Eugen G. Leuze Verlag KG
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Mittwoch, 01 März 2023 10:59

Brief aus England

von
Geschätzte Lesezeit: 8 - 16 Minuten
Abb. 3: Der „Pipebot“ ist ein autonomes Rohrleitungsinspektionsgerät Abb. 3: Der „Pipebot“ ist ein autonomes Rohrleitungsinspektionsgerät Foto: Uni Sheffield

Endlich bessere Nachrichten

Das Jahr 2022 war für die meisten von uns kein sehr erfreuliches Jahr, aber auf dem Weg ins Jahr 2023 gibt es einige hoffnungsvolle Entwicklungen. Am wichtigsten für uns alle, sowohl in der Industrie als auch für Privatleute, sind die Anzeichen für sinkende Energiepreise. Es gibt keinen einzigen Indikator für die globalen Energiepreise. Abbildung 1 zeigt aber den Preis für Rohöl der Sorte West Texas Intermediate (US$ pro Fass), der ein weit verbreiteter Referenzwert ist.

Abb. 1: West Texas Crude Oil Preis (Grafik: tradingeconomics.com)Abb. 1: West Texas Crude Oil Preis (Grafik: tradingeconomics.com)

Natürlich werden die weltweiten Energiepreise weiterhin schwanken, wie sie es schon immer getan haben, und wenn China seine Pandemie überwunden hat, wird es seinen Energieverbrauch erhöhen und die Preise in die Höhe treiben. Und während zurzeit die Preise für fossile Brennstoffe vorerst sinken, steigt in einigen europäischen Ländern die Produktion erneuerbarer Energien stetig an. In Großbritannien wurde im Januar 2023 mit 21 GW die bisher höchste Windenergieleistung verzeichnet. Ich habe keine Daten für andere europäische Länder, aber in Großbritannien sind inzwischen 40 % des Stroms erneuerbar. Und dieser Anteil wird in diesem Jahrzehnt jedes Jahr steigen, wenn mehr Windparks in Betrieb genommen werden. Die Bedeutung der Technologie, ebenso wie die Windturbinen selbst, werden immer größer. Die derzeit größten in Betrieb befindlichen Windturbinen sind die Haliade-Modelle von GE (USA), deren Spezifikationen Tabelle 1 zeigt. Kurz gesagt, Jahr für Jahr werden wir in Europa (und anderswo weltweit) immer weniger fossile Brennstoffe verbrauchen. Gute Nachrichten für die Umwelt – weniger gute Nachrichten für die Ölproduzenten des Nahen Ostens, für Russland und auch für Australien und Indonesien, dem größten Kohleexporteur der Welt.

Tab. 1: Technische Spezifikationen der Haliade-X-WindturbineTab. 1: Technische Spezifikationen der Haliade-X-Windturbine

