Energietechnik und Klimaschutz

Künftig dürften MST-Elemente aber auch bei der Energieerzeugung eine Rolle spielen. Mobiltelefone und Notebooks werden heute meist noch mit Lithiumakkus betrieben. Das könnte sich schon bald ändern. Wissenschaftler arbeiten an Energiespeichern auf der Basis von Wasserstoff oder Methanol.

Mikrokraftwerke auf Methanolbasis

Kern der neuen Technik sind so genannte Mikrobrennstoffzellen. Diese Kraftwerke in Miniaturformat wandeln die chemische Energie aus Methanol oder Wasserstoff in elektrischen Strom um.

Am Fraunhofer-Institut Zuverlässigkeit und Mikrointegration in Berlin haben die Forscherinnen und Forscher schon einen Prototypen so einer Brennstoffzelle entwickelt: Er ist nur einen Quadratzentimeter groß, liefert aber eine Leistung von immerhin etwa 80 Milliwatt. Drei Zellen erreichen zusammen eine Spannung von 1,5 Volt – die Spannung einer herkömmlichen Knopfzelle. Das Gesamtsystem wird aus einem Gasentwickler und einem Brennstoffzellen-Modul bestehen, das doppelt so lang sein soll wie eine handelsübliche Alkalibatterie.

Denkbar ist, dass man künftig Einweg-Patronen oder Pfandbehälter für Methanol nutzt, um Notebook oder Mobiltelefon an mobilen Aufladestationen wieder flott zu machen. So ähnlich wie bei Tintenpatronen für Füllfederhalter. Zu lösen ist allerdings noch der Transport des Methanols.

Gewichtiger Vorteil der Brennstoffzellen: Anders als Batterien arbeiten diese Mikrosysteme auch bei tiefen Temperaturen bis minus 20 Grad einwandfrei. Außerdem verfügen sie über eine höhere Energiedichte; sie können flexible Formen annehmen und sie ermöglichen eine längere unabhängige Nutzbarkeit.

Sonnenenergie besser nutzen

Solarzellen basieren ebenfalls auf Mikrosystemen. Am Institut für Textil- und Verfahrenstechnik Denkendorf ist es gelungen, biegsame Solarzellen in Kleidungsstücke zu integrieren. Auf diese Weise lassen sich mobile Kleingeräte mit elektrischem Strom versorgen.

Eine weitere Anwendung des MST in der Energietechnik besteht in winzigen Temperatur-Messsystemen, mit denen sich Energiekabel, Pipelines, Deponien und Tunnels überwachen lassen. Hier kommt ein Temperatur-Messsystem zum Einsatz, das die spezifischen Eigenschaften von Glasfasern ausnutzt. Je nach Temperatur streut das Licht in den Fasern nämlich unterschiedlich stark. Mit einem ähnlichen Verfahren lässt sich auch elektrischer Strom messen. Solche MST-Sensoren könnten ihre Anwendung in Hochspannungsanlagen finden.

Algen als CO2-Fresser

Die Energiefrage ist eng mit dem Klimaproblem verbunden. Und auch hier könnten Mikrosysteme zu nennenswerten Fortschritten führen. Helfen Algen beim Klimaschutz? Davon sind jedenfalls einige Wissenschaftler in Hamburg überzeugt.

Dort arbeitet man daran, Kraftwerksabgase für die Zucht von Mikroalgen zu verwenden. Mikroalgen brauchen zum Wachsen Sonnenlicht und Kohlendioxid (CO2). Je mehr CO2 zur Verfügung steht, desto kräftiger und schneller wachsen sie. Unter optimalen Bedingungen ist das Wachstum bis zu 100 mal höher als bei Ackerpflanzen.

Bis zu 80 Prozent lässt sich so der CO2-Anteil im Abgas verringern. Die großflächigen Anlagen bestehen aus Bioreaktoren: also Mikrosystemen, in denen die Mikroalgen mit CO2 aus dem Abgas „gefüttert“ werden.

Die dabei entstehende Biomasse lässt sich anschließend völlig unproblematisch als Wertstoff nutzen. Sie kann gleichermaßen als Farbstoff, Futtermittel und vor allem als Biogas für die Energiegewinnung genutzt werden.

Mikrosysteme könnten demnach im Bereich Energie und Klima gleich zweierlei Probleme zu lösen helfen: Mikrobrennstoffstellen liefern Energie, und mit Mikroalgen lassen sich vielleicht eines Tages die CO2-Emissionen verringern.

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