Robert Klatt
Die Energiewende benötigt große Stromspeicherkapazitäten, um die schwankende Leistung der Wind- und Solarkraft auszugleichen. Nun wurde ein Zement mit lebenden Batterien entwickelt, mit dem Häuser zu einer Batterie werden können.
Aarhus (Dänemark). Erneuerbare Energien decken inzwischen rund die Hälfte des Strombedarfs in der Europäischen Union (EU) und von Großbritannien. Damit Wind-, Wasser- und Solarkraft künftig einen noch größeren Anteil an der Stromversorgung übernehmen können, sind große Speicher nötig, weil die Stromproduktion aus erneuerbaren Quellen deutlich stärker schwankt als bei Kohle-, Gas- und Atomkraftwerken. In Schottland wurde deshalb kürzlich der größte Batteriespeicher Europas an das Stromnetz angeschlossen.
Forscher der Universität Aarhus haben im Fachmagazin Cell Reports Physical Science nun eine Alternative zu herkömmlichen Batterien vorgestellt. Es handelt sich dabei um einen Zement mit lebenden Bakterien, der ähnlich wie ein Superkondensator Strom speichern kann.
Das exoelektrogene Bakterium Shewanella oneidensis kann in Umgebungen ohne Sauerstoff überleben und nutzt dort stattdessen Metalle oder organische Transporter für den Stoffwechsel. Die dabei ablaufenden Stoffwechselreaktionen übertragen Elektronen auf Elektronenakzeptoren und es kommt zu einem Elektronentransfer.
Innerhalb des Zements bilden die Bakterien ein Netzwerk aus Ladungsträgern, das Energie speichern und freisetzen kann. Die Energiedichte des biohybriden Systems liegt bei 178,7 Wh/kg und die Leistungsdichte bei 8,3 kW/kg. Ein Raum aus diesem Zement kann also rund 10 Kilowattstunden (10 kWh) speichern und übertrifft damit andere Kondensatoren auf Zementbasis deutlich.
Um die lebenden Energiespeicher zu erproben, haben die Forscher sechs Zementblöcke zusammengeschaltet. Die gespeicherte Energie konnte auch bei extremen Temperaturen von minus 15 Grad Celsius und plus 80 Grad Celsius eine LED-Lampe versorgen. Am höchsten war die Leistung bei 33 Grad Celsius.
Im Zeitverlauf nimmt die Aktivität der Bakterien kontinuierlich ab, weil die im Zement vorhandenen Nährstoffe verbraucht werden. Die Forscher haben deshalb ein mikrofluidisches System in die Zementblöcke integriert, das die Bakterien mit allen Nährstoffen versorgt und dadurch die Leistung aufrechterhält.
Laut den Wissenschaftlern handelt es sich bei dem Energiespeicher aktuell noch um ein Proof-of-Concept, das lediglich zeigt, dass ein solches System funktionieren kann. In Zukunft könnte das fertige Produkt die Wände von Häusern in große, regenerierbare Stromspeicher verwandeln, die Energie aus Wind- und Solarkraftwerken ohne herkömmliche Batterie speichern.
Cell Reports Physical Science, doi: 10.1016/j.xcrp.2025.102810
