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StartseiteForschung aktuellDie Geburtsstunde einer wiederaufladbaren Welt09.10.2019

Chemie-Nobelpreis 2019Die Geburtsstunde einer wiederaufladbaren Welt

Sie stecken in Smartphones, Laptops und E-Autos und haben unseren Alltag revolutioniert - Lithium-Ionen-Akkus. Der Nobelpreis für Chemie geht in diesem Jahr an ihre Entwickler: den in Deutschland geborenen John B. Goodenough, den Briten M. Stanley Whittingham und den Japaner Akira Yoshino.

Von Lennart Pyritz

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A screen displays the portraits of the laureates of the 2019 Nobel Prize in Chemistry (L-R) John Goodenough of US, Britain's Stanley Whittingham and Japan's Akira Yoshino during a press conference at the Royal Swedish Academy of Sciences in Stockholm, Sweden, on October 9, 2019. - John Goodenough of US, Britain's Stanley Whittingham and Japan's Akira Yoshino won the 2019 Nobel Chemistry Prize for the development of lithium-ion batteries, the Royal Swedish Academy of Sciences said. "This lightweight, rechargeable and powerful battery is now used in everything from mobile phones to laptops and electric vehicles...(and) can also store significant amounts of energy from solar and wind power, making possible a fossil fuel-free society," the jury said. (Photo by Naina Helen JAMA / TT News Agency / AFP) / Sweden OUT (TT News Agency)
Die Fotos von John Goodenough, Michael Stanley Whittingham und Akira Yoshino werden bei der Bekanntgabe der Chemie-Nobelpreisträger auf einer Leinwand gezeigt. (TT News Agency)
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Den diesjährigen Chemie-Nobelpreis teilen sich zwei in den USA arbeitende Wissenschaftler und ein japanischer Forscher. Die drei gelten als die Väter der Lithium-Ionen-Batterie.

Der älteste Nobelpreisträger der Geschichte

John B. Goodenough wurde 1922 als Sohn US-amerikanischer Eltern in Jena geboren. Das macht den inzwischen 97-jährigen Physiker und Materialwissenschaftler zum ältesten Laureat in der Geschichte der Nobelpreise. Mit dem Lesen und Schreiben tat Goodenough sich immer schwer, aber in Mathematik war er so gut, dass er an der Elite-Universität Yale aufgenommen wurde. Nach einer weiteren Station an der Universität Chicago begann er seine wissenschaftliche Karriere am Massachussetts Institute of Technology, kurz MIT.

Zwischen 1976 und 1986 arbeitete er anschließend an der Universität Oxford. Während dieser Zeit machte er seine bahnbrechenden Entdeckungen zum Lithium-Ionen-Akku. Seit 1986 ist Goodenough an der Universität von Texas in Austin beschäftigt, wo er nach wie vor zu Batterie-Materialien forscht.

Er wolle nicht "in den Ruhestand gehen, um auf den Tod zu warten". Deshalb arbeitet Goodenough am Nachfolger der Lithium-Ionen-Batterie - einer Super-Batterie, um Elektro-Autos und sauberen Strom zu perfektionieren. "Ich will das Problem noch lösen, bevor ich alles hinschmeiße", so der Wissenschaftler. Sein Alter habe da einen Vorteil: "Man macht sich keine Sorgen mehr, seinen Job zu verlieren."

Ein weißes Elektrofahrzeug vom Typ BMW i3 wird an einer E-Tankstelle aufgeladen (dpa / Patrick Pleul) (dpa / Patrick Pleul)Deutschland sucht den Superakku
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Die Ölkrise als Motivation

Auch M. Stanley Whittingham arbeitet in den USA, als Professor für Chemie und Materialwissenschaften an der staatlichen Binghamton University im Bundesstaat New York. Geboren wurde er 1941 in Großbritannien, wo er auch an der Universität Oxford promovierte. Anschließend wechselte er an die Stanford University in Kalifornien. 1972 begann er während der Ölkrise beim damaligen Ölkonzern Exxon, das Potenzial von Lithium-Batterien zu erforschen. Seit 1988 arbeitet er an der Binghamton University.

