Auf allen Kanälen:


Neues aus unserer


Forschung!


© Dagmar Heene / WWF
Die neusten Ergebnisse aus der Welt der Elektromobilität !


von Lilith99
27.03.2016
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Was ist aus dem Mobilitätsprojekt des 2°Campus 2015 geworden?

Vor etwa einem Jahr fing alles. Nachdem ich den 2°Campus im Internet entdeckt und mich direkt beworben, endlich die Zusage zur Teilnahme bekommen und mich nun auf meinem Weg nach Berlin gemacht hatte – kam ich endlich im Wannseeformum an. Der Start eines Projekts, das jetzt schon ein Jahr lang andauert und hoffentlich auch
noch ein paar Jahre lang weitergeführt wird.

 

Aus Zuckerrüben Autobatterien; geht das überhaupt??

 

Diese Frage galt es als Forscherteam des Bereichs „Mobilität“ des 2°Campus 2015 zu beantworten.

Elektrisch betriebene PKWs sind momentan auf Deutschlands Straßen äußerst selten anzutreffen. Sie machen gerade einmal 0,04% des Gesamtbestandes an Autos aus – leider, denn diesem Trend nach schaffen wir es sicherlich nicht mehr bis zum Jahr 2020 auf 1 Mio. Elektrofahrzeuge in Deutschland zu kommen– soweit eigentlich einst das Ziel der Bundesregierung. Dabei müssten wir unsere Ziele eigentlich am besten weit übertreffen, um beim Klimaschutz noch etwas zu erreichen: In Zahlen
ausgedrückt: um die Erderwärmung bis zum Jahr 2050 auf 2°C zu beschränken,
müssten alleine im Verkehrssektor 150 Mio.t CO2 eingespart werden.
Dieses Ziel zu erreichen ist nur mit elektronischen Verkehrskonzepten und Autos
möglich– so weit sind sich die Wissenschaftler einig.

 

Folglich muss dringend etwas getan werden, um die Attraktivität und auch die Nachhaltigkeit der Akkumulatoren der Elektroautos weiter zu verbessern, denn momentan stehen sie immer noch in starker Kritik. Nicht selten aufgrund der Rohstoffe, die für den Bau der Akkumulatoren verwendet werden und alles andere als umweltfreundlich und nachhaltig sind. Da es ein bisschen viel wäre, direkt zu versuchen, alle Bestandteile (siehe Abbildung) des Akkumulators auf einmal zu verbessern, haben wir unsere Forschung zunächst auf die Anode beschränkt. Und genau bei ihr setzt die Fragestellung des Forschersteams der Mobilitätsgruppe des 2°Campus 2015 an:

 

Optimiert sich die Umweltfreundlichkeit von Akkumulatoren
der Elektroautos, wenn die Anode aus Zuckerrüben gewonnen wird? 

Aber: Warum gerade Zuckerrüben!? 

Jährlich werden etwa 800 000t Zuckerrüben ungenutzt entsorgt und wenn es tatsächlich funktionieren sollte, aus Zuckerrübensirup ein Anodenmaterial zu gewinnen, das man für die Herstellung der Autobatterien nutzen kann, könnten die Zuckerrübenabfälle dafür verwendet werden und somit gleichzeitig einen Beitrag zur Reduktion der Lebensmittelsverschwendung leisten.

                             

 

Des Weiteren sind Zuckerrüben ein nachwachsender Rohstoff und im Gegensatz zu Graphit, das momentan noch als Anodenmaterial verwendet wird, nachhaltig. Denn dieses Material wird aus Erdölabfällen hergestellt, was zwei Nachteile mit sich bringt: Erdöl ist eine endliche Ressource und wird immer schwieriger, teurer und energieaufwändiger zu gewinnen. Darüber hinaus erfordert die Verarbeitung zu Graphit noch einmal einiges an Energie. Sprich: Es ist dringend notwendig, die Anode der Akkumulatoren zu verbessern, wenn flächendeckend E-Autos eingesetzt werden sollen

Also: keine Zeit verlieren und ran an die Forschung!

Betreut wurden wir die gesamte Zeit über von unserem wissenschaftlichen Mentor Kolja Beltrop, der als Doktorand am MEET in Münster beschäftigt ist. So war es auch kein Wunder, dass wir uns als unsere Forschungsfrage dann vollständig geklärt und sowohl alle Vorbereitungen getroffen, als auch insbesondere alles notwendige Vorwissen angeignet worden war, in Münster wiedertrafen. 

Im 2. Block des Forschungsprojekt fanden wir uns also am MEET ein und begannen mit unserer Forschung. Durch mehrere Verarbeitungsschritte, wie das Erhitzen unserer hergestellten Zuckerrübensirupwassermischung unter hohem Druck, dem Waschen der entstehenden Suspension, weiterem Erhitzen, ausstampfen, dem Bau einer Zelle in einer Glove-Box… - hielten wir alle schließlich unsere erste jemals mithilfe von Zuckerrübensirup hergestellte Swagelokzelle (eine Art Testbatterie) in den Händen.

