Mariella Benkenstein und Marit Kock erhalten den Sonderpreis Energiewende 2021 des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) beim diesjährigen Bundeswettbewerb von Jugend forscht. Die beiden 17-Jährigen tüfteln an einer umweltfreundlicheren und günstigeren Batterie, die aus gelöstem Kohlendioxid (CO₂) und Wasser besteht.

„Wir wollten etwas gegen den Klimawandel tun“, so beschreibt Marit Kock, wie die Idee zum Forschungsprojekt mit ihrer Mitschülerin Mariella Benkenstein entstanden ist. Die vergangenen zweieinhalb Jahre haben sie an einer umweltfreundlicheren und günstigeren Variante der Redox-Flow-Batterie gearbeitet. Dabei handelt es sich um elektrochemische Energiespeicher mit einem flüssigen Speichermedium.

„Diese Elektrolyten werden durch eine Membran getrennt. Gibt man Elektronen dazu, zum Beispiel durch Strom aus einer Windenergieanlage, verändern sich die Stoffe energetisch. Die Flüssigkeit kann in Tanks gespeichert werden und die darin gespeicherte elektrische Energie beim Entladen der Batterie wieder genutzt werden“, erklärt Mariella Benkenstein. Redox-Flow-Batterien haben im Vergleich zu anderen Batterietypen eine deutlich höhere Lebensdauer. Besonders weit verbreitet sind jedoch Speichermedien mit Vanadium-Lösungen. Das Schwermetall kann giftig sein. Zudem ist es relativ teuer. „Wir untersuchen daher, wie wir Vanadium durch gelöstes CO₂ und Wasser ersetzen können“, sagt Marit Kock.

Dazu haben die Schülerinnen zunächst jede Menge Forschungsliteratur recherchiert und dann 22 Versuche in mehreren Versuchsreihen durchgeführt. Sie haben zum Beispiel Elektroden aus verschiedenen Materialien oder unterschiedliche CO₂ Quellen getestet. „Wir hatten dabei einige Rückschläge. In einem Versuch konnten wir keine Spannung messen. Die Trennmembran war zu klein, es konnten keine Protonen wandern. Aus solchen Erfahrungen haben wir gelernt und unseren Prototypen angepasst“, erzählt Mariella Benkenstein.

So konnten die Schülerinnen zeigen, dass eine Batterie mit gelöstem CO₂ und Wasser prinzipiell funktionieren kann: Mit ihrem selbst gebauten Prototyp konnten sie einen kleinen Motor antreiben und das auch, wenn sie die Batterie mehrere Male ge- und entladen hatten.

„Wir sehen den zukünftigen Nutzen der Redox-Flow-Batterietechnologie als grünen Energiespeicher für große Mengen erneuerbare Energie. Die Technologie ist nicht so kompakt wie Lithium-Ionen-Batterien, dafür eignet sie sich unter anderem als Großspeicher neben einem Windenergiepark“, sagt Marit Kock. Bis ihr Ansatz aber kommerziell nutzbar sein kann, liegt noch einiges an Arbeit vor den Schülerinnen. Aktuell muss zum Beispiel viel mehr Energie in die Batterie gesteckt werden, als am Ende nutzbar ist.

Das schreckt die Jugendlichen, die beide Stipendiatinnen des Vereins zur MINT-Talentförderung sind, aber nicht ab. Auch weil sie von vielen Seiten unterstützt werden und erste Kontakte zu Industrievertretern und Forschenden geknüpft haben. Dass sie nun auch den Sonderpreis Energiewende erhalten haben, bekräftigt sie in ihrem Plan, nach der Schule ein natur- bzw. lebenswissenschaftliches Studium zu beginnen.

Sonderpreis würdigt innovative Forschungsprojekte junger Menschen

„Nachwuchsforscherinnen und -forscher sind unsere wertvollste Ressource“, sagt BMWi-Staatssekretär Andreas Feicht. „Wir möchten junge Menschen mit dem Sonderpreis motivieren, sich mit nachhaltigen, klimafreundlichen und zukunftsfähigen Energietechnologien auseinanderzusetzen und sich für ein weltweit gefragtes Forschungs- und Arbeitsfeld zu begeistern.“ Seit 2007 werden mit dem Sonderpreis junge Menschen im Rahmen des Wettbewerbs Jugend forscht ausgezeichnet, die sich in ihren Forschungsarbeiten in herausragender Weise mit der Energiewende beschäftigt haben. Der BMWi-Sonderpreis ist mit 1.500 Euro dotiert und wird im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms gefördert.

Der diesjährige Sonderpreis wurde während des 56. Bundeswettbewerb von Jugend forscht (26. bis 30. Mai) vergeben. 169 Nachwuchsforschende hatten ihre Projekte während der digitalen Veranstaltung vorgestellt.