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Bessere Energiespeicher : Die ungewöhnliche zweite Karriere der Stinkfrucht

  • -Aktualisiert am

Asiatischer Durian stinkt gewaltig, hat aber auch angenehmere Seiten. Aus der Frucht gewonnenes Kohlenstoffgel lässt sich zum Bau von Superkondensatoren nutzen. Bild: ddp/ALEXANDER PODSHIVALOV

Kann eine Frucht von zweifelhaftem Ruf eine grüne Alternative zu Batterien sein? Vielleicht schon. Die nächste Generation von Superkondensatoren könnte an den Bäumen Asiens wachsen und unter der Motorhaube des Teslas enden.

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          Vielleicht kommt selbst Elon Musk bald auf den Geschmack. So wie ein paar hundert Millionen Asiaten: Für sie ist die Stinkfrucht Durian eine Delikatesse. Für Musk könnte sie die Lösung eines Problems sein. Denn die Stachelfrucht bietet, was Ingenieure auf der ganzen Welt derzeit suchen. Könnte ihr poröses Fruchtmark doch besser als jedes andere Naturmaterial Energie speichern. Australische Wissenschaftler träumen schon davon, aus der Durian einen nachhaltigen Hochleistungs-Energiespeicher zu machen.

          Forschungsteams versuchen seit langem, eine alternative Technologie für herkömmliche Batterien zu entwickeln. Dafür gibt es gute Gründe: Zur Herstellung von Batterien braucht es große Mengen von seltenen und teuren Rohstoffen wie etwa Lithium. Zudem gibt es für viele dieser Stoffe nicht nur Besorgungs- sondern auch Entsorgungs-und Recyclingprobleme. Zugleich steigt die Nachfrage nach Hochleistungs-Energiespeichern rasant an. Von Handys bis zum Elektroauto - Energie ist der Motor der Zukunft, ohne Energie gibt es keinen Fortschritt, können die Bedürfnisse einer wachsenden Weltbevölkerung nicht gedeckt werden. Die Klimakrise, getrieben durch fossile Energieträger wie Öl und Kohle, verlangt nach regenerierbaren Energieträgern.

          Damit könnte der stinkenden Durian eine unerwartete Karriere bevorstehen, meinen zumindest Forscher um Kenny Lee von der Universität Sydney. Sie suchen nach leichten, leistungsfähigen, nachhaltigen und preiswerten Energiespeichern. Bei dieser Suche stießen sie auf die Durian und die Jackfrucht. Andere Entwickler hatten schon auf Bambus gesetzt. Das Früchte-Duo aber ist besser. Vor allem in Entwicklungsländern wäre ein Energiespeicher auf Basis dieser Früchte ein Traum. Bislang beherrschen Batterien und Dieselgeneratoren die Dörfer Asiens oder Afrikas. Die jedoch verbrennen Geld und verpesten die Luft. Wie aber wäre es, wenn die Frucht-Superkondensatoren auf Dauer Sonnenenergie speicherten?

          Extrem schnell und leistungsfähig

          Rund um die Erde liefern sich Forscher ein Wettrennen um die Entwicklung sogenannter Superkondensatoren. Bislang ist es ihnen noch nicht gelungen, Speichermedien zu entwickeln, welche die gleiche oder sogar eine noch bessere, beständige Energiekapazität haben wie die herkömmliche Batterie. Bisher können Superkondensatoren aufgrund ihrer sehr schnellen Auf- und Entladbarkeit nur für kurzfristige hohe Energieentladungen eingesetzt werden, etwa bei Blitzgeräten in Kameras, bei Smartphones oder Laptops. Dieses Spektrum dürfte sich bald erweitern. Auch Tesla-Chef Musk setzt auf Superkondensatoren für die Zukunft seiner Elektroautos. Letztes Jahr kaufte er deshalb den Hersteller Maxwell Technologies, ein Spezialist für die Energiespeicher von morgen.

