Facebook Pixel

Neue „Rezepturen“ für innovative Verfahrens-Techniken

Abstraktes Bild mit Strukturen

Klaudia Weber auf den Spuren von Innovationen rund um den Megatrend „Innovative Technologien, Materialien und Fertigung“

INNOVATIVE VERFAHRENSTECHNIKEN

 

Wie man mit Karotten und Chili hochwertigere Solarzellen und effizienteren Beton „zubereiten“ kann. Und warum Graphit künftig aus der Mikrowelle kommt


Haben Sie gewusst, dass der Wirkungsgrad von Solarzellen deutlich gesteigert werden kann, wenn man beim Umwandlungsprozess von Sonnenlicht in elektrische Energie den Pflanzenstoff Capsaicin – einen Bestandteil von CHILI – dazugibt? Oder dass sich bei der Herstellung von Zement durch die Beimischung von KAROTTENFASERN für mehr Struktur, Stabilität und Effizienz sorgen lässt, was schlussendlich zu einer CO2-Reduktion führt? Oder dass Kohlestaubreste ohne hohen Energieaufwand mithilfe einer herkömmlichen MIKROWELLE in Graphit verwandelt werden können, der wiederum die Basis für die Herstellung von Graphen darstellt, dem dünnsten Material der Welt, das trotzdem zweihundertmal so robust wie Stahl und zudem sehr leitfähig ist. Nein? Dann wird es höchste Zeit für einen „Kochkurs“ der besonderen Art, in dem wir mit drei „frischen Rezepturen“ aus unserem Innovationskompass aufwarten.


 

REZEPTUR 1:
Chilibestandteil sorgt für mehr „Power“ bei Solarzellen

Dass Chili mehr „Power“ in jedes Essen in Form von Schärfe „zaubert“, ist bekannt. Dafür sorgt der Pflanzenstoff Capsaicin – kurz: CPS. Dass dieselbe Substanz aber auch bei Solaranlagen zu mehr „Power“ führt, war bis vor Kurzem nicht bekannt. Nun haben Wissenschaftler herausgefunden, dass Capsaicin den Prozess der Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie deutlich verbessern und den Wirkungsgrad einer Perowskit-Solarzelle von 19,1 auf fast 22 Prozent erhöhen kann. Das liegt vor allem daran, dass CPS aufgrund seiner Eigenschaften Stromverluste innerhalb der Solarzelle reduzieren und jene Schwachstellen, die in den Kristallgittern der Zelle üblicherweise entstehen, zum größten Teil ausgleichen kann. Wie genau? Normalerweise binden sich „intakte“ Elektronen an jene defekten Stellen, an denen Elektronen fehlen, wodurch diese aber als Ladungsträger für elektrischen Strom ausfallen. Capsaicin kann diese „Bindung“ verhindern und für mehr „freie“ Elektronen in den Solarzellen sorgen, wodurch wieder mehr Strom weitergeleitet werden kann. Zudem sorgt Capsaicin für eine längere Lebensdauer der Solarzellen. Das zeigte ein Versuch: Jene Zellen, die mit CPS angereichert waren, verfügten nach rund 33 Tagen Lagerung bei Raumtemperatur und einer entsprechenden Luftfeuchtigkeit noch über 90 Prozent ihres ursprünglichen Wirkungsgrades. Die „Vergleichssolarzelle“ ohne CPS wies hingegen nur noch 40 Prozent des ursprünglichen Wertes auf. Die Forscher führen diesen Umstand auf die Tatsache zurück, dass Capsaicin für mehr Wasserabweisung sorgt, und sehen in ihrer „Entdeckung“ insgesamt eine umweltfreundliche und nachhaltige Technologie. [1]


REZEPTUR 2:
Mit Karottenresten wird Beton klimafreundlicher

Die Herstellung von Beton – dem wichtigsten Baumaterial der Welt – verursacht viel CO2. Forscher der Lancaster University haben nun einen ungewöhnlichen Ansatz entwickelt, um dem entgegenzuwirken. Durch die Beimischung von Karottenfasern, die z. B. aus dem bei der Babynahrungsproduktion entstehenden Abfall oder aus landwirtschaftlichen Resten hergestellt werden, kann Zement CO2-ärmer und damit klimafreundlicher produziert werden. Dazu muss man wissen: Für die Herstellung von Beton wird Zement mit Wasser gemischt. Diese „Paste“ kann dann Sand und kleine Partikel aneinanderbinden – vorausgesetzt, alle Partikel nehmen ausreichend Wasser auf, was leider nicht immer der Fall ist. Genau an dieser Schwachstelle setzt das Forschungsteam an: Die Karottenfasern werden zu hauchdünnen Plättchen verarbeitet und dem Zement beigemengt. Dort dienen sie als eine Art Wasserspeicher, der die Flüssigkeit bei Bedarf zu den Partikeln transportiert. Zudem sorgen die Karotten-Nanoblätter, die im Zement verbleiben, für mehr Struktur und Stabilität. Der Zement erfährt dadurch eine Effizienzsteigerung, was in der Folge dazu führen soll, dass weniger davon verwendet werden muss. [2]

