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Schapp`sie dir! Künstliche Kiemen lassen Meeresroboter Energie tanken

Quelle: Helmholtz-Zentrum Hereon 2 min Lesedauer

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Autonome Meeresforschungssysteme, wie etwa Ozeangleiter, beziehen ihre Power derzeit aus Lithium-Ionen-Batterien. Künstliche Kiemen könnten das ändern.

Das ist der Prototyp des Energiesystems, das sogenannten Ozeangleitern (einer ist im Hintergrund zu sehen) die Energieversorgung erleichtern soll. Entwickelt wurde es am Helmholtz-Institut Hereon. Wie es heißt, funktioniert es wie die Kiemen von Fischen.(Bild: Hereon / S. Niemann)
Das ist der Prototyp des Energiesystems, das sogenannten Ozeangleitern (einer ist im Hintergrund zu sehen) die Energieversorgung erleichtern soll. Entwickelt wurde es am Helmholtz-Institut Hereon. Wie es heißt, funktioniert es wie die Kiemen von Fischen.
(Bild: Hereon / S. Niemann)

Sogenannte Ozeangleiter können sich mehrere Wochen lang autark durch das Meer bewegen. Ihre Sensoren messen auf ihrem Weg zum Beispiel Temperatur, Druck, Salzgehalt, Sauerstoffkonzentration oder Strömung. Mit Tauchgängen bis zu 1.000 Metern Tiefe liefern sie Ergebnisse, die mit Forschungsschiffen kaum erreichbar sind, wie es weiter heißt. Auch ist die Nutzung der Roboter billiger als die eines Schiffs mit Besatzung & Co.. Doch die üblichen Batterien machen Probleme. Sie gelten etwa als Gefahrgut und dürfen deshalb nur unter strengen Sicherheitsauflagen transportiert werden. Das erhöht die Kosten der Forschungsprojekte. Dr. Lucas Merckelbach und Dr. Prokopios Georgopanos vom Helmholtz-Zentrum Hereon haben deshalb eine Alternative entwickelt, die wie Kiemen funktioniert. Die beiden haben ihr neues Energiesystem bereits patentieren lassen.

Silikonkiemen „saugen“ Sauerstoff aus Meerwasser

Statt Batterien wollen die Experten die Gleiter nämlich per Brennstoffzelle antreiben. Der Wasserstoff soll erst am Einsatzort „getankt“ werden, wie man berichtet. Als sicherer und effizienter Speicher diene ein Behälter mit Metallhydriden. Diese speichern den Wasserstoff, indem sie ihn chemisch in die Metallstruktur einbinden. Der nötige Sauerstoff wird hingegen nicht gespeichert, sondern direkt aus dem Meerwasser entnommen, heißt es. Georgopanos setzt dabei auf eine für Sauerstoff durchlässige Membran aus Silikon. Als Teil der Wand des Gleiters funktioniere die Polymerhaut dann wie künstliche Kiemen. Außen grenzt sie an das sauerstoffhaltige Meerwasser, innen an eine Leitung, die den ausgefilterten Sauerstoff zur Brennstoffzelle führt. Die Sauerstoffkonzentration in der Leitung ist dabei geringer als die im Wasser. Dadurch wandert Sauerstoff aus dem Wasser automatisch durch die Membran ins Innere, was in der Fachsprache Diffusion heißt. Per Luftstrom gelangt der Sauerstoff in der Leitung dann in die Brennstoffzelle, wo durch Reaktion mit Wasserstoff für elektrischen Strom sorgt. Als Abfallprodukt entsteht bekanntlich lediglich Wasser.

Und es geht noch weiter ...

Im Rahmen des MUSE-Projekts optimieren die Forscher das System in den kommenden Jahren weiter. Dafür bekommen sie personelle Verstärkung an den Instituten für Membranforschung und Wasserstofftechnologie. MUSE ist ein gemeinsames Projekt mit dem Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Bremerhaven und dem GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, bei dem die Meerestechnik und -infrastruktur weiterentwickelt wird.

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