          Superkondensatoren gibt es in allen Größen, abhängig von der jeweiligen Anwendung.
          Superkondensatoren gibt es in allen Größen, abhängig von der jeweiligen Anwendung. : Bild: Maxwell Technologies

          Anders als Batterien arbeiten Superkondensatoren durch Ladungsverschiebungen. Sie bestehen aus zwei Elektroden, getrennt von einem Separator, und einem Elektrolyten, der mit den Elektroden verbunden ist. Für sie werden dabei oft Kohlenstoffplatten verwendet, die dank ihrer porösen Struktur besonders viel Energie speichern können. Je ausgeprägter die Porosität, desto größer ist die Aufnahmekapazität. Legt man eine Spannung an die Elektroden, wandern die Ionen aus den Elektrolyten zu den jeweiligen Polen und in die Kohlenstoffenergiespeicher. Dadurch können sie sehr schnell und sehr viel Energie speichern und wieder abgeben. Dank Ladezyklen von bis zu einer Million Mal leben sie deutlich länger als Batterien. Und sie funktionieren, anders als diese, auch bei sengender Hitze und klirrendem Frost.

          Geruchsfrei unter der Kühlerhaube

          Doch sind die Forscher lange nicht am Ziel. Noch reicht die Energiedichte der Superkondensatoren nicht an diejenige der Batterie heran. Um diese zu erhöhen, blicken die Wissenschaftler nun auf eine Art Doping - Stickstoffdoping. Und hier kommen Durian und Jackfrucht ins Spiel. Denn beide haben Kohlenstoffe und Stickstoffe in ihrem ungenießbaren, hoch porösen Fruchtmark. Der Bioabfall aus den Tropen bietet damit das Potential zur nächsten Generation der Hochleistungs-Superkondensatoren, und das zu geringen Kosten. Um ihr Grundmaterial zu gewinnen, braucht es nur Plantagen, Pflücker und einen einfachen Prozess: Dem Fruchtmark muss seine Flüssigkeit entzogen werden. Dann wird es gefriergetrocknet. Schließlich wird es durch Erhitzen zu einem Kohlenstoff-Aerogel umgewandelt.

          Das ist nicht nur einfach, beide Früchte sind in großen Teilen Asiens auch weit verbreitet. „Die Königin der Früchte“, wie der britische Südostasien-Kundler Alfred Russel Wallace die Frucht zur Mitte des 19. Jahrhunderts bezeichnete, sieht nach nichts aus. Unter Feinschmeckern aber genießt sie faktisch Kultstatus. Durian-Sorten wie Golden Phoenix, Mao Shan Wang oder Hong Xia, was nichts anderes als „rote Krabbe“ heißt, aber ganz anders schmeckt, können Tausende Dollar kosten. Dabei zahlen die Käufer auch für den Geruch - und der „Baumkäse“ stinkt geradezu erbärmlich. Gutwillige sprechen von sehr reifem Camembert, gepaart mit einer cremigen Süße, also nichts für schwache Nasen. Daher ist es nicht nur in Singapur, der „fine city“ Südostasiens, verboten, Durians in Bus oder Bahn mitzunehmen.

          Mit der Jackfrucht ist es etwas einfacher. Zwar sieht sie ähnlich aus wie die Durian, und auch sie duftet stark, aber eher angenehm süßlich. Bis zu einem Meter misst sie und gilt deshalb als eine der größten Früchte dieser Welt. Es ist nicht bekannt, ob die Forscher in Sydney ihre Durian gegessen haben. Auf jeden Fall aber haben sie deren Fruchtmark studiert.

          Im „Journal of Energy Storage“ weisen sie nun nach, dass die Kohlenstoff-Aerogele aus beiden Früchten sowohl die optimalen Porengrößen als auch den begehrten Stickstoff bieten. Damit erfüllt der Bioabfall die Kriterien eines leistungsstarken Superkondensators: Hohe Energiespeicherfähigkeit durch optimale Porosität und zusätzliches Stickstoff-Doping - von der Plantage in den Tesla.

          Und so sieht der Aufbau des Energiespeichers vereinfacht dann so aus: Das Kohlenstoff-Aerogel wird im neuen Frucht-Superkondensator für die beiden Elektroden genutzt. Zwischen ihnen liegt ein Separator, der in Kalilauge als Elektrolyt getränkt ist. Ummantelt wird der Kondensator mit Glasplatten, die mit Indiumzinnoxid als elektrisch gut leitfähigem Material beschichtet sind.

          Bei den Versuchen in Sydney zeigte sich die Durian im Vergleich zur Jackfrucht als deutlich effizienter. Doch nichtsdestotrotz meinen die Forscher, dass „beide Früchte attraktive Kandidaten für die nächste Generation hochleistungsfähiger, aber dennoch kostengünstiger Superkondensatoren als Energiespeicher, die aus Bioabfällen stammen“, seien. Und einmal unter der Kühlerhaube, sollen sie auch nicht mehr stinken.

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