 

REZEPTUR 3:
Künstliche Graphit-Herstellung: mit Mikrowelle und Kohlestaub

Graphit, eine stabile Form von Kohlenstoff, ist ein begehrter Rohstoff, der z. B. für die Herstellung von Bleistiften, Lithium-Ionen-Batterien, Schmierstoffen und Graphen – dem weltweit dünnsten Material – verwendet wird. In Zukunft soll er auch als Kühlmittel in Elektronik und Brennstoffzellen eingesetzt werden. Weil die natürlichen Vorkommen aber begrenzt sind, muss Graphit zunehmend künstlich hergestellt werden. Aktuell passiert das mithilfe eines Verfahrens, das als „Verkokung“ bekannt ist und bei dem Kohle bei über 3.000 Grad veredelt wird, was natürlich sehr energieintensiv ist. Nun haben Forscher der University of Wyoming herausgefunden, wie sich Kohlestaub mithilfe einer herkömmlichen Mikrowelle ohne hohen Energieaufwand in Graphit verwandeln lässt. Dabei wird das Pulver zerriebener Kohle auf einer zinkenartig zugeschnittenen Kupferfolie platziert, die an die Form einer Gabel erinnert. Diese Folie wird in einem Glasbehälter, der mit Argongas und Wasserstoff gefüllt ist, angebracht und dann 15 Minuten in einer Mikrowelle erhitzt. Dabei entstehen an den Zinken helle Funken, die innerhalb weniger Sekunden eine Temperatur von mehr als 980 Grad erzeugen. Das führt zu einer chemischen Reaktion, bei der die Kupferfolie als Katalysator die Umwandlung beschleunigt, während die Gase Argon und Wasserstoff als Reduktionsmittel dienen. Im Ergebnis entstehen die begehrten und vielseitig einsetzbaren Graphit-Nanokristalle. Das Verfahren eröffnet einen neuen Weg, vorhandene Kohleressourcen – darunter auch Kohlereste von nicht mehr gewinnbringend abbaubaren Kohlevorkommen – in hochwertige Materialien umzuwandeln. [3]


Wir hoffen, wir konnten Ihnen mit diesen drei Beispielen das Experimentieren mit neuen Werkstoffen und Verfahrenstechniken so richtig „schmackhaft“ machen. Sie zeigen vor allem auch, dass Effizienz und Nachhaltigkeit kein Widerspruch sein müssen. Im Gegenteil! CO2-Reduktion, Kreislaufwirtschaft und Langlebigkeit stehen zunehmend im Fokus sämtlicher Entwicklungsbemühungen. Und das ist gut so, wie wir finden.

Klaudia und das in-manas-Team

 

II


QUELLEN UND LESETIPPS

[1] Chili macht Solarzellen wirksamer

[2] Mit Karotten wird Beton klimafreundlicher und zur Energiequelle

[3] Material für Akkus: Mikrowelle erzeugt Graphit aus Kohlestaub

 


SCHON GEWUSST?

Mit dem in-manas-Trendradar können Sie die Entwicklungen und Auswirkungen aller relevanten Mega- und Makrotrends auf Ihr Unternehmen im Kontext von Wirtschaft und Gesellschaft bewerten. Arbeiten Sie mit beliebig vielen Personen – orts- und zeitunabhängig – auf virtuellen Pinnwänden gezielt an den unterschiedlichsten Frage- oder Problemstellungen, ganz im Sinne von Open Innovation und New Work. Laden Sie Mitarbeiter, externe Kunden oder Experten zur Lösung einer konkreten Problemstellung ein. Die Teilnehmer können jederzeit eigene Vorschläge auf der virtuellen Pinwand posten und die Lösungsvorschläge anderer Teilnehmer bewerten.

Mehr erfahren 

Die Autorin

Foto: Klaudia Weber
Klaudia Weber
alle Artikel
Klaudia gibt uns regelmäßig "in-sights" rund um die Themenbereiche "New Work", "New Learning", "Nachhaltigkeit", "Neue Lebensstile" und "Neue Geschäftsmodelle" - nicht nur im Rahmen dieser Blogbeiträge, sondern auch, indem sie unseren Innovationskompass laufend mit den jüngsten Trends und Innovationen anreichert. Außerdem denkt und schreibt die "gelernte" Sozialpädagogin gerne "outside the box" und tauscht sich dazu immer wieder mit Experten und Vordenkern aus den unterschiedlichsten Disziplinen aus: angefangen von Soziologen und Philosophen bis hin zu Gehirnforschern.