Billigere Solarzellen, besserer Biosprit, effizientere Kraftwerke - solche Innovationen versprechen ein sauberes Geschäft. Selbst die Wirtschaftskrise kann die Goldgräberstimmung kaum trüben. Grün und gut: Das Silicon Valley ist dabei, sich neu zu erfinden. Cleantech soll das Zugpferd des 21. Jahrhunderts werden. Dank Barack Obamas früher Festlegung, dem Klimaschutz während seiner Präsidentschaft oberste Priorität einzuräumen, sind die Aussichten glänzend. Kalifornien ist erneut dabei, Trends zu setzen, die die Welt verändern. Es wäre nicht das erste Mal.
Neunteilige Sendereihe in Forschung Aktuell zum aktuellen Ökotech-Gründungsboom im Silicon Valley
Neunteilige Sendereihe in Forschung Aktuell zum aktuellen Ökotech-Gründungsboom im Silicon Valley
Die Themen
1. Heißer Ofen - Solarthermie-Kraftwerke werden effizienter
Brightsource Energy, ein von Google gesponsertes Start-up-Unternehmen, will solarthermische Großkraftwerke, die mit Sonnenwärme Wasserdampf erzeugen, um 6 Prozent effizienter bauen als die besten heutigen Parabolrinnenkraftwerke, wie sie zum Beispiel in Spanien entstehen. Der Trick für den Effizienzschub: Statt das Wasser in kilometerlangen Rohren zu erhitzen, setzt Brightsource einen Hochtemperatur-Dampfkessel auf einen gut 100 Meter hohen Turm. Der Kessel wird von allen Seiten von zweiachsig der Sonne nachgeführten Spiegeln bestrahlt. Das Konzept ermöglicht wesentlich höhere Dampftemperaturen (550 Grad und mehr, gegenüber 350 Grad bei Parabolrinnen). Das erhöht den Wirkungsgrad der Stromerzeugung. Außerdem spart das Konzept Installationskosten, weil weniger Klempnerarbeiten nötig sind. Im Auftrag eines großen Energieversorgers plant Brightsource derzeit 5 Anlagen mit insgesamt 900 Megawatt Leistung.
2. Solarzellen von der Rolle - Halbleitertinte revolutioniert die Herstellung
Das Unternehmen Nanosolar in San Jose hat ein Verfahren entwickelt, um Solarzellen im industriellen Maßstab auf eine Plastikfolie zu drucken. Die Halbleiterschichten werden in Form einer patentierten Nanotinte aufgesprüht. Das Herstellungsverfahren ähnelt eher einer Druckstraße, als einer herkömmlichen Solarzellenproduktion im Reinraum. Der Vorteil: Kostensenkung um einen Faktor 10. Gründer und Chef des Unternehmens ist der deutsche Stanford-Absolvent Martin Roscheisen. In der eben fertig gestellten Fabrik laufen jetzt die ersten Serienzellen von der Rolle. Die Modulfertigung ist Luckenwalde, Brandenburg. Experten glauben, die revolutionäre Print-Technologie könnte den Solarzellenmarkt aufmischen.
3. Grüner Zement - Innovative Baustoffe bunkern Kohlendioxid
Brent Constantz, ein Stanford-Professor, hat mit Patenten für medizinischen Knochenzement ein Vermögen gemacht. Jetzt tritt er an, um mit einem grünen Zement die Baubranche umzukrempeln. Die Zementindustrie ist eine der weltweit übelsten CO2-Schleudern. Constantz hat ein Verfahren entwickelt, um den enormen Energiebedarf der Branche auf einen Bruchteil zu reduzieren. Dabei werden Biomineralisationsprozesse in Meerwasser imitiert, wie man sie von Muscheln kennt. Der Clou dabei: Das Verfahren verbraucht Kohledioxid, eignet sich also ganz nebenbei auch zur CO2-Speicherung. Das Ergebnis wäre ein Öko-Zement, dessen Kohlenstoffbilanz negativ ist. Klingt zu gut um wahr zu sein. Doch die Tests bei einem Kraftwerk in Kalifornien belegen: Es funktioniert und rechnet sich. Kommendes Frühjahr will Constantz seine bahnbrechende Technologie auf einer internationalen Mega-Konferenz der Zementbranche vorstellen.
