Technologietrend: Li

Lithium-Schwefel-Batterien mit verbesserter Leistung, Eisen als Brennstoff für den Einsatz auf der Erde und auf dem Mond sowie grönländisches Gesteinsmehl als potenzielles Medium zur Kohlenstoffbindung stehen diese Woche auf dem Technologieradar.

Das australische Batterietechnologieunternehmen Li-S Energy hat die Entwicklung seiner ersten 20-lagigen Batteriezellen angekündigt, die die halbfeste Lithium-Schwefel-Batterietechnologie der dritten Generation nutzen.

Zu den wichtigsten Vorteilen der Technologie, die das Unternehmen hervorhebt, gehören eine 45-prozentige Verbesserung der volumetrischen Energiedichte auf 540 Wh/l, eine höhere gravimetrische Energiedichte von über 400 Wh/kg und eine erhöhte Sicherheit durch die Verwendung eines schwer entflammbaren Elektrolyten.

Diese Leistung sei nahezu doppelt so hoch wie die gravimetrische Energiedichte und eine vergleichbare volumetrische Energiedichte im Vergleich zu aktuellen Lithium-Ionen-Zellen, so das Unternehmen. In der Praxis bedeutet dies, dass Li-S-Batteriezellen jetzt die gleiche Größe wie bestehende Li-Ionen-Batterien haben, aber nur halb so schwer sind.

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Li-S geht davon aus, dass seine neuen Gen3-Zellen, die die patentierten Bornitrid-Nanoröhren und Li-Nanomesh des Unternehmens in der Zellkonstruktion nutzen, von besonderem Interesse für den Einsatz in Drohnen und anderen E-Aviation-Anwendungen sein werden – einem Markt, in dem die Das Unternehmen ist bereits etabliert und wird Schätzungen zufolge bis 2035 32 Milliarden US-Dollar pro Jahr überschreiten.

Es ist bekannt, dass bei Waldbränden das Feuer von einem Baum zum nächsten überspringen kann, wenn die Temperatur hoch genug für eine Verbrennung ist – ein Phänomen, das als diskrete Verbrennung bekannt ist und sonst auf der Erde selten auf natürliche Weise auftritt.

Um den Prozess genauer zu verstehen, haben Wissenschaftler die Verbrennung von Eisenstaub in der Schwerelosigkeitsumgebung des Weltraums untersucht, wo die Eisenpartikel schweben und sich diskret entzünden können.

Durch den Einsatz von Hochgeschwindigkeitsbildern zur Erfassung des Phänomens haben sie Modelle erstellt, die die idealen Bedingungen für die Verbrennung des Brennstoffs auf der Erde zeigen – und daraus war es möglich, praktische Eisenverbrennungsöfen zu bauen.

Der Vorteil der Eisenverbrennung liegt in der Chemie. Beim Verbrennen von Kraftstoff handelt es sich im Wesentlichen um den Prozess der Umwandlung eines Materials durch Zugabe von Sauerstoffatomen. Bei Eisen bleibt nach der Verbrennung Eisenoxid oder Rost übrig. Dieser kann leicht gesammelt und verarbeitet werden, um den Sauerstoff zu entfernen und als Eisen zurückzugeben. Durch die Nutzung von Strom aus nachhaltigen Quellen könnte Eisen zu einem zirkulären, endlos recycelbaren Brennstoff werden.

In Budel, in der Nähe von Eindhoven in den Niederlanden, ist eine Demonstrationsanlage des niederländischen Startups Metalot in Betrieb, die Eisen als Brennstoffquelle nutzt und in einer Einheit, die in einem Lagerhaus steht, 1 MW Dampf erzeugen kann.

Ein solches Eisenkraftwerk könnte im größeren Maßstab viel mehr Energie produzieren, aber die Technologie könnte auch Potenzial für den Einsatz auf dem Mond haben, hat die Europäische Weltraumorganisation vorgeschlagen. Mithilfe von Sonnenenergie können Aluminium- und Siliziumpulver aus Mondmineralien hergestellt und Wasserstoff und Sauerstoff aus Mondeis gewonnen werden.

Der Wasserstoff kann dann verwendet werden, um Mondstaub, der viel Eisen und Titan enthält, in Wasser und Eisenpulver umzuwandeln. Die Metallpulver und der Sauerstoff aus dem Wassereis können als Treibstoff für Raketen oder Bodentransporte verwendet werden und das Wassernebenprodukt könnte sogar als Trinkwasser verwendet werden.

Als Methode zur Aufnahme von CO2 wurde die Ausbringung gemahlener Silikatmineralien auf landwirtschaftlich genutzten Böden vorgeschlagen, indem die Verwitterungsrate dieser Mineralien durch ihre Einwirkung von Bodensäuren erhöht wird.

Eine neue Studie dänischer Forscher legt jedoch nahe, dass Gletschergesteinsmehl, ein feinkörniges Material, das aus im Prozess der Gletschererosion gemahlenem Gestein entsteht, eine günstigere und praktischere Alternative sein könnte, da es reichlich verfügbar ist und eine energieintensive Mahlung überflüssig macht.

Wie die gemahlenen Silikatmineralien hat sich auch gezeigt, dass Gletschergesteinsmehl die landwirtschaftlichen Erträge in verwitterten und nährstoffarmen Böden verbessert. Die dänischen Forscher haben jedoch herausgefunden, dass es auch zur CO2-Sequestrierung wirksam ist.

Mithilfe von Gletschergesteinsmehl aus Grönland stellten die Forscher fest, dass die geschätzte CO2-Aufnahme bei der Anwendung auf einem sauren, sandigen Boden in Dänemark über einen Zeitraum von drei Jahren in einer ähnlichen Größenordnung lag wie frühere Schätzungen für gemahlenen Basalt.

Die Forscher weisen darauf hin, dass ihre Schätzung die Emissionen aufgrund der Gewinnung, des Transports und der Anwendung nicht berücksichtigt und dass diese gründlich berücksichtigt werden müssten, um sicherzustellen, dass die Aufnahme aufgrund der Verwitterung sie überwiegt, auch wenn dies mit zunehmender Dekarbonisierung des Verkehrs wahrscheinlich der Fall sein wird weniger ein Faktor.

Auf Grönland werden jährlich etwa 1 Milliarde Tonnen Gletschergesteinsmehl abgelagert. Für die Forscher ist das Hauptproblem, das noch weiterer Forschung bedarf, die Notwendigkeit, ihr Protokoll zur Berechnung der CO2-Aufnahme „auf den Boden der Wahrheit“ zu bringen.