Strom aus Abgas: Diese Batterie wird besser, je schmutziger die Luft ist
Eine Batterie aus Südkorea erzeugt Strom aus Abgas. Ihre Leistung steigt dabei mit dem Schmutzgehalt in der Luft. Wie die Technik funktioniert und wie ausgereift sie schon ist.
Batterieforschung weltweit: Südkoreanische Forscher haben eine neuartige „Gasbatterie" entwickelt, die Treibhausgase in Strom umwandelt.
Foto: picture alliance / Westend61 | Gerasimovi
Eine Batterie, die in schmutziger Luft ihre Leistung steigert? Das klingt zunächst befremdlich, um nicht zu sagen – geschmacklos. Dennoch hat ein südkoreanisches Forschungsteam eine solche Abgasbatterie kürzlich im Labor demonstriert: Je höher die Konzentration von Schadstoffen, desto mehr Strom liefert das Gerät.
Die Erfindung adressiert ein Grundproblem heutiger Klimatechnik: Herkömmliche CCS-Anlagen (Carbon Capture and Storage) verbrauchen selbst große Mengen Strom, um Treibhausgase einzufangen. Je nach Verfahren gehen 25 % bis 40 % der Kraftwerksleistung allein für die Abscheidung drauf. Die Abgasbatterie dreht diese Energiebilanz um, indem sie bei der CO₂-Abscheidung Energie liefert, statt sie zu verbrauchen. Wie geht das?
Inhaltsverzeichnis
- Schadstoffe als Brennstoff
- Die Kernkomponenten der Abgasbatterie
- So funktioniert die Abgasbatterie
- Carbon Capture mit umgekehrter Energiebilanz
- Warum mehr Dreck hilft
- Erste Anwendungen möglich
- Luftreinigung als Nebeneffekt
- Welche Fragen noch nicht beantwortet sind
- Warum der Ansatz trotzdem interessant ist
Schadstoffe als Brennstoff
Das Team um Ji-Soo Jang von der Sungkyunkwan University (SKKU) in Seoul hat ein Gerät entwickelt, das es Gas Capture and Electricity Generator (GCEG) nennt. In einer Pressemitteilung vom 20. April beschreiben die Forschenden es im Detail.
An der Studie waren Forscher von neun südkoreanischen Institutionen beteiligt, darunter das Korea Institute of Science and Technology (KIST) und die Seoul National University. Die Ergebnisse waren zuvor im Fachjournal Energy & Environmental Science (7/2026) erschienen und schafften es sogar auf das Titelblatt der Ausgabe.
„Diese Forschung zeigt, dass Treibhausgase nicht nur Schadstoffe sind, die man managen muss, sondern als neue Energieressource dienen können“, fasste Jang die Ergebnisse zusammen. Wie aber funktioniert der Prozess?
Die Kernkomponenten der Abgasbatterie
Zwei Komponenten sind für den Aufbau des GCEG entscheidend:
- eine mit Industrieruß (Carbon Black) beschichtete Elektrode aus Maulbeerpapier,
- auf deren eine Hälfte ein Polyacrylamid-Hydrogel aufgetragen wird.
Diese Materialien sind vergleichsweise günstig und leicht verfügbar. Die Koreaner wollen damit bewusst eine spätere Skalierung erleichtern.
Damit das Ganze funktioniert, wird Hydrogel in einer sogenannten Janus-Struktur aufgetragen. Es bedeckt also nur eine Hälfte der Elektrode, die andere bleibt frei. Der Kontrast zwischen beschichteter und unbeschichteter Seite ist der Schlüssel zur Stromerzeugung.
So funktioniert die Abgasbatterie
Kommen Schadstoffe wie Stickstoffdioxid (NO₂) mit dem Hydrogel in Kontakt, docken sie an den darin enthaltenen Amidgruppen an, die man sich wie chemische Haftpunkte im Polymer vorstellen kann.
Das verschiebt die Elektronendichte im Hydrogel und verdrängt positiv geladene Ionen (Kationen) aus dem Gel. In der Folge wandern sie in Richtung der Kohlenstoff-Elektrode.
Weil das aber nur auf der beschichteten Hälfte passiert, entsteht ein Ladungsgefälle zwischen den beiden Seiten. Dieses Gefälle treibt nach Angaben der Forschenden einen kontinuierlichen Gleichstrom an, ohne dass eine externe Energiequelle oder bewegliche Teile notwendig wären.
Carbon Capture mit umgekehrter Energiebilanz
Bei CO₂ funktioniert der Prozess über einen etwas anderen Weg: Es ist als unpolares Molekül weniger reaktiv als NO₂, löst sich aber im Wasser des Hydrogels und bildet dort Bicarbonat und Protonen, die ebenfalls eine Spannung erzeugen.
Um noch stärker auf CO₂ zu reagieren, haben die Forscher das GCEG mit einer Amin-Beschichtung auf der gegenüberliegenden Elektrodenhälfte nachgerüstet. Der Zusatzstoff, der auch in vielen Verfahren zur industriellen CO₂-Abscheidung zum Einsatz kommt, bindet das Klimagas und verstärkt den Potenzialunterschied zwischen den beiden Elektrodenhälften.
Primary amine (MEA): 2RNH2 + CO2 → RNHCOO− + RNH3+
Secondary amine (DEA): 2R2NH + CO2 → R2NCOO− + R2NH2+
Die Koreaner konnten den Mechanismus laut ihrer Studie mittels Infrarotspektroskopie und Simulationen bestätigen: Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Gasmolekülen und dem Hydrogel forcieren demnach die Ladungsverschiebung. Je stärker die Wechselwirkung zwischen Gas und Gel, desto größer der Stromfluss.
