Neue Wege zur Energiespeicherung: Elektrochemische Technologien können dazu beitragen, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern.

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Fikile Brushett, außerordentlicher Professor für Chemieingenieurwesen am MIT, hatte eine ungewöhnliche Inspirationsquelle für seine Karriere in den chemischen Wissenschaften: die Figur, die Nicolas Cage 1996 in dem Film “The Rock” spielte. In dem Film porträtiert Cage einen FBI-Chemiker, der eine Gruppe abtrünniger US-Soldaten zur Strecke bringt, die chemische Waffen requiriert und die Insel Alcatraz übernommen haben.

“Für eine wirklich lange Zeit wollte ich unbedingt Chemiker werden und für das FBI mit chemischen Kampfstoffen arbeiten. Das war das Ziel: Nick Cage zu sein”, erinnert sich Brushett, der den Film zum ersten Mal als Gymnasiast sah, der in Silver Spring, Maryland, einem Vorort von Washington, lebte.

Obwohl er am Ende nicht zum FBI ging oder mit chemischen Waffen arbeitete – was, wie er sagt, wahrscheinlich das Beste ist -, verfolgte Brushett doch seine Liebe zur Chemie. In seinem Labor am MIT leitet Brushett eine Gruppe, die sich der Entwicklung effizienterer und nachhaltiger Methoden zur Energiespeicherung widmet, darunter Batterien, die zur Speicherung der durch Wind- und Sonnenenergie erzeugten Elektrizität verwendet werden könnten. Er erforscht auch neue Wege zur Umwandlung von Kohlendioxid in nützliche Brennstoffe.

“Das Rückgrat unserer globalen Energiewirtschaft basiert derzeit auf flüssigen fossilen Brennstoffen, und die Energienachfrage steigt”, sagt er. “Die Herausforderung, vor der wir stehen, besteht darin, dass die Kohlendioxidemissionen sehr eng an diese steigende Energienachfrage gebunden sind und dass die Kohlendioxidemissionen mit der Volatilität des Klimas sowie mit der Umweltverschmutzung und den Auswirkungen auf die Gesundheit zusammenhängen. Für mich ist dies ein unglaublich dringendes, wichtiges und inspirierendes Problem, dem wir nachgehen müssen”.

“Ein Fundus an Wissen”

Brushett’s Eltern immigrierten in den frühen 1980er Jahren in die Vereinigten Staaten, noch bevor er geboren wurde. Seine Mutter, eine Lehrerin für Englisch als Zweitsprache, stammt aus Südafrika, und sein Vater, ein Wirtschaftswissenschaftler, stammt aus dem Vereinigten Königreich. Brushett wuchs hauptsächlich in der Gegend von Washington auf, mit Ausnahme von vier Jahren, die er aufgrund der Arbeit seines Vaters bei der Weltbank in Simbabwe verbrachte.

Brushett erinnert sich an diese idyllische Zeit und sagte: “Die Schule endete um 13 Uhr, so dass man fast den ganzen Nachmittag Zeit hatte, in der Schule Sport zu treiben, oder man konnte nach Hause gehen und einfach im Garten spielen”.

Seine Familie kehrte in die Gegend von Washington zurück, als er in der sechsten Klasse war, und in der Highschool begann er, sich für Chemie, aber auch für andere naturwissenschaftliche Fächer und Mathematik zu interessieren.

An der University of Pennsylvania beschloss er, Chemieingenieurwesen als Hauptfach zu studieren, weil ihm jemand geraten hatte, dass Chemieingenieurwesen gut zu Chemie und Mathematik passen würde, wenn er Chemie und Mathematik mochte. Während ihm einige seiner Chemieingenieurkurse gefielen, hatte er anfangs mit anderen Schwierigkeiten.

“Ich erinnere mich, dass ich eine Zeit lang wirklich Schwierigkeiten mit der Chemie hatte, und ich hatte das Glück, einen wirklich guten akademischen Berater zu haben, der sagte: ‘Hören Sie, die Chemie ist für einige Leute schwer. Manche Menschen bekommen es sofort, für manche dauert es eine Weile, bis es sich einstellt”, sagt er. Um sein Juniorjahr herum begannen die Konzepte zu greifen, erinnert er sich. “Anstatt die Kurse als in sich geschlossene Einheiten zu betrachten, begannen die Einheiten zusammenzukommen und in einen Wissenskörper zu fließen. Ich war in der Lage, die Verbindungen zwischen den Kursen zu erkennen.

Ursprünglich interessierte er sich vor allem für die molekulare Biotechnologie – das Gebiet der technischen Proteine und anderer biologischer Moleküle – und arbeitete schließlich mit seinem akademischen Berater John Vohs in einem Labor für Reaktionstechnik. Dort untersuchte er, wie katalytische Oberflächen chemische Reaktionen beeinflussen. Auf Empfehlung von Vohs bewarb er sich an der University of Illinois at Urbana-Champaign für ein Graduiertenkolleg, wo er an elektrochemischen Projekten arbeitete. Zusammen mit seinem Doktorvater Paul Kenis entwickelte er mikrofluidische Brennstoffzellen, die mit einer Vielzahl verschiedener Brennstoffe als tragbare Energiequellen betrieben werden konnten.

Während seines dritten Jahres an der Graduiertenschule begann er, sich um Fakultätsstellen zu bewerben, und ihm wurde eine Stelle am MIT angeboten, die er annahm, aber um zwei Jahre verschob, damit er einen Postdoc am Argonne National Laboratory machen konnte. Dort arbeitete er mit Wissenschaftlern und Ingenieuren zusammen, die eine breite Palette von Forschungsarbeiten zur elektrochemischen Energiespeicherung durchführten, und interessierte sich für Flussbatterien, die heute einer der Hauptschwerpunkte seines Labors am MIT sind.

Modellierung neuer Technologie

Im Gegensatz zu den wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien, mit denen unsere Mobiltelefone und Laptops betrieben werden, werden bei Durchflussbatterien große Flüssigkeitstanks zur Energiespeicherung verwendet. Solche Batterien sind traditionell unerschwinglich teuer, weil sie auf teuren elektroaktiven Metallsalzen basieren. Brushett arbeitet an alternativen Ansätzen, die weniger teure elektroaktive Materialien aus organischen Verbindungen verwenden.

Solche Batterien könnten verwendet werden, um die von Windturbinen und Solarpaneelen intermittierend erzeugte Energie zu speichern, was sie zu einer zuverlässigeren, effizienteren und kostengünstigeren Energiequelle machen würde. Sein Labor arbeitet auch an neuen Verfahren zur Umwandlung von Kohlendioxid, einem Abfallprodukt und Treibhausgas, in nützliche Brennstoffe.

In einem verwandten Forschungsbereich führt Brushett’s Labor “techno-ökonomische” Modellierung potenzieller neuer Technologien durch, um sie bei der Beurteilung folgender Aspekte zu unterstützen

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