Nach der Bekanntgabe der Auszeichnung teilte er über seine Universität mit, es gebe so viele Menschen, denen er danken könne, er wisse gar nicht, wo er anfangen solle.

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Ein Leben für die chemische Industrie

Der Japaner Akira Yoshino ist der jüngste der diesjährigen Laureaten. Geboren wurde er 1948 in der Stadt Suita. Sein Ingenieursstudium absolvierte er an der Universität Kyoto. Inzwischen ist er Professor an der privaten Meijo-University in Nagoya und Ehrenmitglied bei Asahi Kasei, einem großen japanischen Chemie-Konzern, bei dem er im April 1972 seine Arbeitskarriere begonnen hatte.

Neugier sei sein stärkster Antrieb gewesen, sagte Akira Yoshino heute auf einer Pressekonferenz. Er hoffe, dass der Preis für ihn "den jungen Forschern Mut macht". Als Forscher brauche man "Flexibilität und Durchsetzungsvermögen". Nach eigenen Angaben war er zwar zuversichtlich, dass es für die Entdeckungen, an denen er gearbeitet habe, den Nobelpreis geben würde. Das sei aber schneller passiert als gedacht.

Akira Yoshino, Chemie-Nobelpreisträger 2019 (imago/Kyodo News)Akira Yoshino, Chemie-Nobelpreisträger 2019 (imago/Kyodo News)

Was ist der Forschungsbereich der ausgezeichneten Wissenschaftler?

Die drei Preisträger sind ausgebildeter Physiker (Goodenough), Chemiker (Whittingham) beziehungsweise Ingenieur (Yoshino), die Methoden der Energiespeicherung untersuchen. Dabei haben sie in aufeinander fußender Forschung Lithium-Ionen-Akkus entwickelt. Die heißen so, weil darin geladene Teilchen, Lithium-Ionen, von einem Pol zum anderen fließen. Positive und negative Elektrode fungieren dabei wie Regale mit vielen Brettern, zwischen denen sich die Lithium-Ionen beziehungsweise -atome einlagern können.

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M. Stanley Whittingham entwickelte während der Ölkrise in den 1970er-Jahren die erste Lithium-Batterie. Im Zuge der Erforschung von Supraleitern - Materialien, deren elektrischer Widerstand auf null sinkt, sobald eine bestimmte Temperatur unterschritten wird - hatte er Titandisulfid als geeignetes Kathodenmaterial dafür identifiziert. Die damit gebauten Batterien waren allerdings zu explosionsanfällig, um tatsächlich zum Einsatz zu kommen.

1980 verdoppelte John B. Goodenough durch eine systematische Materialanalyse die Leistung der von Whittingham entwickelten Batterien, indem er ein Metalloxid statt eines Metallsulfids für die Kathode verwendete, genauer Cobaltoxid. Akira Yoshino entwickelte die Akkus wiederum weiter, indem er das reaktive Lithium in der Anode durch Kohlenstoffverbindungen ersetzte. So schuf er 1985 das erste kommerziell verwertbare Produkt.

Eine Revolution des menschlichen Alltags

Sie stecken in Mobiltelefonen, Laptops und E-Autos: Wiederaufladbare Akkus haben das moderne, mobile Leben erst möglich gemacht. Die Batterien hätten "unser Leben revolutioniert, seit sie 1991 erstmals auf den Markt kamen", erklärte die Königliche Akademie der Wissenschaften dementsprechend auch zur Begründung der Preisvergabe. Sie seien damit "von größtem Nutzen für die Menschheit".

Die leichten, wiederaufladbaren und leistungsfähigen Lithium-Ionen-Akkus würden heute in allen Bereichen eingesetzt und könnten auch erhebliche Mengen an Energie aus Sonnen- und Windkraft speichern. Durch ihre Arbeit hätten die diesjährigen Chemie-Nobelpreisträger damit die Basis gelegt für eine Gesellschaft, die "frei von Kabeln und fossilen Brennstoffen" ist.