Seltene Erden – more good news

Abb. 2: Bekannte Standorte großer SE-Vorkommen (Quelle: US Government Geological Survey )Abb. 2: Bekannte Standorte großer SE-Vorkommen (Quelle: US Government Geological Survey )Da unsere Welt immer „elektrischer“ wird, werden die Seltenerd (SE)-Metalle immer wichtiger. Gegenwärtig ist China der bei weitem größte Produzent der Welt. Einige seiner SE-Exporte werden in China abgebaut und dann raffiniert. Einige kommen aus Australien, werden aber zur Raffination nach China geschickt. 98 % der in Europa verwendeten SE-Metalle werden aus China importiert. Vergangenes Jahr habe ich an dieser Stelle berichtet, dass in der Türkei große Vorkommen an SE-Metallen gefunden wurden, was sicherlich eine gute Nachricht war. Unter der derzeitigen politischen Führung ist jedoch niemand sicher, wie verlässlich die Türkei als Partner ist. Manchmal lehnt sich die Türkei an Europa an. Aber zu anderen Zeiten scheint sie sich an Russland anzulehnen. Kurzum, es ist schwierig, die Türkei als „zuverlässigen Partner“ zu betrachten. Es war daher eine sehr gute Nachricht, als wir vor wenigen Wochen von der Entdeckung des größten SE-Vorkommens Europas in Kiruna, nahe dem Polarkreis in Schweden erfuhren. Die Entdeckung wurde von der staatlichen schwedischen Bergbaugesellschaft LKAB gemacht, die bereits die größte Eisenerzmine in Europa betreibt. Dies ist eine aufregende Nachricht, auch wenn Experten darauf hingewiesen haben, dass es 10–15 Jahre dauern könnte, bis diese Vorkommen tatsächlich abgebaut werden. Die allgemeine Meinung ist, dass SE und Lithium in den kommenden Jahren wichtiger sein werden als Erdgas und Öl. Abbildung 2 zeigt die wichtigsten bekannten SE-Lagerstätten in der Welt. Sie zeigt keine bedeutenden SE-Vorkommen in Australien oder der Türkei. Kurz gesagt, es scheint, dass die Welt in absehbarer Zukunft über ausreichende SE-Reserven für Elektrofahrzeuge, Windturbinen, Handys und viele andere Anwendungen verfügen wird.

Und Lithium?

Abgesehen von den SE-Elementen ist das andere Schlüsselelement für eine vollelektrische Zukunft Lithium. Dieses lebenswichtige Element kommt in zwei Formen vor – als Bestandteil von hartem Gestein und auch in wässrigen Solen. Lateinamerika verfügt über die größten Reserven der Welt – Bolivien mit geschätzten 21 Millionen Tonnen, Argentinien mit 17 Millionen Tonnen, Chile mit 9 Millionen, die USA mit 7 Millionen, Australien mit 6 Millionen und China mit 4,5 Millionen. Auch Simbabwe und Portugal verfügen über bekannte Reserven. Lithiumhaltige Erze sind auch in Europa weit verbreitet, einschl. Deutschland und Österreich. Die einzige Lagerstätte, die kurz vor der kommerziellen Nutzung steht, ist das Jadar-Gebiet in Serbien, wo Rio Tinto tätig ist. Das Jadar-Gebiet enthält schätzungsweise 10 % des weltweit bekannten Lithiums, aber das Projekt stößt auf erbitterten lokalen Widerstand und seine Zukunft ist ungewiss. Im Dezember 2022 schien die serbische Premierministerin Ana Brnabic noch unentschlossen, ob sie das Projekt weiterführen soll. Es wäre gut für die serbische Wirtschaft, aber die Anwohner sind nach wie vor vehement dagegen. In Cornwall, im Westen Englands, gibt es bedeutende Lithiumvorkommen, und zwei Unternehmen – British Lithium und Cornish Lithium – entwickeln Pläne zur Gewinnung des Metalls. Doch wie bei allen Bergbauprojekten ist auch hier die Zukunft ungewiss.

Unter unseren Füßen

Sowohl durch England als auch durch Deutschland verlaufen bis zu eine Million Kilometer Wasserleitungen. Die haben leider auch Tausende von Lecks, durch die jedes Jahr Millionen Liter kostbaren Wassers verloren gehen. Bis vor kurzem war die Technologie für die Suche von Lecks relativ primitiv, zum Beispiel mit akustischen Geräten, die auf das Geräusch von austretendem Wasser reagieren. Doch die Wasserwerke entwickeln jetzt einen neuen Robotertyp – den sogen. „pipebot“ (Abb. 3). Dabei handelt es sich um autonome Geräte, die sich durch Wasserleitungen bewegen können und über den Zustand der Rohre und eventuelle Lecks berichten. Eine Spezialistin für künstliche Intelligenz, Prof. Netta Cohen von der Universität Leeds, erklärt: „Wir werden eine ganze Menge dieser Roboter brauchen, um in den kilometerlangen Rohren arbeiten zu können“. Die größte Herausforderung ist die Kommunikation. „Unter der Erde gibt es kein GPS. Die Roboter werden also über kurze Entfernungen miteinander kommunizieren müssen (über Ton oder Wifi). Professor Cohen und ihre Kollegen entwickeln ein System, bei dem ein größerer „Mutterroboter“ eine Gruppe von Miniaturrobotern trägt und einsetzt. „Sie setzen diese kleinen Pipebots ab, damit sie in die kleineren Rohre gehen und sammeln sie ein, wenn sie fertig sind“. Das Entwicklerteam von ICAIR (Integrated Civil and Infrastructure Research Centre) der Universität Sheffield hofft, dass die ersten Pipebots innerhalb von fünf Jahren im Wassernetz patrouillieren. Bis dahin müssen die Wasserwerke jedes Mal, wenn ein Leck auftritt, in dem Labyrinth aus Kanalisationsrohren, Gasleitungen und Kabeln suchen, um es zu reparieren. https://icair.ac.uk

