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Zucker-Batterie

In Deutschland werden jährlich mehr als 40.000 Tonnen Sondermüll produziert – durch Batterien. Dabei hat jedes Lebewesen im Körper ein sehr effizientes Kraftwerk, das Zucker für seine Energieversorgung nutzt. Mit dieser Energie auch elektrische Spannung zu erzeugen ist für Ana Maria García, Soichiro Katayama und Dennis Rittel ein wichtiges Potenzial des Zuckers.

zucker-batterie-anleitung

Von der Zelle zur Glühbirne

Die Musik im MP3-Player wird schwächer – die Batterien sind leer. Mitten in der Nacht zur Tankstelle fahren und neue kaufen? Sechs Stunden warten, bis die Akkus geladen sind? Oder einfach etwas Zucker in Wasser rühren, aufladen und weiter hören? Was wie Science Fiction klingt, könnte bald Wirklichkeit werden.

Inzwischen haben Wissenschaftler erkannt, wie wertvoll Zucker als Energiequelle sein kann. Mit Hilfe der Enzyme, die auch in Körperzellen elektrische Spannung erzeugen, werden im Labor bereits Glühbirnen betrieben (siehe Kasten). Ana Maria García sagt, das Team habe bei seinen Recherchen vier verschiedene Ansätze gefunden. Die Forschung dreht sich allerdings vor allem darum, die Leistung zu optimieren. Die Frage nach der Alltagstauglichkeit stand bisher hinten an. Doch wer möchte sich eine Sammlung Reagenzgläser ins Wohnzimmer stellen? Damit stand für Dennis Rittel das Ziel des Projekts fest: Das System in die Form von handelsüblichen Standard-Batterien zu integrieren – und ein geeignetes Ladegerät zu entwickeln.

Bekanntes System, neue Technik

Wer etwas völlig neues erfindet, muss immer erst die vorhandenen Systeme verdrängen. Hier liegt die erste Stärke der neuen Zuckerbatterie. Ana Maria García betont: „Durch die Verwendung der bekannten Batteriegrößen können alle elektrischen Geräte unverändert bleiben. Dadurch kann sich das neue Produkt problemlos in den Markt integrieren.“ Niemand muss einen neuen MP3-Player kaufen, die Batterie passt in den gleichen Schacht wie ihre Vorgänger.zucker-batterie-mechanismus

Der nächste Schritt ist ein leicht zu bedienendes Ladegerät. Darin sieht Soichiro Katayama einen großen Vorteil: „Das System kann jeder verstehen und intuitiv nutzen.“ Doch wie wird eine Zuckerbatterie geladen? Dennis Rittel erklärt: „Die neue Batterie ist eigentlich als Brennstoffzelle zu verstehen. Das heißt, sie speichert keine Energie wie herkömmliche Batterien, sondern sie produziert diese in einem biochemischen Prozess mit Hilfe von Zucker“ (siehe Kasten). Das heißt, zum Laden muss lediglich neuer Zucker nachgefüllt werden.

Schnell geladen, auch ohne Strom

Um den Ladevorgang so einfach wie möglich zu machen, haben die drei Studenten einen praktischen Mechanismus entwickelt. Jede Batterie wird durch einen entsprechenden Adapter im Ladegerät zentriert. Beim Zuschrauben des Ladegeräts wird sie nach unten gedrückt – sowohl von unten als auch von oben dringt eine Nadel durch eine Gummimembran in die Batterie ein. Durch das Herunterdrücken des Griffs entsteht ein Überdruck, die alte Flüssigkeit wird aus der Batterie in einen Auffangbehälter gepresst. Wird der Griff wieder nach oben gezogen, füllt sich die Batterie durch den entstehenden Unterdruck mit neuer Zuckerlösung. So ist sie innerhalb weniger Sekunden geladen, auch unterwegs.

Was einfach klingt, war für Soichiro Katayama die größte Herausforderung des Projekts. Ana Maria García erinnert sich: „Es war schwierig, ein einziges Ladegerät für alle herkömmlichen Batterien zu entwickeln. Wir mussten für alle Typen die Kapazität mit ihren entsprechenden Inhaltsflüssigkeiten ausrechnen. Trotzdem musste das Ladegerät einen angenehmen Hubweg gewährleisten, eine bequeme Auflagefläche für die Hand bieten und sich sicher greifen lassen.“ Dennis Rittel ergänzt: „Die Schwierigkeit war, alle technischen Elemente des von uns entwickelten Mechanismus‘ in ein sicheres, ansprechendes und nutzerfreundliches Gerät zu integrieren. Es kamen viele Faktoren zusammen, die wir sinnvoll miteinander vereinen mussten.“

industriedesignerDas Kraftwerk Zelle

Das Prinzip des elektrischen Stroms ist bekannt: Elektronen fließen durch einen Leiter aus Metall. Eine herkömmliche Batterie enthält zwei Stoffe, zum Beispiel Zink und Mangan, die nur über den Leiter verbunden sind. Die Elektronen, die von einem Stoff zum anderen fließen, können beispielsweise eine Glühbirne zum Leuchten bringen. Doch irgendwann sind alle Elektronen geflossen, die Batterie ist leer. Übrig bleibt ein umweltschädliches Abfallprodukt.

Auch jede Zelle in der Natur ist ein Kraftwerk: Sie nimmt Zucker auf und zahlreiche Enzyme bauen ihn Schritt für Schritt zu Kohlendioxid und Wasser ab. Die dabei freiwerdende Energie wird verwendet, um eine elektrische Spannung an Zellmembranen zu erzeugen. Diese nutzt die Zelle dann beispielsweise, um sich zu bewegen oder sich zu teilen. Da Zucker ein Naturprodukt ist und praktisch unbegrenzt vorhanden ist, steht der Zelle immer Energie zur Verfügung.