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Von Superkondensatoren, Papiersolarzellen und schwimmenden Offshore-Fundamenten

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Die Energiewende ist in Deutschland derzeit in aller Munde. Doch vielfältige Schwierigkeiten sind ungelöst. Der Netzausbau stockt, und vor allem: Es mangelt an Speicherkapazitäten, um die zeit- und wetterabhängigen regenerativen Energien wie Wind- und Solarenergie in das Netz einspeisen zu können. Bislang sind viele Potenziale ungenutzt. Wissenschaftler aus Mitteldeutschland wollen einen Beitrag dazu leisten, dass sich das in der naher Zukunft ändern kann.

Messaufbau zur elektrischen Vermessung von Super- Kondensator-Teststrukturen (Quelle: H.S. Leipner)

Cleantech, Energiewende News / Halle, Dresden, Freiberg. Forscher der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg haben die Idee des „Super-Kon“-Energiespeichers geboren. Grundlage ist die physikalische Speicherung von elektrischer Energie in Dünnschichtbauelementen. Kondensatoren haben generell den Vorteil, dass sie schneller ge- und entladen werden und viele tausend Lade- und Entladezyklen erlauben.

Doch bislang ist die Energiedichte nicht ausreichend: Daher erforschen die Wissenschaftler neuartige Kondensatoren aus Komposit-Materialien, die vergleichbare Energiedichten wie die von verfügbaren, aber in der Anwendbarkeit begrenzten Doppelschichtkondensatoren erreichen sollen. Daran beteiligen sich 15 Mitarbeiter der Fachbereiche Physik, Chemie und Materialwissenschaften der Uni, die Forschung erfolgt im Rahmen des ForMaT-Programms (Forschung für den Markt im Team) des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Dazu werden jeweils die besten Eigenschaften von keramischen Stoffen sowie von Kunststoffen gezielt genutzt.

„Unsere Vision ist es, in zehn Jahren einen Superkondensator als Speicher für Windenergie zu haben“, berichtet Projektleiter Hartmut Leipner. Einen wichtigen Meilenstein wollen die Wissenschaftler schon bis Jahresende erreichen: Dann soll ein erster Demonstrator fertig sein.

Solarmodule auf Papier

Die TU Chemnitz entwickelt auch Papiersolarzellen, die kostengünstig gedruckt werden können und sehr flexibel einsetzbar sind. (Quelle: TU Chemnitz / Hendrik Schmidt)

An anderen Stellschrauben der Energiewende drehen derzeit Wissenschaftler der TU Chemnitz um Prof. Arved Hübler. „Wir sind uns sicher, den Durchbruch in der organischen Elektronik schaffen zu können“, sagt Hübler. Gemeinsam mit seinem Team vom Institut für Print- und Medientechnik hat Hübler unter anderem Solarzellen entwickelt, die auf Papier gedruckt werden. Die als 3PV (printed paper photovoltaics) bezeichnete Technologie nutzt herkömmliche Druckverfahren sowie Standardpapiere, wie sie in Zeitschriften und Plakaten zum Einsatz kommen – und benötigt lediglich spezielle Druckfarben mit elektrischen Eigenschaften, um die notwendigen Strukturen auf dem Papier zu drucken, die bei Lichtbestrahlung Strom erzeugen. Vorteil: Da die hierbei eingesetzten Druckverfahren wie Offsetdruck sehr kostengünstig sind, könnten die Papiersolarmodule deutlich billiger Strom produzieren als vergleichbare Solartechnologien auf Basis von Silizium.

Doch der Erfindersinn geht noch viel weiter: Im Mai stellte Hübler einen Lautsprecher auf Papier vor, der ebenfalls gedruckt werden kann und ganz normal an einen Verstärker angeschlossen wird. So sind in der Zukunft Tapeten denkbar, die Musik abspielen oder Werbe-Postkarten, die – ausgestattet mit den Papiersolarmodulen – Energie erzeugen können und dadurch so attraktiv werden, dass sie vom Empfänger der Werbung nicht weggeschmissen, sondern aufgehoben werden.