Die Zukunft der Landwirtschaft

Abb. 4: Roboter-Ernte von Brokkoli (Foto: Upp Ltd )Abb. 4: Roboter-Ernte von Brokkoli (Foto: Upp Ltd)Könnte man einen Bauern aus dem 19. Jahrhundert auf magische Weise auf heutige Bauernhöfe „beamen“, würde ihm vieles von dem, was er sieht, sehr vertraut vorkommen. Er würde nur feststellen, dass es keine Pferde gibt – und stattdessen ein leuchtend farbiges „eisernes Pferd“ – einen Traktor. Aber die Landwirtschaft steht heute am Rande einer Revolution. Wir beobachten zwei unterschiedliche Entwicklungen. Einerseits den Bau von riesigen gläsernen Treibhäusern, in denen Pflanzen ohne Erde in einem optimierten Klima angebaut werden. Und zum anderen traditionelle Felder, bei denen Aussaat, Pflanzung und Ernte automatisiert sind. Viele traditionelle Bauern leiden seit langem unter dem gleichen Problem. Die meiste Zeit des Jahres brauchen sie nur einen oder zwei Landarbeiter. Aber wenn Erntezeit ist, vor allem bei Gemüse, brauchen sie ein ganzes Team von Arbeitern – aber nur für ein paar Wochen. Und in weiten Teilen Europas wird es immer schwieriger, solche Leute zu finden. In der ehemaligen Sowjetunion oder in China war das Problem leicht zu lösen. Studenten, Soldaten und andere junge Menschen wurden gezwungen, jeden Sommer vielleicht einen Monat lang auf den Feldern zu arbeiten. Doch heute entwickeln Dutzende von Unternehmen automatisierte Maschinen für die Ernte von Feldfrüchten.

Von einer britischen Erntemaschine für Brokkoli wird behauptet, sie könne die Saisonarbeiter auf den Feldern ersetzen und 80 % mehr von der Ernte verwerten. Das Unternehmen Upp hat einen Roboter entwickelt, der auf einen Traktor montiert ist (Abb.4).

Er nutzt 3D-Kameras und künstliche Intelligenz, um pflückbereite Brokkoliköpfe zu erkennen. Das gelingt selbst dann, wenn sie mit Blättern verdeckt sind. Er trennt die Köpfe vorsichtig von der Pflanze. Im Gegensatz zum Menschen kann das von Upp entwickelte Fahrzeug rund um die Uhr auf den Feldern arbeiten. Der Roboter verarbeitet den Rest der Brokkolipflanze, d. h. die 80 %, die normalerweise auf dem Feld verrotten würden, zu pflanzlichem Eiweiß, das in alternativen Fleisch- und Nahrungsmitteln verwendet werden kann, was dem Landwirt zusätzliche Einnahmen verschafft. Upp wird die Technologie im Laufe des nächsten Jahres in Zusammenarbeit mit Landwirtschaftsbetrieben in Großbritannien, den Vereinigten Staaten und Spanien testen.