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Einschätzung aus der Wissenschaftsredaktion

Arndt Reuning, Chemiker und Wissenschaftsjournalist: "Die Auszeichnung für die Lithium-Ionen-Technologie war schon lange überfällig. Akkus auf Basis des Alkalimetalls prägen schon seit Jahren unseren Alltag und haben die Mobilitätsrevolution erst ermöglicht. In Mobiltelefonen, Tablets und Laptops schleppen wir die Batterien mit uns herum. Und auch die Energiewende ist ohne leistungsfähige Energiespeicher nicht denkbar. Die Lithium-Ionen-Akkus stellen hier einen wichtigen Baustein dar – allerdings nicht den einzigen. Wie die Rohstoffe Lithium und Kobalt unter ethisch vertretbaren Bedingungen gewonnen werden können, bleibt eine Herausforderung für die Zukunft."

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Für Akkus braucht man Rohstoffe wie Lithium und Kobalt. Und mit deren Förderung beginnen die ethischen Probleme, berichtet der Chemiker und Wissenschaftsjournalist Arndt Reuning.

2018 wurde die Optimierung von Eiweißen ausgezeichnet

Die Macht der Evolution für sich nutzen, um im Reagenzglas Enzyme und Antikörper für industrielle und pharmazeutische Anwendungen zu entwickeln: Für diesen biotechnologischen Ansatz wurden die US-Amerikanerin Frances H. Arnold, ihr Landsmann George P. Smith und der Brite Gregory P. Winter im vergangenen Jahr mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet. "Ich betreibe Evolution im Labor. Ich züchte Moleküle, wie man Katzen und Hunde züchtet", so der Preisträgerin Frances H. Arnold.

Zahlen und Fakten zum Chemie-Nobelpreis

Den ersten Chemie-Nobelpreis erhielt 1901 der Niederländer Jacobus van't Hoff für die Entdeckung von Gesetzen der Osmose. Die britische Royal Society of Chemistry hat sich die Mühe gemacht, die danach in mehr als 100 Jahren angesammelten Daten zum Chemie-Nobelpreis auszuwerten. Demnach ist das Alter der Ausgezeichneten leicht angestiegen. Die meisten Laureaten arbeiteten in den USA, als sie den Preis bekamen, gefolgt von Deutschland und Großbritannien. Und am längsten musste der Mediziner Francis Peyton Rous auf seine Auszeichnung warten: Er bekam den Nobelpreis mehr als ein halbes Jahrhundert, nachdem er krebsauslösende Viren entdeckt hatte.

Aus den Daten lässt sich laut der Royal Society of Chemistry sogar so etwas wie der durchschnittliche Laureat ableiten. Es ist ein amerikanischer Mann, der vermutlich Richard, John oder Paul heißt. Er ist 57 oder 58 Jahre alt, arbeitet für eine Forschungseintrichtung in Kalifornien und hat seine preisgekrönte Arbeit vor 16 oder 17 Jahren veröffentlicht.

Die Geschichte des Nobelpreises

Der Nobelpreis gehört zu den wichtigsten Auszeichnungen in der Welt der Wissenschaft. Gestiftet wurde er von Alfred Nobel (1833 - 1896). Der schwedische Chemiker und Industrielle begründete sein Vermögen mit der Erfindung und Patentierung des Dynamits, das in zahlreichen Sprengstofffabriken produziert wurde. 1895 verfasste er sein Testament, in dem er verfügte, dass große Teile dieses Reichtums als Prämie für jene ausgesetzt werden sollten, die "der Menschheit den größten Dienst erwiesen haben".

In diesem Jahr ist der Nobelpreis mit rund 830.000 Euro dotiert. Feierlich überreicht werden die naturwissenschaftlichen Auszeichnungen traditionell in Stockholm am 10. Dezember, dem Todestag der Stifters.

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