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Greenpeace Magazin Ausgabe 4.16

Sie bauen den giftfreien Akku

Text: Wolfgang Hassenstein

KÖPFE Martin Hager und Tobias Janoschka, Chemiker, Jena // IDEE Bringen mit Großbatterien ohne ätzende Metalle die Energiewende voran // ViISION Günstige Stromspeicher für morgen

Die Zeit, der Ort, die Idee: Alles passte zusammen. Martin Hager und Tobias Janoschka, zwei nüchterne Naturwissenschaftler in Jeans und Karohemd, haben eine Erfindung gemacht, mit der sie Technikgeschichte schreiben und das Jahrhundertprojekt Energiewende entscheidend voranbringen könnten.

Die richtige Zeit, das sind die Jahre nach Fukushima. Deutschland macht plötzlich Ernst mit dem Atomausstieg, und der schnelle Zuwachs von Wind- und Solarkraft lässt die Frage immer dringlicher werden, was künftig mit all dem überschüssigen Strom geschehen soll, den die Natur nicht immer dann liefert, wenn er gerade gebraucht wird. Die „Speicherfrage“ treibt das Land um.

Der richtige Ort, das ist das Institut für Organische und Makromolekulare Chemie der Universität Jena. In der Arbeitsgruppe von Ulrich Schubert, einem Professor mit Charisma und ausgeprägter musischer Ader, tüfteln siebzig meist junge Wissenschaftler an den Materialien der Zukunft, an „intelligenten und selbstheilenden Kunststoffen“ etwa oder an „druckbaren Batterien“. Gebündeltes Wissen also zu den Möglichkeiten der modernen Kohlenstoffchemie, dazu die entsprechenden Laboratorien und eine kreative Arbeitsatmosphäre.

Die richtige Idee, die kommt Hager und seinem Doktoranden Janoschka, als sie einen Artikel über sogenannte Redox-Flow-Batterien lesen. Das sind eher unhandliche, schon vor Jahrzehnten erfundene Monstren, die nicht viele Freunde haben, weil sie weder ins Auto noch ins Smartphone passen und überdies den Strom in einer teuren, ätzenden Brühe aus Vanadium und Schwefelsäure speichern. Planern der Energiewende sind sie dennoch ein Begriff, denn im Gegensatz zu anderen Akkus lassen sie sich auf jede beliebige Größe skalieren. Nur Flow-Batterien haben das Potenzial, große Strommengen zu speichern.

Wäre es nicht möglich, überlegen also die beiden Chemiker, die teuren Metalle und giftigen Säuren durch harmlose Polymere zu ersetzen? Aus solchen langen organischen Molekülketten bestehen zum Beispiel Holz oder Plastik. Im Institut liegen dicke Kataloge herum, über die man all die chemischen Bausteine bestellen kann, aus denen sich neue Kunststoffe zusammenbrauen lassen. „Es ist ein bisschen wie Lego“, erklärt Hager, während er in den Laborkittel schlüpft. „Oder wie Kochen“, sagt Janoschka, als er seine Schutzbrille aufsetzt. Im Abzug hinter Plexiglas brodelt es in Kolben und Kochtöpfen.

Die Jenaer Wissenschaftler kennen sich aus mit dem, was Chemiker „funktionelle Gruppen“ nennen. Das sind Molekülanhänge, die irgendetwas können – zum Beispiel Elektronen aufnehmen und wieder abgeben, für Stromspeicher elementar. Sie grübeln über die Möglichkeiten, bestellen die nötigen Basisstoffe und beginnen zu experimentieren. „Man fängt mit einer Spatelspitze an, um erst mal ein Gefühl dafür zu bekommen, was möglich ist“, sagt Hager. Und mit einem Blick zu Janoschka fügt er hinzu: „Gut, wenn man einen Doktoranden hat, der an einer Sache dranbleibt.“

Vor einem unscheinbaren Versuchsaufbau mit Laborgläsern, Gummischläuchen und zusammengeschraubten Metallplatten erklärt der das Prinzip der Flow-Batterie. „Plus- und Minuspol liegen in flüssiger Form vor“, sagt Janoschka. „Die beiden Flüssigkeiten werden durch eine elektrochemische Zelle gepumpt, wo sie be- und entladen werden.“ Der Nachwuchsforscher faltet die Hände vor der Brust und geht ein paar Schritte auf und ab wie ein Dozent im Hörsaal. „Das Gute ist, dass man die Größe der Tanks variieren kann – vom 50-Milliliter-Glas wie hier im Versuch bis zum Industrietank.“ Der Plan: Künftig sollen containergroße Batteriemodule im Fundament von Windrädern deren schwankende Einspeisung abfedern oder in Stationen am Ende der Straße den Strom zahlreicher Solardächer zwischenspeichern.

Polymer-Batterien sind umweltfreundlicher, sicherer und billiger als herkömmliche Flow-Batterien. „Die Tanks enthalten nichts als Wasser, darin gelöste Kunststoffe und Kochsalz“, erklärt Janoschka. Statt teurer Spezialmembranen trennt ein normaler Wasserfilter die beiden Kreisläufe. Weil die Inhaltsstoffe andere Materialien nicht angreifen, genügen einfache Pumpen, Ventile und Schläuche. Das Konzept ist rund, das renommierte „Nature“-Magazin hat einen Bericht gedruckt und es damit wissenschaftlich geadelt. Patente sind angemeldet, Investoren für ein Spin-off der Uni gefunden. Für 2017 ist ein Prototyp geplant, schon bald soll die Firma „Jena Batteries“ die neuen Stromspeicher auf den Markt bringen.

Die Erfindung hat dem Leben von Martin Hager und Tobias Janoschka eine unerwartete Wendung gegeben: Plötzlich sind sie nebenbei Unternehmer. Zusammen mit den anderen Mitgliedern ihrer Arbeitsgruppe haben sie Ersparnisse in das Start-up gesteckt. Die Zukunft kann kommen. „Oft lässt sich kaum erklären, wozu eine neue abgefahrene Synthese gut sein soll“, sagt Hager zufrieden grinsend. „Das ist diesmal anders.“