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Foto: © Ch. Jungwirth
Martin Wilkening, Manfred Schweinzger
Batterien als Schlüsselelemente auf dem Weg zur Klimaneutralität Von der Grundlagenforschung zu modernen Anwendungen Batterien sind aus unserem heutigen Leben nicht mehr wegzudenken. Als nachhaltige Energiespeichersysteme werden insbesondere Li-Ionenbatterien eine entscheidende Rolle bei der Verminderung unseres CO2-Ausstoßes einnehmen. Neue Systeme mit festen, keramischen Li-Ionenleitern setzen auf hohe Energiedichten, Temperaturstabilität und Sicherheit. Ihr Anfang geht bis in die Ölkrise zu Beginn der 70er Jahre zurück.
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ie Nachfrage nach Batterien steigt zunehmend und das hat Gründe (Abb. 1). Die Verbrennung fossiler Energieträger, wie z. B. Kohle oder Gas, ist maßgeblich für die Erhöhung des CO2-Anteils in unserer Atmosphäre verantwortlich. In den Bereichen Verkehr, Stahlindustrie und auch in der Bauindustrie werden jährlich große Mengen CO2 in die Atmosphäre entlassen (Abb. 1). Neben CO2 wird Methan infolge intensiver Landwirtschaft zu einer weiteren Belastung für unsere Atmosphäre. Insbesondere Länder wie China und die USA tragen zu einem erheblichen Anteil an dieser CO2-Belastung bei. Pro Jahr sind es etwa 30 Milliarden Tonnen CO2, die in die Erdatmosphäre entlassen werden (Abb. 1). Und dies bleibt nicht ohne gravierende Folgen. Etwa 70 % der kurzwelligen Sonnenstrahlung gelangen auf die Erdoberfläche, die sich dadurch erwärmt und langwellige Infrarotstrahlung
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emittiert. Gase wie CO2 und Methan verhindern aber die Abstrahlung ins Weltall. CO2 ist ein lineares dreiatomiges Molekül, das mehrere Schwingungsmoden aufweist und Strahlung bestimmter Frequenz in Form von Schwingungs-, also Bewegungsenergie, speichern kann. Bei der erneuten Umwandlung von Bewegungsenergie in Wärmestrahlung wird jedoch
etwa die Hälfte der Wärmestrahlung wieder in Richtung Erdoberfläche abgegeben. Bei Methan, CH4, ist dies ebenso, aber die Auswirkungen sind noch viel größer. Dieser Effekt, der zu einer merklichen Erwärmung der Atmosphäre führt, wird Treibhausgaseffekt genannt und ist bereits seit 1824 bekannt; 1896 gelang es Svante Arrhenius diesen auch quantitativ
Abb. 1: Globale Nachfrage nach Li-Batterien und CO2 Emissionen nach Ländern (2018 ohne China und 2019 mit China). Nur etwa zehn Länder sind für fast zwei Drittel des CO2 Gesamtausstoßes verantwortlich. 3C meint Computing, Communication und Consumer. EV: electric vehicle. Quelle: statista, https://de.statista.com
WINGbusiness 2/2021
