Sonne Tanken

Forschungsförderung für „Sunny Cellulose“

Ein Verbundprojekt des DESY mit der Königlichen Technischen Hochschule Stockholm zur Entwicklung neuartiger Sonnenrollos hat eine 30-monatige Förderung des Bundesministeriums für Inneres, Bau und Heimat (BMI) erhalten. Die Forschenden wollen neuartige Polymersolarzellen, die bessere Wirkungsgrade erreichen und somit über herkömmlichen Silizium-Solarzellen liegen, auf ein eigens entwickeltes Material aus Nano-Zellulosefasern aufsprühen. Dies ist robuster als jedes andere bekannte Biomaterial auf der Welt – stärker als Stahl und hat eine Zugfestigkeit wie Spinnenseide.

Das Material hat das Forschungsteam mithilfe der Röntgenlichtquelle PETRA III am DESY entwickelt: Durch ein spezielles Verfahren namens „hydrodynamische Fokussierung“ haben sie die nur 700 Nanometer kurzen und zwei bis fünf Nanometer dünnen Rohfasern, aus denen Holz und Pflanzen bestehen, zu längeren und dickeren Fasern eng zusammengepackt. Zusammengehalten werden sie durch supramolekulare Kräfte, zu denen auch die Van-der-Waals-Kräfte gehören. Wie sich die Fasern verhalten und strukturiert sind, konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit der hellen Röntgenlichtquelle detailliert wie unter dem Mikroskop beobachten und das Verfahren optimieren. „So haben wir Fäden von bis zu 15 Mikrometern Dicke und mehreren Metern Länge hergestellt“, sagt Stephan Roth, Leiter der PETRA-Messstation, an der die Fäden gesponnen wurden.

Jetzt soll aus diesen naturbasierten, künstlich hergestellten, ultrastarken Nanofasern also ein flexibles Gewebe gefertigt werden, das im Prinzip als Kunststoffalternative in vielen Bereichen Anwendung finden kann: in Autos, Möbeln oder Verpackungen zum Beispiel. Oder auch in der Biomedizin, denn Zellulose wird vom Körper nicht abgestoßen. Zunächst einmal soll sich das Material jedoch als Sonnenblende beweisen, die gleichzeitig Strom produziert. Dazu wollen die Forscher eine Plane von rund einem Quadratmeter Größe weben, auf die sie dann eine funktionalisierte Nano-Schicht aus Solarzellen aufbringen. Projektpartner von „sunny cellulose“ ist der Bundesverband deutscher Gartenfreunde e.V., in dessen Zentrale das neuartige Hightech-Rollo erstmals zum Einsatz kommen wird.

Bis es soweit ist, muss aber noch viel weitere Forschungsarbeit geleistet werden, denn die Kombination der beiden Materialien ist absolutes Neuland. Eine Herausforderung besteht zum Beispiel noch darin, einerseits ein Produktionsverfahren auf Basis der grünen Chemie zu entwickeln, also möglichst wasserbasiert und nachhaltig. Das Produkt soll leicht recycelbar sein. Andererseits muss es eine hohe Langzeitstabilität gegen Feuchtigkeit zeigen.

Das übergeordnete Ziel ist, wegweisende Impulse für Bauwesen und Architektur zu setzen. Die Bauweisen der Zukunft sollen klima- und umweltfreundlich, ressourcensparend und kosteneffizient sein. Das Sonnenrollo „Sunny Cellulose“ zahlt auf diese Ziele ein.

veröffentlicht

  • 29.03.2021

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  • innovation@desy.de