absolventinnen und Absolventen im Bereich Produkt- und Industriedesign und in den Ingenieurwissenschaften. 2015 gibt es den Wettbewerb in über 20 Ländern. Die nationalen Gewinner nehmen am internationalen Ausscheidungswettbewerb teil. Am 10. November 2015 werden die internationalen Preisträger gekürt.
Weitere Informationen unter www.jamesdysonaward.org/de.
Quelle & Bild: Hochschule Darmstadt