Der Strom für das Licht in diesem Saal
wurde erst vor wenigen Momenten erzeugt.
Denn nach heutigen Bedingungen
müssen beim Strom Nachfrage und Erzeugung
stets ausgewogen sein.
Wären in der Zeit, in der ich über diese Bühne ging,
einige zig Megawatt Windenergie
plötzlich nicht mehr ins Netz geflossen,
dann hätte die Differenz sofort
von anderen Generatoren wettgemacht werden müssen.
Aber Kohle- oder Kernkraftwerke
können nicht schnell genug reagieren.
Eine riesige Batterie könnte das schon.
Mit einer riesigen Batterie
könnten wir dem Problem der Unterbrechung begegnen,
das verhindert, dass Wind- und Solarenergie
das Netz heute im gleichen Ausmaß wie
Kohle, Gas und Atomkraft speisen.
Die Batterie ist
dabei der Schlüsselfaktor.
Mit ihr könnten wir selbst dann Solarenergie nutzen,
wenn die Sonne nicht scheint.
Und das ändert alles.
Denn dann spielen erneuerbare Energien
wie Wind- und Solarenergie
keine Nebenrollen mehr,
sondern werden zum Hauptdarsteller.
Heute möchte ich Ihnen von so einem Schlüsselfaktor erzählen.
Die Flüssigmetallbatterie.
Sie speichert Energie auf eine neue Art.
Ich habe sie am MIT
zusammen mit einigen meiner Studenten
und Post-Docs entwickelt.
Der Titel der diesjährigen TED-Konferenz heißt "Volles Spektrum".
Der Oxford English Dictionary definiert "Spektrum"
als "die gesamte Bandbreite von Wellenlängen
von elektromagnetischer Strahlung
von den längsten Radiowellen zu den kürzesten Gammastrahlen,
wovon die Bandbreite des sichtbaren Lichts
nur ein kleiner Teil ist."
Heute möchte ich Ihnen nicht nur erzählen,
wie mein Team am MIT aus der Natur
eine Lösung für eines der größten Probleme der Welt entwickelt hat.
Im Sinne eines vollen Spektrums möchte ich Ihnen sagen,
wie wir bei der Entwicklung
dieser neuen Technologie
auf einige überraschende Heterodoxien gestoßen sind,
aus denen wir etwas über Innovation
und wertvolle Ideen lernen können.
Und wissen Sie,
wenn wir dieses Land aus seiner derzeiten Energiesituation befreien wollen,
dann erreichen wir das nicht mit bloßem Stromsparen,
Ölbohrungen,
oder Bomben.
Wir werden es auf die altmodische amerikanische Art machen,
wir werden den Ausweg erfinden,
indem wir zusammenarbeiten.
(Applaus)
Fangen wir also an.
Die Batterie wurde vor ca. 200 Jahren
von einem Professor, Alessandro Volta,
an der Universität Padua in Italien erfunden.
Dank seiner Erfindung entstand
ein neues Wissenschaftsfeld – die Elektrochemie –
und neue Technologien
wie Galvanik.
Ein vielleicht vernachlässigter Aspekt war,
dass Voltas Erfindung der Batterie
zum ersten Mal auch
die Nützlichkeit eines Professors demonstrierte.
(Lachen)
Vor Volta konnte sich niemand vorstellen,
dass ein Professor zu etwas gut sein könne.
Das ist die erste Batterie –
ein Stapel Münzen, Zink und Silber, getrennt durch einen,
in einer Salzlösung getränkten Karton.
Das ist der Ausgangspunkt
für die Entwicklung einer Batterie –
zwei Elektroden,
in diesem Fall verschiedene Metalle,
und ein Elektrolyt,
in diesem Fall in Wasser gelöstes Salz.
So einfach ist die Wissenschaft.
Zugegebenermaßen habe ich ein paar Details weggelassen.
Jetzt habe ich Ihnen erklärt,
dass die Wissenschaft hiner einer Batterie simpel ist
und dass eine Netzspeicherung
zwingend erforderlich wäre.
Tatsache ist aber,
dass es heute einfach keine Batterietechnologie gibt,
die in der Lage ist,
die Leistungsanforderungen eines Stromnetzes zu erfüllen –
und zwar Hochleistung,
lange Lebensdauer
zu einem supergünstigen Preis.
Wir müssen das Problem anders betrachten.
Wir müssen in großen Dimensionen denken
und billig bleiben.
Geben wir also das Paradigma auf,
nach der coolsten Chemie zu suchen,
um dann hoffentlich die Kosten senken zu können,
indem wir massenweise produzieren.
Erfinden wir stattdessen etwas,
das zum Kostenpunkt des Strommarktes passt.
Das bedeutet also,
dass gewisse Bereiche des Periodensystems
automatisch ausscheiden.
Diese Batterie muss aus Elementen bestehen,
die reichlich vorhanden sind.
Ich sage, wenn etwas so billig wie Schrott sein soll,
macht man es am besten aus Schrott.
(Lachen)
Und vorzugsweise Schrott,
den man vor Ort bekommt.