Weitere Einzelheiten und ein Video finden Sie unter https://www.upp.farm/home. Ähnliche Projekte werden aktuell für alle Kulturpflanzen von Kartoffeln bis zu Erdbeeren in die Wege geleitet.

Seltene Erden – oder?

Ich habe bereits über die Entdeckung riesiger SE-Vorkommen in Schweden berichtet. Aber können wir die leistungsstarken Magneten, die in Windturbinen und Elektrofahrzeugen verwendet werden, auch ohne SE-Elemente herstellen? Die Suche nach Legierungen mit hoher Anisotropie, die kein SE enthalten, ist im Gange. Dr. Carl Zhuang Wang und seine Kollegen am Ames Laboratory des USEnergieministeriums setzen KI und Dichtefunktionaltheorie (DFT) ein, um vielversprechende Legierungen zu finden. Bislang haben sie zwar noch keine Verbindung gefunden, die einem SE-Magneten entspricht, aber sie haben gezeigt, dass ihr Ansatz funktioniert, und ihre Magnete aus einer Legierung aus Eisen, Cobalt und Bor werden immer besser. Sie glauben, dass ein leistungsfähiger FeCoB-Magnet in greifbarer Nähe ist, und wenn sie Erfolg haben, wird dies enorme Auswirkungen auf Elektrofahrzeuge und andere Geräte haben.

W Xia u.a Proc National Acad Science USA (2022) Bd 119 e2204485119. DOI 10.1073/pnas2204485119

Autonomer Transport

Selbstfahrende Pkw und Lkw sind seit einigen Jahren in der Entwicklung. Und in jüngster Zeit auch Schiffe und sogar Flugzeuge! In einigen Fällen ist die treibende Kraft die Kostenersparnis. Es wird aber auch argumentiert, dass der automatisierte Transport – dank menschlicher Fehler – tatsächlich sicherer sein kann als Fahrzeuge unter menschlicher Kontrolle. Ein japanisches Frachtschiff, die MV Suzaku (95 m lang, 749 t schwer), wurde im vergangenen Jahr ohne Besatzung auf eine 800 km lange Reise in stark befahrene Schifffahrtswege geschickt und machte damit einen bedeutenden Schritt nach vorn im Wettlauf um die Realisierung von Flotten unbemannter Schiffe. Ein Konsortium unter der Leitung von Nippon Yusen, der größten Reederei des Landes, schuf ein autonomes Schiff, das von Tokio zum Hafen von Ise in Zentraljapan und zurück nach Tokio fuhr. Es wurde mit Hilfe von Satellitentechnologie, bordeigenen Sensoren und künstlicher Intelligenz ferngesteuert.

Japan ist mit der Entwicklung dieser Technologie nicht allein. Im Jahr 2018 hat eine von Rolls-Royce entwickelte autonome Fähre eine kilometerlange Überfahrt zwischen zwei Inseln in Finnland unternommen. Nach Angaben von Nippon Yusen war dies der erste Test eines autonomen Schiffs in einem Gebiet mit starkem Schiffsverkehr. Etwa 70 % der Unfälle auf See sind auf menschliches Versagen zurückzuführen, so dass unbemannte Schiffe sicherer sein könnten. Angesichts der schrumpfenden Erwerbsbevölkerung Japans wächst der Bedarf an solchen Technologien, um die Sicherheit zu gewährleisten. Weitere Einzelheiten über das Projekt und die verschiedenen beteiligten japanischen Organisationen finden Sie unter:

https://www.nippon-foundation.or.jp/en/news/articles/2022/20220301-67775.html

Und nun – autonome Flugzeuge

Abb. 5:. Die unbemannte Frachtdrohne von DronamicsAbb. 5:. Die unbemannte Frachtdrohne von DronamicsUm es gleich vorweg zu nehmen: In den letzten Jahren gab es zahlreiche autonome Drohnen, die Aufgaben wie die Zustellung von Paketen oder in einigen Fällen sogar die Beförderung von Passagieren übernahmen. Dabei handelt es sich jedoch um Fluggeräte ohne Flügel, die sich mit Hilfe von horizontalen Rotoren in die Luft erheben – ein weit weniger effizienter Prozess als bei Flugzeugen mit Flügeln. Zwei Brüder in Bulgarien, die Rangelovs, haben die Firma Dronamics gegründet. Ihre Drohnen sind geflügelte Fluggeräte (Abb. 5).

