Für die Erreichung der Klimaziele ist auch ein Ausbau der Energiespeicherinfrastruktur notwendig. Wissenschaftler aus Dänemark haben nun einen „lebenden Zement“ entwickelt, der Häuser in Energiespeicher verwandeln kann.
Die Bundesregierung strebt mit ihren Klimazielen bis 2045 die Klimaneutralität in Deutschland an. Neben dem Ausbau von erneuerbaren Energien macht das aber auch eine große Menge an saisonalen Langzeitspeichern nötig, um Dunkelflauten in der Solarenergie oder Windflauten bei der Windkraft zu überbrücken.
Weltweit arbeiten Forscher daran, neue Möglichkeiten für die Energiespeicherung zu entwickeln. Neben der Energiespeicherung in Flüssigbatterien oder in thermochemischen Speichern gilt auch grüner Wasserstoff als praktikable Möglichkeit.
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Forscher aus Dänemark haben nun aber eine weitere Option gefunden, um Energie zu speichern. Mit der Entwicklung von „lebenden Zement“ könnte so künftig auch direkt in der Hauswand Energie gespeichert werden.
So speichert „lebender Zement“ Energie in der Hauswand
Die Wissenschaftler der Universität Aarhus haben ihren neuartigen Zement im Fachmagazin Cell Reports Physical Science vorgestellt. Für ihre Arbeit haben die Forscher herkömmlichen Zement durch die Entwicklung eines mikrobiellen Zement-Superkondensators in ein „lebendiges“ Energiegerät verwandelt.
Entstanden ist so ein biohybrides System, das eine Energiedichte von 178,7 Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) erreichen kann. Mit einer Leistungsdichte von 8,3 Kilowatt pro Kilogramm (kW/kg) weise das System „eine deutlich verbesserte Leistung gegenüber herkömmlichen Kondensatoren auf Zementbasis auf“.
Die Energiespeicherung im „lebenden Zement“ übernehmen dabei Elektroaktive Mikroorganismen. Diese stellen eine Klasse von Bakterien dar, die ohne Sauerstoff überleben können und stattdessen mit leitfähigen Materialien in Wechselwirkung treten.
Der Zement bildet nicht nur ein strukturelles Gerüst für die mikrobielle Besiedlung, sondern auch ein leitfähiges Hydratationsnetzwerk, das den Ladungstransport erleichtert.
So bilden die Bakterien innerhalb des Zements ein Netzwerk zur Ladungsspeicherung und können so Energie speichern und auch freisetzen. Bei ihren Tests konnten die Forscher so mit der Hilfe ihres Zements eine LED-Lampe versorgen – auch bei extremen Temperaturen zwischen minus 15 Grad Celsius und plus 80 Grad Celsius. Die optimale Leistung erreichte der „lebende Zement“ bei 33 Grad Celsius.
„Lebender Zement“ muss gefüttert werden
Die Forscher der Universität Aarhus bestätigen ihrem System „eine hohe Zyklenfestigkeit“. Auch nach 10.000 Zyklen behält der „lebende Zement“ so noch 85 Prozent seiner Kapazität.
Da die Bakterien jedoch regelmäßig Nährstoffe benötigen, nimmt mit der Zeit ihre Aktivität kontinuierlich ab, da die im Zement vorhandenen Nährstoffe nach und nach verbraucht werden. Durch ein eingebettetes mikrofluidisches Netzwerk können die Forscher den Bakterien jedoch regelmäßig Nährstoffe zuführen. So kann die Leistung aufrechterhalten werden.
Bei diesen aktuellen Forschungsergebnissen handelt es sich allerdings laut den Wissenschaftlern noch um ein Proof-of-Concept. Sie zeigen damit lediglich, dass die Energiespeicherung in Zement durchaus möglich wäre. Der „lebende Zement“ ist also noch weit entfernt von einer Anwendung in Gebäuden, da es sich bei den Forschungsergebnissen lediglich um einen wissenschaftlichen Machbarkeitsnachweis handelt.
Weitere Forschung vorausgesetzt, könne das entwickelte System allerdings einen „Paradigmenwechsel in der Energiespeicherung“ darstellen. Das System biete „eine nachhaltige Lösung für selbstversorgende Infrastrukturen und die breitere Integration bioelektrochemischer Systeme in die gebaute Umwelt“.
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