Und dieses Ding müssen wir
mit einfachen Techniken und
in preiswerten Fabriken herstellen können.
Vor ungefähr 6 Jahren
begann ich, darüber nachzudenken.
Um einen anderen Blick dafür zu bekommen,
suchte ich nach Anregungen aus einem anderen Bereich.
Ich sah mir eine Technologie an,
die Strom weder speichert noch erzeugt,
sondern stattdessen
große Mengen Strom verbraucht.
Ich spreche von der Aluminiumherstellung.
Der Vorgang wurde 1886 erfunden,
von ein paar 22-jährigen –
Hall in den USA und Heroult in Frankreich.
Nur ein paar Jahre nach ihrer Entdeckung
hatte Aluminium den Sprung
von einem teuren Metall, das soviel kostete wie Silber,
zu einem allgegenwärtigen Strukturmaterial vollzogen.
Sie sehen gerade das Gehäuse einer modernen Aluminiumschmelzerei.
Es ist ca. 15 m breit
und etwa 800 m lang –
eine Reihe Zellen nach der anderen,
die innen Voltas Batterie ähnlich sehen,
aber mit drei wichtigen Unterschieden.
Voltas Batterie funktioniert bei Zimmertemperatur.
Sie ist mit festen Elektroden
und einer Wasser-Salz-Lösung als Elektrolyt ausgestattet.
Die Hall-Heroult-Zelle
arbeitet bei hoher Temperatur,
hoch genug,
dass das Aluminiummetallprodukt flüssig ist.
Das Elektrolyt
ist nicht eine Wasser-Salz-Lösung,
sondern eher geschmolzenes Salz.
Diese Kombination aus flüssigem Metall,
geschmolzenem Salz und hoher Temperatur
erlaubt es uns, Hochstrom durchzuschicken.
Heute können wir Neumetall aus Erz gewinnen,
und ein halbes Kilo kostet weniger als 50 Cent.
Das ist das Wirtschaftswunder
der modernen Elektrometallurgie.
Genau dieser Aspekt hat mich so fasziniert,
dass ich unbedingt eine Batterie erfinden wollte,
die diese gigantischen Größenvorteile nutzen könnte.
Und das tat ich auch.
Ich machte die Batterie flüssig –
flüssige Metalle für beide Elektroden
und geschmolzenes Salz für als Elektrolyt.
Ich zeige Ihnen, wie.
Ich brachte ein Flüssigmetall
mit geringer Dichte oben an,
ein Flüssigmetall mit hoher Dichte unten,
und geschmolzenes Salz dazwischen.
Und jetzt,
welche Metalle nehme ich?
Die Planung
beginnt für mich immer hier:
mit dem Periodensystem,
festgehalten von einem anderen Professor,
Dmitri Mendeleyew.
Alles um uns herum
besteht aus einer Kombination
von dem, was Sie hier sehen,
inklusive unserer eigenen Körper.
Ich erinnere mich genau an den Moment,
als ich nach zwei Metallen suchte,
die die Auflagen von
reichlichem Vorkommen,
verschiedener, entgegensetzter Dichte,
und hoher gegenseitiger Reaktionsfähigkeit erfüllten.
Ich spürte einen Kick,
als ich wusste, dass ich die Antwort hatte:
Magnesium oben.
Und Antimon
unten.
Ich muss Ihnen sagen,
einer, der größten Vorzüge als Professor ist:
farbige Kreide.
(Lachen)
Zur Stromerzeugung
verliert Magnesium zwei Elektronen
wird zu Magnesiumion,
wandert durch den Elektrolyt,
nimmt zwei Antimon-Elektronen an,
und verbindet sich damit zu einer Legierung.
Die Elektronen machen sich an die Arbeit
in der realen Welt hier
und versorgen unsere Geräte mit Strom.
Um die Batterie zu laden,
schließen wir eine Stromquelle an.
Das könnte ein Windpark sein.
Dann kehren wir den Strom um.
Das zwingt das Magnesium dazu, sich zu lösen,
zur oberen Elektrode zurückzukehren
und die ursprüngliche Struktur der Batterie wieder herzustellen.
Der Strom zwischen den Elektroden
erzeugt genug Hitze, um die Temperatur zu halten.
Das ist echt cool,
zumindest theoretisch.
Aber funktioniert es auch?
Was ist nun der nächste Schritt?
Wir gehen ins Labor.
Beauftrage ich erfahrene Profis?
Nein, ich nehme einen Studenten
und betreue ihn,
zeige ihm, wie er das Problem betrachten
und von meiner Perspektive aus sehen soll.
Dann lasse ich ihn von der Leine.
Das ist der Student, David Bradwell,
der sich hier auf diesem Bild
zu fragen scheint, ob das Ding je funktionieren wird.
Was ich David damals nicht gesagt habe,
war, dass ich selber nicht überzeugt war.
Aber David ist jung und clever
und er will eine Doktoranden-Stelle,
und so baut er –
(Lachen)
Er baut dann
die allererste Flüssigmetallbatterie
mit dieser chemischen Zusammensetzung.