Die Drohne, die einem herkömmlichen Leichtbauflugzeug sehr ähnlich sieht, aber keine Pilotenkabine hat, kombiniert „Handy-Ökonomie“ in Form von billiger Elektronik mit der Fähigkeit, auf kurzen Landebahnen zu landen, sagt Herr Rangelov. Sie wird unter dem Namen Black Swan bekannt sein. In den meisten Ländern bedeutet Luftfracht, dass von einem großen Flugzeug Waren auf einen Lastwagen umgeladen werden, der dann zu einem Sortierzentrum fährt, wo die Lieferung für die nächste Etappe ihrer Reise zu den einzelnen Standorten aufgeteilt wird. Dronamics ist der Ansicht, dass die Beförderung einer kleineren Ladung zu einer kurzen Landebahn, die näher am Endempfänger liegt, die Kosten senkt und Lkw von der Straße nimmt. In ganz Europa gibt es 3.000 Landebahnen, die auf diese Weise genutzt werden könnten. Der Schwarze Schwan besteht aus einer Kombination aus leichten Verbundwerkstoffen und einem Standard-Benzin-Kolbenmotor. Das Flugzeug ist für eine Flughöhe von ca. 7000 m gedacht, niedriger als der meiste zivile Passagierflugverkehr. Dronamics betrachtet diesen Höhenbereich als ungenutzten Luftraum und testet außerdem einen neuen, synthetischen Flugzeugtreibstoff, der angeblich klimaneutrale Flüge ermöglicht. Die 350 kg schwere Ladung des Black Swan entspricht der eines kleinen Kurierfahrzeugs. Die Philosophie von Dronamics ist es, von Stadt zu Stadt und nicht von Tür zu Tür zu fliegen.

Dronamics plant, Black Swans wie eine Fluggesellschaft zu betreiben, „Europas erste Drohnen-Frachtfluggesellschaft“. Die Abrechnung erfolgt nach Gewicht oder Charter, wodurch die Kosten und der Zeitaufwand für Fahrzeuge entfallen, die Europa kreuz und quer durchqueren.

Wenigstens ein deutsches Unternehmen ist interessiert

Der deutsche Logistikriese Hellmann möchte mit Hilfe dieser Drohnen griechische Inseln miteinander verbinden. Jan Kleine-Lasthues, der für diese Initiative verantwortlich ist, hat eine lange Karriere in der Luftfracht hinter sich. Er sieht die herkömmliche Luftfracht nicht in Konkurrenz zu diesen neuen Konzepten, glaubt aber, dass die Drohnen es Hellmann ermöglichen werden, Güter zu befördern, die bisher auf der Straße transportiert wurden. Die Verbindung der griechischen Inseln per Frachtdrohne ist eines der unmittelbaren Ziele von Hellmann, sagt Kleine-Lasthues. Die Drohnen werden häufiger unterwegs sein als Fähren, und wir können sie nutzen, um Lieferungen in mehrere Pakete aufzuteilen, so dass wir die Frequenz der Lieferungen erhöhen können. Sie stellen eine große Veränderung dar, sie bieten Geschwindigkeit und Flexibilität.

Dronamics behauptet, dass sein Fluggerät eine Reichweite von 2500 km hat, womit ganz Westeuropa in Reichweite eines jeden in der EU ansässigen Frachtdrehkreuzes liegt. Kleinere Versionen der Drohne sind bereits in Bulgarien im Einsatz, ein vollwertiger Prototyp soll in den nächsten Monaten in der Luft sein.

