Kleine Teile, große Wirkung

02.02.2012 von Corinna Bertz in Im Fokus
Regenerative Energien sind „in“: Mehr und mehr Leute steigen auf Ökostrom um, es entstehen überall Windparks und Wasserwerke. Aber bisher kann der „grüne“ Strom noch nicht gut gespeichert werden. Hallesche Forscher arbeiten mit Hilfe von so genannten Super-Kondensatoren an einer Lösung.
Kristin Suckau und Dr. Ulrich Straube messen mit einem Windmesser die Strömungsgeschwindigkeit, die vom Windrad-Modell erzeugt wird.
Kristin Suckau und Dr. Ulrich Straube messen mit einem Windmesser die Strömungsgeschwindigkeit, die vom Windrad-Modell erzeugt wird. (Foto: Maike Glöckner)

Seit Fukushima weht in Deutschland ein anderer Wind in der Energiepolitik. Statt weiter auf Atomstrom zu setzen, wird verstärkt in regenerative Energien investiert. Während viele Forscher versuchen, den Wirkungsgrad von Solarzellen, Windrädern und Wasserwerken zu verstärken, hat sich eine Forschergruppe aus Halle auf einen anderen Bereich konzentriert: Die Speicherung des so gewonnenen Stroms. „Unser Ziel ist es, mit den Super-Kondensatoren eine stabile Netzversorgung zu erreichen“, erklärt der Physiker Dr. Hartmut Leipner. Er leitet am Interdisziplinären Zentrum für Materialwissenschaften die Forschungsgruppe „Super-Kon“, die neue Kondensatoren für die Speicherung regenerativer Energien entwickeln will.

Kristin Suckau und Dr. Hartmut Leipner an der Vakuumbeschichtungsmaschine im Reinraum.
Kristin Suckau und Dr. Hartmut Leipner an der Vakuumbeschichtungsmaschine im Reinraum.
(Foto: Tom Leonhardt)

Ein großes Problem bei regenerativen Energien ist es nämlich, dass man sie nicht kontinuierlich gewinnen kann – während man tagsüber durch Solarzellen eventuell mehr Strom als benötigt gewinnen kann, geht die „Ausbeute“ nachts gegen null. Ähnlich sieht es bei Windrädern aus, die ebenso auf ein günstiges Wetter angewiesen sind. Es gibt zu bestimmten Zeiten „zu viel“ Strom und zu anderen zu wenig. Das heißt, die gewonnene Energie muss zwischengespeichert und zum nötigen Zeitpunkt wieder ins Netz eingespeist werden können. „Prinzipiell gibt es zwei Möglichkeiten, Energie zu speichern“, erklärt Leipner weiter, „entweder physikalisch oder chemisch, also über Akkumulatoren.“ Bei Akkus tritt beim häufigen Be- bzw. Entladen aber der „Memory-Effekt“ auf, dass heißt die speicherbare Energiemenge nimmt ab, je häufiger der Akku nicht komplett geladen wird.

Eine Alternative zu chemischen Speicherung bieten Kondensatoren. Hier wird die Ladung auf zwei Platten gespeichert, die durch ein „Dielektrikum“ voneinander getrennt sind. Weil bei der Be- oder Entladung keine chemischen Prozesse vor sich gehen, kann es auch nicht zum Memory-Effekt kommen. „Weitere Vorteile sind die sehr hohe Lebensdauer eines Kondensators, der hohe Wirkungsgrad und beispielsweise die schnellen Lade- und Entladezyklen.“ Allerdings sind bisher für große Energiemengen auch eine entsprechend große Kondensatorenflächen nötig.

An diesem Punkt setzt das Projekt „Super-Kon“ an: „Indem wir das Material des Dielektrikums optimieren, können wir die Speicherkapazität erhöhen und die Größe trotzdem gering halten.“ Dazu erforschen Leipner und seine Kollegen so genannte Kompositmaterialien: Statt nur einen Stoff zu nehmen, kombinieren die Wissenschaftler verschiedene Stoffe, Keramiken und Polymere miteinander. So können die positiven Eigenschaften beider Stoffe miteinander verbunden und die Speicherkapazität des Kondensators insgesamt erhöht werden. Die so entwickelten Stoffe werden anschließend getestet und evaluiert. Um die Arbeit effektiv bewältigen zu können, arbeiten am Super-Kon-Projekt Physiker, Chemiker und Materialwissenschaftler eng miteinander zusammen.

Auf der Suche nach dem "perfekten Stoff"

Eine Vielzahl von Interessenten stehen bereits Schlange bei den Kondensatoren-Forschern: So gibt es bspw. ein starkes Interesse im Flugzeugbau für die Energieversorgung autarker Sensoren. Gerade hier zeigt sich die Stärke der Kondensatoren: Die Sensoren müssen über einen langen Zeitraum, das heißt über mehrere Jahre, kontinuierlich funktionieren. Durch den Einsatz von Kondensatoren kann man die regelmäßige Wartung, also den Austausch der Batterien, um ein Erhebliches reduzieren. „Dieser dezentrale Einsatz ist auch für größere Anwendungen interessant“, erklärt Leipner. So könne man die Energie, die an einem Windpark gewonnen wird, direkt vor Ort speichern und dann, einige Stunden später, bei Bedarf ins Stromnetz einspeisen. Dazu kommt der Vorteil, dass alle verwendeten Materialien ungiftig sind.

Für das Konzept haben die zehn Forscher aus Halle eine Förderung über zwei Jahre vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) erhalten. Die läuft theoretisch im Oktober aus. „Den perfekten Stoff innerhalb der zwei Jahre zu finden, war nur schwer erreichbar. Wir befinden uns immer noch in der Forschungsphase“, gibt Leipner zu. Zeitgleich zur Forschung versuchen die Wissenschaftler deshalb, weitere Fördergelder zu akquirieren. Dafür haben sie sich Unterstützung von der Diplom-Kauffrau Kristin Suckau geholt. Sie ist im Projekt vor allem für die Integration der Marktanforderungen in den Entwicklungsprozess zuständig. Suckau ist vom langfristigen Erfolg des Projekts überzeugt: „Sicher, man braucht einen langen Atem. Aber bei unserer Marktanalyse und in Gesprächen mit Unternehmen hat sich immer wieder gezeigt, dass der Bedarf für unsere Kondensatoren da ist.“

Derzeit beantragt die Gruppe eine Verlängerung der BMBF-Förderung und arbeitet gleichzeitig an einem Antrag für eine EU-Förderung. Zusätzlich halten die Wissenschaftler den direkten Kontakt zu anderen Forschern und vor allem zu Unternehmen aus der Region. Mit diesem Ansatz, ist sich Leipner sicher, hat das Projekt gute Chancen: „Es wird nicht so sein, dass wir im Oktober einfach abbrechen und sagen – toll, dass wir das gemacht haben.“ Text: Tom Leonhardt

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