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Akkus aus Krabben- und Hummerschalen in Arbeit
Ohne Batterien und Akkus wird es auch in Zukunft nicht gehen. Doch die belasten die Umwelt. Forschende aus den USA zeigen nun, dass es anders geht.
Erneuerbare Energien und E-Fahrzeuge stehen hoch im Kurs. Das führt zu einem hohen Bedarf an Batterien, welche die erzeugte Energie speichern und die Motoren antreiben. Ohne sie geht es nicht, was die nachhaltigeren Methoden ein weniger nachhaltig macht als sie sein könnten: "Batterien werden in großen Mengen produziert und verbraucht, was zu Umweltproblemen führen kann", sagt Liangbing Hu von der University of Maryland. Gemeinsam mit seinem Team ist der Leiter des Zentrums für Materialinnovation daran, das zu ändern.
Die Gruppe setzt dafür auf Krebstiere wie Krabben, Garnelen und Hummer, wie Hu und seine Kolleginnen und Kollegen Fachjournal "Matter" berichten. Die Panzer der Tiere enthalten den Stoff Chitin. Dieser kann zu Chitosan verarbeitet werden. Wird diese Substanz mit Zink kombiniert, kann man laut den Forschenden eine neue Elektrolytsubstanz (siehe Box) herstellen, um damit Akkus und Batterien mit Strom zu versorgen.
Dafür braucht es das Chitosan
Batterien verwenden einen Elektrolyten, um Ionen zwischen positiv und negativ geladenen Anschlüssen hin und her zu transportieren. Ein Elektrolyt kann eine Flüssigkeit, eine Paste oder ein Gel sein. Viele Batterien verwenden brennbare oder ätzende Chemikalien für diese Funktion. In der von Hu und seinem Team entwickelten Batterie besteht das Gelelektrolyt aus Chitosan.
Biologisch abbau- und recycelbar
In geringerer Menge kommt Chitin auch in Pilzen und Tintenfischen vor. Aber "die reichhaltigste Chitosanquelle sind die Exoskelette von Krustentieren, darunter Krabben, Garnelen und Hummer, die leicht aus Fischabfällen gewonnen werden können", wird Hu in einer Mitteilung zitiert.
Doch nicht nur die gute Verfügbarkeit des Materials ist aus Sicht der Forschenden ein Vorteil, sondern auch das, was nach der Lebensdauer mit den Akkus auf Schalentier-Basis geschieht: So können zwei Drittel der Batterie – der Chitosan-Anteil – von Mikroben innerhalb von fünf Monaten abgebaut werden. Zurück bleibt nur der Zink, der recycelt werden kann. Das sei ein großer Fortschritt gegenüber herkömmlichen Batterien: "Die Polypropylen- und Polycarbonat-Separatoren, die in Lithium-Ionen-Batterien weit verbreitet sind, brauchen zum Beispiel Hunderte oder Tausende von Jahren, um sich abzubauen, und belasten die Umwelt zusätzlich."
"Vielversprechend und enorm wichtig"
Die Batterie auf Basis von Zink und Chitosan hat laut den Forschenden nach 1.000 Ladezyklen noch 99,7 Prozent ihrer ursprünglichen Leistungsfähigkeit. Das mache sie zu einer guten Alternative zu den üblichen Batterien – und zu einem guten Kandidaten "für die Speicherung von Wind- und Solarenergie zur Weiterleitung an Stromnetze".
Ein Einsatz ist allerdings noch in weiter Ferne, wie der Materialchemiker Graham Newton von der Universität Nottingham, der nicht an der Studie beteiligt war, gegenüber Theguardian.com erklärte: "Bei der Entwicklung neuer Materialien für Batterietechnologien klafft in der Regel eine große Lücke zwischen vielversprechenden Laborergebnissen und einer nachweisbaren und skalierbaren Technologie." Newton bezeichnet die Erkenntnisse seiner US-Kolleginnen und -Kolleginnen jedoch für vielversprechend. Solche Grundlagenstudien "sind enorm wichtig".
Auch Hu und sein Team sind mit ihren Forschungen noch nicht am Ziel: Sie hoffen, dass in Zukunft alle Bestandteile von Batterien biologisch abbaubar sind, so Hu. "Nicht nur das Material selbst, sondern auch der Herstellungsprozess von Biomaterialien."