Laut Dronamics wurde die europäische Regulierungsbehörde für die Luft- und Raumfahrt über die geplanten Operationen informiert und hat dem Unternehmen eine begrenzte Betriebsgenehmigung erteilt. Hellmann spricht davon, noch in diesem Jahr mit dem Flugbetrieb zu beginnen.

Plastikmüll – eine Lösung?

In jedem Land der Welt (und in den Ozeanen) ist Plastikmüll ein Problem. Es gibt viele Vorschläge, um dieses Problem zu lösen. Einige europäische Länder verschiffen ihren Plastikmüll einfach in die Türkei, nach Afrika oder Indien – ohne zu wissen, was dort damit passiert. Die meisten Verfahren beruhen auf einer ersten Sortierung des Plastikmülls in bestimmte Polymertypen, von denen einige einfach wieder eingeschmolzen und somit recycelt werden können. Eine solche Sortierung, selbst wenn sie von Maschinen vorgenommen wird, die mit Hilfe von Infrarotstrahlen die verschiedenen Polymere identifizieren, ist jedoch teuer und langsam. Eine etwas weniger elegante Lösung wird jetzt in England und Schottland von Powerhouse Energy (www.powerhouseenergy.co.uk) gebaut. Beim DMG-Verfahren wird der Kunststoffabfall in kleine Späne zerkleinert und dann in einen thermischen Reaktor geleitet. Dieser wandelt ihn in sogen. Syngas – ein Gemisch aus Wasserstoff, Methan und Kohlenmonoxid. Es ist keine externe Heizung erforderlich – der Prozess ist exotherm. Das Syngas kann als Brennstoff verwendet werden, oder der Wasserstoff kann zur Verwendung in Brennstoffzellen abgetrennt werden, um Strom zu erzeugen. Zurzeit sind zwei Anlagen im Bau, die jeweils 13.500 Tonnen Mischkunststoff pro Jahr verarbeiten. Zum Vergleich: Allein in Schottland mit seinen über 5 Millionen Einwohnern fallen pro Jahr 222.000 Tonnen Kunststoffabfälle an. Ein Land wie England oder Deutschland bräuchte ca. 100 solcher Anlagen, um die Menge an Kunststoffabfällen zu bewältigen.

Alternative Herangehensweise

Forscher an der Universität Cambridge haben einen solarbetriebenen Reaktor entwickelt, der Kunststoffabfälle und CO2 in nachhaltige Kraftstoffe und andere wertvolle Produkte umwandelt – ein Fortschritt, der die Entwicklung einer Kreislaufwirtschaft unterstützt. Das System wandelt zwei Abfallströme gleichzeitig in zwei chemische Produkte um. Dies ist das erste Mal, dass dies in einem solarbetriebenen Reaktor gelungen ist. Der Reaktor wandelt Kohlendioxid und Kunststoffe in verschiedene Produkte um, die in einer Reihe von Branchen nützlich sind. In Tests wurde CO2 in Synthesegas umgewandelt, einen wichtigen Baustein für nachhaltige Flüssigkraftstoffe, und Plastikflaschen wurden in Glykolsäure umgewandelt, die in der Kosmetikindustrie weit verbreitet ist. Nach Angaben der Universität kann das System auf die Herstellung verschiedener Produkte abgestimmt werden, indem die Art des im Reaktor verwendeten Katalysators geändert wird. Die Umwandlung von Kunststoffen und Treibhausgasen in nützliche und wertvolle Produkte mithilfe von Solarenergie ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einer nachhaltigeren Kreislaufwirtschaft.