4. Geothermie überall - Pfiffige Bohrungen erleichtern das Anzapfen von Erdwärme
Das Start-up-Unternehmen Altarock Energy in Sausalito entwickelt Methoden für die Geothermiekraftwerke der nächsten Generation. Geothermie könnte Studien zufolge zwar maximal rund 10% des US-Energiebedarfs decken. Da diese regenerative Quelle ständig verfügbar ist, wäre sie aber optimal geeignet, um die Grundlast zu decken. Brightsource verwendet Computersimulationen und neue Bohrverfahren, um Risse in heißem unterirdischen Gestein viel zielgenauer als bislang möglich zu erzeugen. Dadurch lässt sich Erdwärme auch an vielen Orten ernten, wo das bis dato undenkbar schien. Engineered geothermal systems heißt das im Fachjargon - was nichts anderes bedeutet, als im Gestein künstlich jene unterirdischen Reservoire zu erzeugen, auf deren natürliches Auftreten man bislang angewiesen war. Eine Testbohrung, bei der Theorie und Methode in der Praxis erprobt werden sollen, startet Anfang 2009. Erster Dampf wird im Sommer erwartet.
5. Sprit aus der Brauerei - Hefezellen produzieren neuartige Biokraftstoffe
Das Start-up-Unternehmen Amyrisbiotech aus Emeryville hat Hefepilze gentechnisch so verändert, dass sie Zuckersirup effizient in einen Biokraftstoff der nächsten Generation verwandeln. Das genaue Rezept ihres Biokraftstoffs verraten die Forscher noch nicht. Nur soviel ist klar: Es ist eine durchsichtige ölige Flüssigkeit, die einem Dieselkraftstoff ähnelt. Der Biosprit kann heutigem Diesel im Mengenverhältnis von bis zu 50 Prozent zugemischt werden, ohne das handelsübliche Automotoren mucken. Die vor zwei Wochen in Betrieb genommene Demonstrationsanlage zur Herstellung des Ökodiesels ähnelt eher einer Bierbrauerei als einer Raffinerie. Amyrisbiotech ist überzeugt, dass sein Sprit - sofern im industriellen Maßstab hergestellt - bereits heute preislich mit fossilem Treibstoff konkurrieren könnte. In spätestens drei Jahren will man soweit sein, hunderttausende Liter davon herstellen zu können. Als Ausgangsmaterial dient Zuckerrohr aus Brasilien, mit dem ein weitreichendes Kooperationsabkommen unterzeichnet wurde. Mit weiteren gentechnisch getunten Hefepilzen will Amyrisbiotech künftig auch andere Kraftstoffe herstellen, unter anderem ein Kerosin-Derivat.
6. Produktive Krabbler - Was Kraftstoffhersteller von Termiten lernen können
Forscher des staatlichen Joint Genome Institute in Walnut Creek unweit von Berkeley suchen intensiv nach effizienteren Methoden, um pflanzliche Biomasse in Biokraftstoffe der nächsten Generation zu verwandeln. Der deutsche Molekularbiologe Falk Warneke nimmt dazu haufenweise Termiten auseinander, um ihren Darminhalt zu untersuchen. Termiten sind Meister im Verwerten von Zellulose, jenem Gerüstbaustein pflanzlicher Zellwände, der sich bislang nur mühsam und mit Hilfe teurere Enzyme in Zucker aufspalten lässt, die dann zu Biofuels fermentiert werden können. Wenn man Termiten genau genug in den Darm schaut, so die Hoffnung, könnte man ihnen vielleicht ein paar Tricks abschauen, um die industrielle Biosprit-Herstellung künftig effizienter zu machen. Die Forscher sezieren einen bestimmten Darmabschnitt der Krabbler und bestimmen mittels so genannter Metagenomik, welche bakteriellen Lebensgemeinschaften darin die Zelluloseverdauung ermöglichen.