 

                                                   

                                Die Zuckerrübensirupwasser-Lösüng wird hergestellt

                         

                                                 Die fertige Swagelokzelle

 

Nach dem Untersuchen unserer Probezellen mit Verfahren, wie der Zyklisierung und der Zyklovoltammetrie, waren wir auch von den Ergebnissen sehr positiv überrascht. Unsere hergestellten Zellen sind zwar noch nicht perfekt, die gemessenen Werte, wie bspw. Die Kapazität oder die Zyklenstablität weichen jedoch auch nicht stark von denen eines herkömmlichen Akkumulators ab. Und das bereits beim allerersten Versuch! (Die ausführlichen Ergebnisse könnt ihr euch hier anschauen :) 

Ende des zweiten Blocks haben wir schließlich unsere Ergebnispräsentationen erstellt und uns daran gemacht, unsere Forschungsergebnisse publik zu machen. Köpfe rauchten vor Bildschirmen, an denen gerade Artikel oder Vorträge entstanden, Konzepte wurden erstellt, besprochen und verworfen und schließlich finale Plakate erstellt, mit denen wir im dritten Block im Oktober 2015 noch einen Schritt weiter gehen konnten:


Wir haben unsere Ergebnisse bei der Robert Bosch - Stiftung im Rahmen einer
Abschlussveranstaltung vorgestellt. Mit interessanten Fragen und spannenden
sowie mitreißenden Antworten haben wir uns mit mehreren Schülern als auch
Erwachsenen mit dem Thema „Ist Klimaschutz ein Motor, um Jugendliche für MINT zu begeistern?“ auseinandergesetzt und in diesem Rahmen unsere eigenen
Ergebnisse vorgestellt. 

Doch damit hatte ein Teil unserer Gruppe nicht genug. Drei von uns beschlossen, auch nach dem dritten Block noch weiter an unserem Ansatz zu forschen und machten sich daran, zu versuchen, unsere Zellen noch weiter zu verbessern. Als ersten Schritt variierten wir hierfür die Dauer der Autoclavenreaktion, um zu überprüfen, was sich dabei mit unserer Effizienz und der Kapazität unserer Testbatterien verändern wird.

 

            

Aufnahmen der Carbon Spheres mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM)

Unsere Vermutungen: 

Natürlich überlegten wir im Voraus, was aufgrund dieser Veränderung im Herstellungsprozess zu erwarten sein würde und kamen zu dem Schluss, dass wahrscheinlich die Kapazität der neugebauten Zellen deutlich unter der des ersten Versuchsdurchlaufs liegen wird und unsere Effizienz etwas angesteigen müsste.

 

Erklären lässt sich diese Annahme damit, dass die Partikel während der doppelten Autoclavenreaktion größer werden. Somit liegt im Verhältnis zum Volumen eine geringere Oberfläche vor, an die sich später Lithiumionen anlagern können, wodurch unsere Kapazität stark sinkt. Gleichzeitig ist jedoch auch eine kleinere Angriffsfläche für unerwünschte Nebenreaktionen geboten, sodass die Effizienz steigen sollte. 

                       

                                                                                                                                                                                

            Die Ergebnisse beider Versuchsreihen: links: erste Versuchsreihe,

            rechts:zweite Versuchsreihe

 

Unsere Erwartungen bestätigten sich, nachdem wir erneut Testzellen gebaut und diese untersucht hatten: Die Kapazität der Swagelokzellen unseres zweiten Versuchsdurchlaufs liegt bei etwa 100 mAhg-1  im Gegensatz zu den zuvor erreichten 225mAhg-1, während die Effizienz ein wenig angestiegen ist (vgl. Diagramme). Somit können wir unsere Theorie in diesem Versuch bestätigen und nun in den nächsten Schritten versuchen, die optimalen Herstellungsbedingungen herauszufinden, unter denen sowohl die Kapazität als auch die Effizienz ihr Maximum erreichen. 

 
Mit unserer Forschungsarbeit haben wir auch beim Wettbewerb Jugend forscht teilgenommen und am Freitag 19.02, in der Regionalauswahl Münster erfolgreich den dritten Platz im Bereich „Chemie“ erhalten. Darüber hinaus bekamen wir einen Sonderpreis des Schirmherr Titus Dittmann

 

 

Aber: So wie es mit der Forschungsbegeisterung ist: Wir sind lange nicht am Ende unseres Projektes und haben unglaublich viele Ideen, an denen wir weiterforschen können – und genau das werden ein paar von uns auch tun: verschiedene Parameter verändern und deren Auswirkungen prüfen, verschiedene Elektrolyte einsetzen, und auch versuchen eine fast rein pflanzliche Batterie herzustellen, denn es gibt
bereits Ansätze, aus Schilf oder Bambus weitere Bestandteile des Akkumulators
zu bauen. 

Wer weiß, wenn wir ambitioniert genug dabei bleiben, finden wir vielleicht in ein paar Jahren fast nur noch Autos, die mit einem „Naturakku“ durch die Gegend fahren.

 

 

Bildquellen:

Titelbild: WWF/Arnold Morascher

weitere:  

©Thomas Bergmann, 2015: eigene Darstellung nach ZSE-Daten des Umweltbundesamtes, Monitoringbericht

 ©„Energie der Zukunft“ 2012,  Verkehrsverflechtungsprognose 2030 -Klimafreundlicher Verkehr in Deutschland

©Mobilitätsgruppe 2015 

©Marie Diop Yatou

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Kommentare (2)
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Sortieren nach Aktualität:
03.05.2016
Papillon hat geschrieben:
Es ist toll, dass viele sich für die Verbesserung von umweltschädlichen Dingen interessieren und auch eine Lösung finden.
28.03.2016
Luke24 hat geschrieben:
Erst einmal "Daumen hoch" für all euer Engagement und herzlichen Glückwunsch zu den erhaltenen Preisen.

Auch wenn ich auf dem Gebiet nur sehr mäßig bewandert bin, konnte ich dem Bericht inhaltlich einigermaßen Folgen. - Ein wirklich spannendes Thema mit sicherlich sehr viel Potenzial.

Ich hoffe, dass in Zukunft ausreichend Geld für Forschungen in diesem Bereich abgestellt wird, fürchte aber zugleich, dass neben der wissenschaftlichen Tätigkeit viel Überzeugungsarbeit notwendig ist, um auch die Bürger von Elektroantrieben bei PKWs zu überzeugen.
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