Andere solarbetriebene „Recycling“-Technologien sind vielversprechend, wenn es darum geht, die Verschmutzung von Kunststoffen zu bekämpfen und die Menge an Treibhausgasen in der Atmosphäre zu verringern, aber bisher wurden sie noch nicht in einem einzigen Prozess kombiniert. „Eine solarbetriebene Technologie, die dazu beitragen könnte, die Plastikverschmutzung und die Treibhausgase gleichzeitig zu bekämpfen, könnte die Entwicklung einer Kreislaufwirtschaft entscheidend vorantreiben“, so Subhajit Bhattacharjee, der Erstautor der Studie.

Subhajit Bhattacharjee, Motiar Rahaman u. a. ‚Photoelectrochemical CO2-to-fuel conversion with simultaneous plastic reforming.' Nature Synthesis (2023). DOI: 10.1038/s44160-022-00196-0

Blei ist nicht tot

Fast jeden Tag gibt es Neuigkeiten über Lithiumbatterien. Man könnte meinen, dass dies die einzigen Batterien auf dem Markt sind. Aber still und leise leistet die traditionelle Bleibatterie weiterhin in vielen Anwendungen ihren Dienst in Gabel-Staplern, bei der Notstromversorgung von Computersystemen u. v. a. Und es gab bedeutende Fortschritte in der Bleibatterie-Technologie. Eine neue Generation von Blei-Säure-Batterien soll eine längere Lebensdauer (bis zu 1500 Lade-/Entladezyklen), eine um 50 % schnellere Ladezeit und eine höhere Energiedichte aufweisen. Diese neue Generation von Batterien verwendet Kohlenstoffnanoröhrchen, die einen Gelelektrolyten enthalten. Sie werden unter Bezeichnungen wie „Quasar Gel Block“ von Unternehmen wie Eternity Technologies vermarktet, einem amerikanischen Unternehmen mit Niederlassungen in Frankreich, Spanien und anderen Ländern. Auch die Triathlon Batterien GmbH in Glauchau dürfte eine ähnliche Technologie anbieten.

Solarzellen herstellen

Forscher haben einen neuen Weg zur Herstellung stabiler Perowskit-Solarzellen aufgezeigt, die weniger Defekte aufweisen und das Potenzial haben, es mit der Haltbarkeit von Silicium aufzunehmen. Durch den Verzicht auf das Lösungsmittel Dimethylsulfoxid und die Einführung von Dimethylammoniumchlorid als Kristallisationsmittel konnten die Forscher der Universität Oxford und von Exciton Science die Zwischenphasen des Perowskit-Kristallisationsprozesses besser kontrollieren, was zu qualitativ hochwertigeren Dünnschichten mit weniger Defekten und höherer Stabilität führte. Bis zu 138 Musterbauteile wurden einem beschleunigten Alterungs- und Testverfahren bei hohen Temperaturen und unter realen Bedingungen unterzogen.

Formamidinium-Caesium-Perowskit-Solarzellen, die mit dem neuen Syntheseverfahren hergestellt wurden, sollen die Ergebnisse der Kontrollgruppe deutlich übertroffen haben und sich als widerstandsfähig gegen thermische, feuchte und lichtbedingte Degradation erwiesen haben. Perowskit-Silicium-Tandemvorrichtungen könnten so zur dominierenden Solarzelle der nächsten Generation werden. Tests zeigten, dass die Solarzellen unter simuliertem Sonnenlicht bei 65 °C 1.400 Stunden brauchten, um auf 80 % ihres ursprünglichen Wirkungsgrads zu sinken – länger als herkömmliche Zellen. Nach 1.600 Stunden funktionierte das mit dem herkömmlichen Dimethylsulfoxid-Verfahren hergestellte Kontrollgerät nicht mehr, während die mit dem neuen Design hergestellten Geräte unter beschleunigten Alterungsbedingungen 70 % ihrer ursprünglichen Effizienz beibehielten.

D P McMeekin u. a. Nature Materials, Bd 22, S. 73-83 (2023)
https://doi.org/10.1038/s41563-022-01399-8

 

Weitere Informationen

  • Ausgabe: 2
  • Jahr: 2023
  • Autoren: Dr. Anselm T. Kuhn

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