Aufbauend auf Davids ersten, vielversprechenden Ergebnissen,
die mit
Startkapital des MIT finanziert wurden,
konnte ich größere Forschungsmittel
aus dem Privatsektor
und von der US-Regierung auftreiben.
So konnte ich meine Gruppe auf 20 Leute ausbauen,
bestehend aus MA-Studenten, Post-Docs,
und sogar einigen BA-Studenten.
Ich konnte richtig gute Leute begeistern,
die meine Leidenschaft
für Wissenschaft und den Dienst an der Gesellschaft teilten,
nicht Wissenschaft und den Dienst an der Karriere.
Wenn Sie diese Leute fragen,
warum sie an einer Flüssigmetallbatterie arbeiten,
dann würden ihre Antworten
an Präsident Kennedys Bemerkungen erinnern,
als er 1962 die Rice-Universität besuchte.
Er sagte – und da genehmige ich mir ein paar Freiheiten –
"Wir arbeiten an der Netzspeicherung,
nicht weil es leicht ist,
sondern weil es schwierig ist."
(Applaus)
Nun zur Entwicklung der Flüssigmetallbatterie.
Wir beginnen hier mit unserer 1-Wattstunden-Zelle.
Ich nannte sie das Schnapsglas.
Wir haben mit über 400 davon gearbeitet
und ihre Leistung mit vielen Chemikalien perfektioniert,
nicht nur Magnesium und Animon.
Nach einiger Zeit sind wir bei der 20-Wattstunden-Zelle angekommen.
Die nannte ich den Hockey-Puck.
Und wir erzielten die gleichen bemerkenswerten Ergebnisse.
Dann kamen wir zur Untertasse.
Das sind 200 Wattstunden.
Die Technologie erwies sich
als robust und vergrößerbar.
Aber es ging uns nicht schnell genug.
Vor 1,5 Jahren also
haben David und ich
gemeinsam mit einem weiteren Teammitglied
eine Firma gegründet,
um unsere Fortschritte zu beschleunigen
und schneller ein Produkt herstellen zu können.
Heute bauen wir in der LMBC
Zellen mit einem Durchmesser von ca. 40 cm,
mit einer Kapazität von 1 Kilowattstunde –
das ist das 1000-fache der Kapazität
des anfänglichen Schnapsglases.
Wir nennen sie die Pizza.
Im Moment arbeiten wir an einer 4-Kilowattstunden-Zelle.
Sie wird ca. 91 cm Durchmesser haben.
Wir nennen sie den Bistro-Tisch.
Noch ist sie nicht präsentierbar im Hauptabendprogramm.
Bei einer Variante dieser Technologie
stapeln wir die Bistro-Tischflächen zu Modulen auf,
fassen die Module in einer Riesenbatterie zusammen,
die in einen ca. 12 m großen Schiffscontainer passt
und in der Praxis getestet werden soll.
Sie verfügt über eine Kapazität von 2 Megawattstunden –
2 Mio. Wattstunden.
Das ist genug Strom,
um den Tagesbedarf
von 200 amerikanischen Haushalten zu decken.
Hier haben Sie also Netzspeicherung:
leise, ohne Emissionen,
keine sich bewegenden Teile,
ferngesteuert,
marktpreisgerecht,
ohne Subventionen.
Was haben wir also aus all dem gelernt?
(Applaus)
Was haben wir also aus all dem gelernt?
Ich möchte Ihnen von
einigen Überraschungen, den Heterodoxien, erzählen.
Sie sind nicht offensichtlich.
Temperatur:
Nach klassischer Auffassung hält man sie niedrig,
bei oder nahe Zimmertemperatur,
und installiert dann ein Kontrollsystem, um sie da zu halten.
Rapiden Temperaturanstieg soll man vermeiden.
Die Flüssigmetallbatterie arbeitet bei hoher Temperatur
mit minimaler Regulierung.
Unsere Batterie kann den sehr hohen Temperaturanstieg
von Stromstößen aushalten.
Größenordnung: Nach klassischer Auffassung
senkt man die Kosten durch eine hohe Produktionsmenge.
Die Flüssigmetallbatterie senkt Kosten,
wenn man weniger Stückzahlen produziert, die aber größer sind.
Und schließlich das Personal:
Nach klassischer Auffassung
stellt man Batterieexperten an,
erfahrene Profis,
die auf ihre große Erfahrung und ihr Wissen zurückgreifen können.
Zur Entwicklung einer Flüssigmetallbatterie
stellte ich Studenten und Post-Docs an und betreute sie.
Bei einer Batterie
versuche ich, das elektrische Potential zu maximieren.
Bei der Betreuung
versuche ich, das menschliche Potential zu maximieren.
Sie sehen also
bei der Geschichte der Flüssigmetallbatterie
geht es nicht nur
um eine technologische Erfindung.
Sie ist eine Mustervorlage
zum Erfinden von Erfindern, mit vollem Spektrum.
(Applaus)