7. Aus eins mach zwei - Plastiklinsen machen Solarzellen preiswerter
Das Start-up-Unternehmen Solaria aus Fremont ist einer der besten Kunden des weltweit führenden Solarzellenherstellers, des Dresdner Unternehmens Q-Cells. Solaria nimmt die Zellen aus Deutschland, schneidet sie entzwei und macht aus einer Q-Cells-Zelle zwei neue Solarzellen, deren Wirkungsgrad jeweils dem der Ausgangszelle entspricht. Der Vorteil: Dramatische Kostenreduktion, weil mit derselben Menge an teurem Silizium doppelt so große Flächen belegt werden können. Klingt nach Zauberei, ist aber ganz simpel: Solaria setzt zwischen die in Streifen geschnittenen Siliziumbauteile durchsichtige Plastikstreifen ein, die das einfallende Licht einfangen, konzentrieren und auf die angrenzenden Siliziumstreifen lenken. Die Serienproduktion der innovativen Spar-Module läuft gerade auf den Philippinen an.
8. Hype oder Hoffnung - Wie nachhaltig kann Biosprit sein?
Der Stanford-Professor Chris Fields hat soeben eine Studie abgeschlossen, in der er erstmals umfassend das globale Potenzial der Biokraftstoff-Produktion quantifiziert hat. Seine Arbeit liefert Antworten auf die Frage, wo sich große Mengen von Energiepflanzen langfristig nachhaltig anbauen ließen, ohne Ernährungssicherheit und Umwelt zu gefährden. Die Aussage ist ermutigend und ernüchternd zugleich: Es gibt weltweit riesige brachliegende Flächen, die sich für die Biokraftstoffproduktion eignen würden. Doch selbst wenn man all diese Flächen mit jeweils dafür geeigneten Energiepflanzen bestellen würde, ließe sich so maximal ein Drittel des globalen Kraftstoffbedarfs decken.
9. Nanoboost für Solarzellen - Clevere Beschichtungen fangen Sonnenstrahlen ein
Der Stanford-Professor Mark Brongersma will Solarzellen der nächsten Generation mit preiswerten metallischen Nanobeschichtungen einen Effizienzschub verpassen. Nanodrähte und -partikel auf der Oberfläche einer konventionellen Solarzelle können als Lichtfänger fungieren, die einfallendes Sonnenlicht konzentrieren. Theoretisch lässt sich der Wirkungsgrad so um 30-40 Prozent steigern, was ein Quantensprung wäre. In der Praxis haben die Forscher bei ersten Experimenten die Absorptionsrate immerhin schon um einige Prozent steigern können. Das ist auch schon eine Menge. Und in der Regel gilt in diesem Bereich: Wirklichkeit und Simulation decken sich ziemlich genau. Signifikante weitere Verbesserungen dürften also nur eine Frage der Zeit sein. Die Optimierung der Nanostrukturen und ihrer Herstellungsparameter laufen derzeit.
Brightsource Energy, ein von Google gesponsertes Start-up-Unternehmen, will solarthermische Großkraftwerke, die mit Sonnenwärme Wasserdampf erzeugen, um 6 Prozent effizienter bauen als die besten heutigen Parabolrinnenkraftwerke, wie sie zum Beispiel in Spanien entstehen. Der Trick für den Effizienzschub: Statt das Wasser in kilometerlangen Rohren zu erhitzen, setzt Brightsource einen Hochtemperatur-Dampfkessel auf einen gut 100 Meter hohen Turm. Der Kessel wird von allen Seiten von zweiachsig der Sonne nachgeführten Spiegeln bestrahlt. Das Konzept ermöglicht wesentlich höhere Dampftemperaturen (550 Grad und mehr, gegenüber 350 Grad bei Parabolrinnen). Das erhöht den Wirkungsgrad der Stromerzeugung. Außerdem spart das Konzept Installationskosten, weil weniger Klempnerarbeiten nötig sind. Im Auftrag eines großen Energieversorgers plant Brightsource derzeit 5 Anlagen mit insgesamt 900 Megawatt Leistung.
