Neuartige Materialien ermöglichen Energiegewinnung, -speicherung und -einsparung, bergen aber zum Teil neue Herausforderungen
Im Auftrag des UBA untersuchte die Bundesanstalt für Materialforschung (BAM), welche neuartigen, fortschrittlichen Materialien (englisch: Advanced Materials, AdMa) schon heute die Energiewende unterstützen und welche künftig zum Einsatz kommen könnten. Advanced Materials sind dabei verstanden also Materialien, die bewusst und zielgerichtet auf bestimmte Strukturen oder Materialeigenschaften für ihren Anwendungsbereich hin konzipiert wurden. Im Rahmen einer Literaturrecherche wurden Materialien ermittelt, die heute in Energiegewinnung, -speicherung und -einsparung eingesetzt oder dafür erprobt werden. Zehn, die aus verschiedenen Gründen als besonders relevant gelten müssen, werden näher vorgestellt: Perowskit, Quantum Dots, Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS), Aerogele, Iridium Oxid, Metall-organische Gerüstverbindungen (metal-organic frameworks, MOFs), Hard Carbon, MXene, Graphen und verwandte 2D Materialien (GR2M) und Carbon Nanotubes (CNT). Neben den Vorteilen, die sie für die Energiewende haben, werden auch die Herausforderungen beleuchtet, die sie für den Umgang mit Ressourcen oder den Schutz von Mensch und Umwelt darstellen können.
Vorteile und (un-)bekannte Herausforderungen
Es zeigt sich, dass Advanced Materials ein enormes Potenzial für die Verwirklichung der Energiewende bieten. Einige werden bereits eingesetzt, andere noch erforscht und schon heute zeigt sich im Labormaßstab, dass sich beste Wärmedämmung, höchste Wirkungsgrade, enorme Leitfähigkeit und Synergieeffekte erzielen lassen, wenn bestimmte neuartige Materialien miteinander kombiniert werden. Zugleich sind jedoch nur wenige Informationen darüber verfügbar, welche Risiken die Materialien für die menschliche Gesundheit und die Umwelt bergen. Zum Teil erfordert ihre Anwendung den Einsatz bekannter Schadstoffe oder ihre Herstellung ist enorm Rohstoff- und Energie-intensiv. Herausforderungen für die Kreislaufwirtschaft sind bereits abzusehen: So kommen die Abmessungen einiger AdMa krankheitserregenden Fasern nahe, beim mechanischen Zerkleinern von CNT-haltigen Werkstoffen können solche Fasern ebenfalls entstehen. Werden CNT-haltige Verbundwerkstoffe für das Recycling zermahlen, entsteht leitfähiger Staub, der den Maschinen zusetzt. Werden schädliche Rohstoffe wie das Blei in Perwoskiten für die sichere Anwendung eingekapselt, sind sie schwerer zurückzugewinnen.
Bericht gibt einen ersten Einblick
Damit Advanced Materials die Energiewende voranbringen während zugleich Sicherheit und Nachhaltigkeit gewährleistet werden können, sind tiefergehende Untersuchungen nötig. Auf der Grundlage einer Literaturrecherche gibt der Bericht dazu einen ersten Überblick.
Der Bericht "Final report Advanced materials for the energy transition: Study to survey the state of knowledge and technology on the application of advanced materials in the various technologies for the production and storage of renewable energies" (unter "Weitere Informationen") von Xenia Knigge und Jörg Radnik von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung erschien als UBA TEXTE 83/2025.