Energie vom Sommer in den Winter

Eine der brennendsten Fragen im Zusammenhang mit erneuerbaren Energien - im Speziellen der Photovoltaik - ist jene, wie sich die vor allem während der Sommermonate produzierte Energie speichern lässt, um sie auch im Winter zur Verfügung zu haben. Ein Team der HTL Rennweg in Wien, bestehend aus fünf Schülern, steht diesbezüglich vor einem Meilenstein. Die Lösung lautet Powerpaste. Sie ist ein vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) entwickelter Wasserstoffspeicher, der in dem System der Jugendlichen das Kernelement bildet und unabhängig von Wind und Wetter jederzeit die Herstellung von Energie ermöglicht.

"Im Sommer wird, da der Tag so lange ist und es viel Licht gibt, durch Solarpaneele viel zu viel Energie produziert. Entweder wird diese verschwendet, weiterverkauft oder ins Netz zurückgespeist", schildert Projektleiter Mohammed Shah der "Wiener Zeitung" die Problematik. "Mit unserer Anlage wird es möglich sein - auch während der Wintermonate -, einen ganzen Haushalt zu versorgen", erklärt der Schüler weiter - und sogar mehr.

Powerpaste absolut neuartig

Die Powerpaste ist absolut neuartig. Hauptbestandteil ist eine ungiftige Substanz namens Magnesiumhydrid, in der Wasserstoff in einer sicheren Form gespeichert ist. Die Technologie basiert auf der chemischen Reaktion zwischen diesem Magnesiumhydrid und Wasser. Bei der Reaktion entstehen Wasserstoff und Magnesiumhydroxid als einziges, ungiftiges Nebenprodukt. Die Hälfte des erzeugten Wasserstoffs besteht aus dem zugefügten Wasser. Dessen Erzeugung mit der Powerpaste ist hochdynamisch, während das Material selbst sicher im Umgang ist. Die Stromerzeugung erfolgt in einem vollautomatischen brennstoffzellenbasierten Generator.

Genau dieser Herausforderung stellen sich nun die fünf Mechatroniker - Mohammed Shah, Maximilian Hrdina, Daniel Lueger, Tobias Laun sowie Fabian Reicher. Sie bauen im Rahmen ihrer Diplomarbeit ein System bestehend aus einer Steuereinheit, einer Brennstoffzelle, einem Wasserbehälter, einem Reaktionsbehälter und einem Powerpastenbehälter. Wie mit einer Kartusche wird das zahnpastaähnliche Material in den Reaktionskessel gedrückt. Über einen Schlauch wird Wasser hinzugefügt. In Folge entsteht Wasserstoff, der über die eingebaute Brennstoffzelle letztlich den Strom erzeugt. Diesen wiederum lassen sie in einen Akku fließen.

Zehnmal mehr Energie

HTL-Lehrer Martin Meschik schildert die Vorteile der Paste: Man kann sie über mehrere Jahre trocken lagern. "Bei Wasserstoffflaschen entweicht der Wasserstoff mit der Zeit, weil er selbst so leicht ist. Bei der Powerpaste ist er gespeichert. Sie ist auch extrem temperaturbeständig und hält bis zu 250 Grad Celsius aus. Man muss nur darauf achten, dass die Paste nicht mit Wasser in Kontakt kommt."

"Ein Riesenvorteil ist, wenn man das Volumen von der Powerpaste mit einem herkömmlichen Lithium-Ionen-Akku, wie er in Handys enthalten ist, vergleicht. Im selben Volumen steckt in der Paste zehnmal mehr Energie", so Team-Mitglied Daniel Lueger. In einem Kilogramm Powerpaste stecken ungefähr 1,6 bis 1,8 Kilowatt.

Auch im Betrieb ergibt sich ein wesentlicher Vorteil: Während in der Brennstoffzelle der Wasserstoff mit dem Luftsauerstoff reagiert und Strom erzeugt wird, entsteht als Abfallprodukt Wasser. Dieses kann wiederum über den Wasserkessel zur Powerpaste hinzugefügt werden. Der Kessel muss also nur einmal aufgefüllt werden und dann läuft das System quasi wasserunabhängig.

"Als Initialzündung nimmt man ein oder eineinhalb Liter destilliertes Wasser, dann startet die Reaktion. Und sobald die Brennstoffzelle arbeitet, kommt hinten so viel Wasser heraus, dass man das quasi die ganze Zeit in Betrieb halten kann", skizziert Martin Meschik bildlich.

Netzunabhängiges System

Solche Alternativen sind, um den menschlichen Fortschritt weiter vorantreiben zu können, mehr denn je gefragt. Hochenergetische Materialien, vor allem in Form von fossilen Brennstoffen, haben diesen bisher ermöglicht. Da die fossilen Brennstoffe allerdings immer knapper werden und die Erderwärmung eine schädliche Nebenwirkung der Verbrennung dieser Materialien ist, hat das enorme wirtschaftliche Auswirkungen. Im Gegensatz zu Batterien sind Powerpaste-basierte Stromversorgungssysteme netzunabhängig und können, je nachdem wie groß die Brennstoffzelle ist, in Sekundenschnelle wieder aufgeladen werden, heißt es in dem White Paper des Fraunhofer-Instituts.

Die zusätzliche durch Powerpaste in die Wege geleitete Speicherung in einem Akku hat auch noch einen nicht zu unterschätzenden Nebeneffekt. Das System ist vollständig autark und kann daher auch im Falle eines Blackouts, vor dem vor allem in den letzten Monaten von Blackout-Experten bis hin zum Verteidigungs- und Innenministerium gewarnt wurde, zum Einsatz kommen und damit einen ganzen Haushalt versorgen.

Für ihr Projekt H2Charge haben die fünf Schüler bereits 7.000 Euro an Sponsorengeldern lukriert. Die großen Fördergeber sind Wien Energie und Kapsch. Was ihnen jedoch noch fehlt, ist die Powerpaste selbst. Eine extrem große Nachfrage hat nämlich dazu geführt, dass die Speichermasse quasi vergriffen ist. "Wir kommen so schwer dazu, weil sie so neu ist", erklärt Martin Meschik. Als Ersatz wird das Team das System unterdessen mit Wasserstoff aus der Flasche betreiben. Rund um Weihnachten sollen erste Tests erfolgen.

Prototyp wird gefertigt

Der Vorteil für die Mechatroniker: Sie haben nicht nur die Idee, sondern können dann einen fertigen Prototypen vorzeigen und in Betrieb nehmen. Und "wir können zeigen, dass das funktioniert", sind sie stolz. In Folge lässt sich das System upgraden. Die derzeitige Programmierung lässt eine Erweiterung auf insgesamt 16 Generatoren zu. Diese Skalierbarkeit nach oben hat kaum Grenzen. Auch können etwa leistungsstärkere Brennstoffzellen zum Einsatz kommen, die die gesamte Anlage noch umfangreicher machen.

Mit der Teilnahme an verschiedenen Wettbewerben - etwa Jugend Innovativ - will das Projektteam seine Arbeit auch nach außen tragen. Denn: "Die Powerpaste ist DIE Lösung", sind sich die fünf einig.