2. Solarzellen von der Rolle - Halbleitertinte revolutioniert die Herstellung
Das Unternehmen Nanosolar in San Jose hat ein Verfahren entwickelt, um Solarzellen im industriellen Maßstab auf eine Plastikfolie zu drucken. Die Halbleiterschichten werden in Form einer patentierten Nanotinte aufgesprüht. Das Herstellungsverfahren ähnelt eher einer Druckstraße, als einer herkömmlichen Solarzellenproduktion im Reinraum. Der Vorteil: Kostensenkung um einen Faktor 10. Gründer und Chef des Unternehmens ist der deutsche Stanford-Absolvent Martin Roscheisen. In der eben fertig gestellten Fabrik laufen jetzt die ersten Serienzellen von der Rolle. Die Modulfertigung ist Luckenwalde, Brandenburg. Experten glauben, die revolutionäre Print-Technologie könnte den Solarzellenmarkt aufmischen.
3. Grüner Zement - Innovative Baustoffe bunkern Kohlendioxid
Brent Constantz, ein Stanford-Professor, hat mit Patenten für medizinischen Knochenzement ein Vermögen gemacht. Jetzt tritt er an, um mit einem grünen Zement die Baubranche umzukrempeln. Die Zementindustrie ist eine der weltweit übelsten CO2-Schleudern. Constantz hat ein Verfahren entwickelt, um den enormen Energiebedarf der Branche auf einen Bruchteil zu reduzieren. Dabei werden Biomineralisationsprozesse in Meerwasser imitiert, wie man sie von Muscheln kennt. Der Clou dabei: Das Verfahren verbraucht Kohledioxid, eignet sich also ganz nebenbei auch zur CO2-Speicherung. Das Ergebnis wäre ein Öko-Zement, dessen Kohlenstoffbilanz negativ ist. Klingt zu gut um wahr zu sein. Doch die Tests bei einem Kraftwerk in Kalifornien belegen: Es funktioniert und rechnet sich. Kommendes Frühjahr will Constantz seine bahnbrechende Technologie auf einer internationalen Mega-Konferenz der Zementbranche vorstellen.
4. Geothermie überall - Pfiffige Bohrungen erleichtern das Anzapfen von Erdwärme
Das Start-up-Unternehmen Altarock Energy in Sausalito entwickelt Methoden für die Geothermiekraftwerke der nächsten Generation. Geothermie könnte Studien zufolge zwar maximal rund 10% des US-Energiebedarfs decken. Da diese regenerative Quelle ständig verfügbar ist, wäre sie aber optimal geeignet, um die Grundlast zu decken. Brightsource verwendet Computersimulationen und neue Bohrverfahren, um Risse in heißem unterirdischen Gestein viel zielgenauer als bislang möglich zu erzeugen. Dadurch lässt sich Erdwärme auch an vielen Orten ernten, wo das bis dato undenkbar schien. Engineered geothermal systems heißt das im Fachjargon - was nichts anderes bedeutet, als im Gestein künstlich jene unterirdischen Reservoire zu erzeugen, auf deren natürliches Auftreten man bislang angewiesen war. Eine Testbohrung, bei der Theorie und Methode in der Praxis erprobt werden sollen, startet Anfang 2009. Erster Dampf wird im Sommer erwartet.
5. Sprit aus der Brauerei - Hefezellen produzieren neuartige Biokraftstoffe
Das Start-up-Unternehmen Amyrisbiotech aus Emeryville hat Hefepilze gentechnisch so verändert, dass sie Zuckersirup effizient in einen Biokraftstoff der nächsten Generation verwandeln. Das genaue Rezept ihres Biokraftstoffs verraten die Forscher noch nicht. Nur soviel ist klar: Es ist eine durchsichtige ölige Flüssigkeit, die einem Dieselkraftstoff ähnelt. Der Biosprit kann heutigem Diesel im Mengenverhältnis von bis zu 50 Prozent zugemischt werden, ohne das handelsübliche Automotoren mucken. Die vor zwei Wochen in Betrieb genommene Demonstrationsanlage zur Herstellung des Ökodiesels ähnelt eher einer Bierbrauerei als einer Raffinerie. Amyrisbiotech ist überzeugt, dass sein Sprit - sofern im industriellen Maßstab hergestellt - bereits heute preislich mit fossilem Treibstoff konkurrieren könnte. In spätestens drei Jahren will man soweit sein, hunderttausende Liter davon herstellen zu können. Als Ausgangsmaterial dient Zuckerrohr aus Brasilien, mit dem ein weitreichendes Kooperationsabkommen unterzeichnet wurde. Mit weiteren gentechnisch getunten Hefepilzen will Amyrisbiotech künftig auch andere Kraftstoffe herstellen, unter anderem ein Kerosin-Derivat.