Warum mehr Dreck hilft
Bei einer Konzentration von 50 ppm NO₂ liefert eine einzelne GCEG-Zelle 0,8 V und 55 µA (Mikroampere). Zum Vergleich: Eine handelsübliche AA-Batterie liefert rund 1,5 V bei mehreren Hundert Milliampere, also mehrere Tausend Mal so viel Strom. Die Leistung einer einzelnen Abgaszelle bewegt sich folglich nur im Mikrowatt-Bereich.
Doch dank ihres Wirkmechanismus lässt sich die Leistung der Batterie steigern: Je mehr Schadstoffe in der Luft sind, desto mehr Energie kann das Gerät gewinnen. Im Versuch reagierte das GCEG bereits ab 0,5 ppm NO₂, die Spannung stieg mit zunehmender Konzentration bis zur Sättigung der Adsorptionsstellen.
Die 50 ppm im Hauptversuch zeigen, dass sich die Batterie gut mit Industrieabgasen betreiben ließe, wo die Konzentration typischerweise zwischen 50 ppm und 500 ppm liegt. Schwieriger wird es im Straßenverkehr: Selbst an stark befahrenen Straßen misst man „nur“ 20 ppm bis 100 ppb. So paradox es klingt: Je schmutziger die Umgebungsluft ist, desto besser funktioniert die Gasbatterie.
Erste Anwendungen möglich
Die Forscher haben nicht nur eine Einzelzelle entwickelt, sondern bereits mehrere zusammengeschaltet. In einem Array aus 25 Zellen (fünf in Reihe, fünf parallel) erreichten sie damit rund 4 V, 150 µA und eine Spitzenleistung von 0,1 mW. Mit 18 Zellen in einer 6×3-Konfiguration luden sie zwei Kondensatoren nach eigenen Angaben auf 2,5 V. Damit betreiben die Entwickler nach eigenen Angaben einen Bluetooth-Tracker und eine Digitaluhr.
Mit anderen Worten: Von einem Kraftwerk ist die Erfindung noch weit entfernt. Das Prinzip ist aber skalierbar und reicht zumindest schon für energiearme Anwendungen aus.
Luftreinigung als Nebeneffekt
Das GCEG erzeugt nicht nur Energie, sondern reinigt auch die Luft. Im Versuch der Koreaner sank die NO₂-Konzentration am Auslass der Testkammer innerhalb von 20 min um 41,1 % gegenüber einer leeren Referenzkammer.
Die Reduktionsrate nahm zwar mit der Zeit ab, weil sich die Adsorptionsstellen im Hydrogel sättigten. Dennoch ist der Doppeleffekt ein weiterer interessanter Aspekt der Abgaszelle: Sie erzeugt Strom, indem sie Abgase aus der Luft filtert.
In einem weiteren Experiment testeten die Forscher eine andere mögliche Anwendung durch die Simulation einer landwirtschaftlichen Umgebung: Sie mischten Ammoniak-Dünger in Erde und platzierten das GCEG in einer geschlossenen Kammer. Die mikrobielle Zersetzung des Düngers setzte NOx frei. Nach rund zwölf Stunden stieg die Spannung des GCEG messbar an. Das Gerät „erntete“ also Strom aus einem Prozess, der auf jedem Acker stattfindet.
Welche Fragen noch nicht beantwortet sind
Auch wenn das Team aus Seoul noch kein marktreifes Produkt vorgelegt hat, konnte es doch schon wichtige Ergebnisse vorlegen:
- Die Spannung blieb über 24 Stunden unter kontinuierlichem Gasfluss stabil.
- In 15 Adsorptions-Desorptions-Zyklen behielt das Gerät 95 % seiner Signalstärke.
- Es funktionierte unter verschiedenen Temperatur- und Feuchtebedingungen.
Offene Fragen bleiben dennoch:
- Wie verhält sich das GCEG über Monate oder Jahre?
- Wie oft lässt sich das Hydrogel regenerieren, bevor es seine Adsorptionsfähigkeit verliert?
- Wie viel CO₂ kann das Gerät tatsächlich dauerhaft binden – zumal die Amin-basierte CO₂-Abscheidung im aktuellen Design nicht reversibel ist?
Für eine vollständig regenerierbare CO₂-Variante schlagen die Autoren den Einsatz von metallorganischen Gerüstverbindungen (MOFs) vor, bleiben aber den experimentellen Beweis schuldig.
Warum der Ansatz trotzdem interessant ist
Was die koreanische Gasbatterie von anderen Laborerfolgen unterscheidet, ist die umgekehrte Energiebilanz. Bisher war Emissionsreduktion ein Kostenfaktor; CCS funktioniert nach dem Prinzip: Energie rein, Schadstoff raus. Das GCEG schlägt den umgekehrten Weg vor. Und es liefert drei Funktionen in einem Gerät: Strom erzeugen, Schadstoffe binden, Luft reinigen.
Die Gasbatterie reiht sich damit in eine Serie kreativer Batteriekonzepte ein, die in jüngster Zeit für Aufsehen gesorgt haben. Chinesische Forscher etwa stellten eine Salzwasserbatterie auf Tofu-Basis vor, die ohne Lithium auskommt. Andere Teams lassen sich von der Natur inspirieren: Zitteraal-Batterien etwa ahmen die Stromstöße des Fisches nach. Und Freiburger Forscher verbessern bestehende Akkus, indem sie Kupfer statt Stahl als Batterieverbinder verschweißen. Die koreanische Gasbatterie geht noch einen Schritt weiter, indem sie nicht nur Schadstoffe reduzieren will, sondern sie zum Energieträger macht.
Die Studie „Electrical power generation from asymmetric greenhouse gas capture“ ist als Open-Access-Artikel im Journal Energy & Environmental Science erschienen.
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