Intelligente Verpackungen könnten in Zukunft mit aufgedruckten Solarzellen viele Zusatzfunktionen mit Strom versorgen – von Displays bis zu Sensoren. Seit Wochen sorgen die Erfindungen von Hübler international für viel Gesprächsstoff – vor einigen Wochen brachten die Wissenschaftler einen „Solarbaum“ mit zur drupa, der wichtigsten Messe der Druckindustrie.

Schwimmende Windkraftanlagen

Schwimmende Offshore- Fundamente erforscht die TU Bergakademie Freiberg zusammen mit Partnern. (Quelle: TU Freiberg / Fotoagentur nordlicht)

Während die Solarzellen aus Papier eine völlig neue Technologie zur Erzeugung von Energie darstellen, haben Wissenschaftler der TU Bergakademie Freiberg eine Möglichkeit geschaffen, die Fundamente von Offshore-Windenergieanlagen – also von Windenergieanlagen auf dem Meer – zu verändern. Bislang werden diese Windräder tief im Meeresboden verankert, sind dadurch aber extremen Bedingungen ausgesetzt und äußerst aufwändig im Hinblick auf Installation und Wartung. Je tiefer das Meer, umso schwieriger werden die Bedingungen für Offshore-Windenergieanlagen. Ganz anders bei der Technologie aus Freiberg: Gemeinsam mit dem Dresdner Consulting- und Engineering-Unternehmen GICON hat Frank Dahlhaus, Professor für Baukonstruktion und Massivbau in Freiberg, eine schwimmende Plattform nach dem so genannten Tension-leg-Platform-Prinzip entwickelt.

„Vertikale und diagonale Verspannungen halten bei dieser Methode die Schwimmkörper, also die Plattform, auf der das Windrad steht, in Position“, erklärt Prof. Dahlhaus. „Von den Auftriebskörpern, die die Plattform über Wasser halten, reichen straffe Seile vertikal bis auf den Meeresgrund, an dem sie über Verankerungen festgespannt werden. Von dort führen Seile diagonal zurück zum Schwimmkörper.“ Die Plattform werde dadurch leicht unter Wasser gezogen und in einem „starren System“ stabilisiert. Denkbar sind auf Basis dieser Technologie sogar Windenergieanlagen in sehr tiefen Gewässern bis zu einer Tiefe von 800 Metern. Und: Die Kosten werden dadurch in Grenzen gehalten, dass die Windenergieanlagen im Hafen komplett zusammengesetzt und dann mit einem Boot zum Bestimmungsort gezogen werden können.

Die ersten Versuche mit den schwimmenden Offshore-Fundamenten jedenfalls verliefen vielversprechend: „Selbst eine ungeplante 20-Meter-Welle konnte das Tragwerk gut verkraften“, freut sich Dahlhaus. Ab 2013 will Dahlhaus nun den nächsten Schritt wagen: Gemeinsam mit GICON, der Universität Rostock und dem Wirtschaftsministerium Mecklenburg-Vorpommern soll eine Pilotanlage der TLP-Konstruktion in der Ostsee getestet werden.

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1 Kommentar
  1. Thomas Schöller sagt

    Ständig wird einem eine neue Wunderwaffe als „der“ Stromspeicher vor die Füße geworfen. Bis jetzt ist nichts draus geworden. Das Elektroauto ist das beste Beispiel dafür. Statt dessen wird munter drauf los gebaut – Windkraftanlagen, Solar und Biogas bis zum Abwinken und das baden dann die Kleinverdiener über die hohen Strompreise wieder aus. Zahnärzte und weitere Gutverdiener wollen jetzt damit den großen Reibach machen, nachdem die Schiffsbeteiligungen den Bach runter gingen.

    Liefert doch einfach mal etwas konkretes ab und erzählt der Bevölkerung auch was das kosten wird. Windräder sind schnell gebaut, wenn es darauf ankommt.

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