6. Produktive Krabbler - Was Kraftstoffhersteller von Termiten lernen können
Forscher des staatlichen Joint Genome Institute in Walnut Creek unweit von Berkeley suchen intensiv nach effizienteren Methoden, um pflanzliche Biomasse in Biokraftstoffe der nächsten Generation zu verwandeln. Der deutsche Molekularbiologe Falk Warneke nimmt dazu haufenweise Termiten auseinander, um ihren Darminhalt zu untersuchen. Termiten sind Meister im Verwerten von Zellulose, jenem Gerüstbaustein pflanzlicher Zellwände, der sich bislang nur mühsam und mit Hilfe teurere Enzyme in Zucker aufspalten lässt, die dann zu Biofuels fermentiert werden können. Wenn man Termiten genau genug in den Darm schaut, so die Hoffnung, könnte man ihnen vielleicht ein paar Tricks abschauen, um die industrielle Biosprit-Herstellung künftig effizienter zu machen. Die Forscher sezieren einen bestimmten Darmabschnitt der Krabbler und bestimmen mittels so genannter Metagenomik, welche bakteriellen Lebensgemeinschaften darin die Zelluloseverdauung ermöglichen.
7. Aus eins mach zwei - Plastiklinsen machen Solarzellen preiswerter
Das Start-up-Unternehmen Solaria aus Fremont ist einer der besten Kunden des weltweit führenden Solarzellenherstellers, des Dresdner Unternehmens Q-Cells. Solaria nimmt die Zellen aus Deutschland, schneidet sie entzwei und macht aus einer Q-Cells-Zelle zwei neue Solarzellen, deren Wirkungsgrad jeweils dem der Ausgangszelle entspricht. Der Vorteil: Dramatische Kostenreduktion, weil mit derselben Menge an teurem Silizium doppelt so große Flächen belegt werden können. Klingt nach Zauberei, ist aber ganz simpel: Solaria setzt zwischen die in Streifen geschnittenen Siliziumbauteile durchsichtige Plastikstreifen ein, die das einfallende Licht einfangen, konzentrieren und auf die angrenzenden Siliziumstreifen lenken. Die Serienproduktion der innovativen Spar-Module läuft gerade auf den Philippinen an.
8. Hype oder Hoffnung - Wie nachhaltig kann Biosprit sein?
Der Stanford-Professor Chris Fields hat soeben eine Studie abgeschlossen, in der er erstmals umfassend das globale Potenzial der Biokraftstoff-Produktion quantifiziert hat. Seine Arbeit liefert Antworten auf die Frage, wo sich große Mengen von Energiepflanzen langfristig nachhaltig anbauen ließen, ohne Ernährungssicherheit und Umwelt zu gefährden. Die Aussage ist ermutigend und ernüchternd zugleich: Es gibt weltweit riesige brachliegende Flächen, die sich für die Biokraftstoffproduktion eignen würden. Doch selbst wenn man all diese Flächen mit jeweils dafür geeigneten Energiepflanzen bestellen würde, ließe sich so maximal ein Drittel des globalen Kraftstoffbedarfs decken.
9. Nanoboost für Solarzellen - Clevere Beschichtungen fangen Sonnenstrahlen ein
Der Stanford-Professor Mark Brongersma will Solarzellen der nächsten Generation mit preiswerten metallischen Nanobeschichtungen einen Effizienzschub verpassen. Nanodrähte und -partikel auf der Oberfläche einer konventionellen Solarzelle können als Lichtfänger fungieren, die einfallendes Sonnenlicht konzentrieren. Theoretisch lässt sich der Wirkungsgrad so um 30-40 Prozent steigern, was ein Quantensprung wäre. In der Praxis haben die Forscher bei ersten Experimenten die Absorptionsrate immerhin schon um einige Prozent steigern können. Das ist auch schon eine Menge. Und in der Regel gilt in diesem Bereich: Wirklichkeit und Simulation decken sich ziemlich genau. Signifikante weitere Verbesserungen dürften also nur eine Frage der Zeit sein. Die Optimierung der Nanostrukturen und ihrer Herstellungsparameter laufen derzeit.