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Anti-Aging für Brennstoffzellen

Zurzeit arbeitet Vanja Subotić an zehn Projekten gleichzeitig, alle drehen sich um die Optimierung von Brennstoffzellentechnologien.
Zurzeit arbeitet Vanja Subotić an zehn Projekten gleichzeitig, alle drehen sich um die Optimierung von Brennstoffzellentechnologien.Helmut Lunghammer
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Die auf Wasserstoff basierenden Zellen sind Hoffnungsträger in Sachen nachhaltiger Energiegewinnung. Die Energietechnikerin Vanja Subotić möchte ihre Lebensdauer verlängern.

Wenn Brennstoffzellen elektrischen Strom produzieren, geraten keine Stick- und Schwefeloxide in die Luft und kaum CO2. „Sie sind sehr saubere Energielieferanten“, unterstreicht Vanja Subotić. „Nebenprodukte sind lediglich reines Wasser und Wärme.“ Das macht sie so vielversprechend für die heiß begehrte klimafreundliche Energieerzeugung der Zukunft. Ihr geringes Gewicht, das fast geräuschlose Funktionieren und der hohe elektrische Wirkungsgrad sind ebenso von Vorteil. Doch um Brennstoffzellen serienreif zu machen, wird noch viel Grundlagenforschung nötig sein. Zu den großen Herausforderungen zählt Verschleiß: Die Leistung der kleinen viereckigen Platten sinkt, wenn sie altern.

Subotić arbeitet daran, diese Alterungsprozesse frühzeitig zu erkennen und Methoden zu finden, um sie aufzuhalten. Die 31-Jährige leitet eine Brennstoffzellen-Forschungsgruppe am Institut für Wärmetechnik der Technischen Universität (TU) Graz. Es gehört zur Fakultät für Maschinenbau, wo sie vor zweieinhalb Jahren promoviert hat. „Ich wusste schon in der Grundschule, dass ich Technikerin werden möchte“, erzählt die Forscherin. „Mathematik und Physik waren immer meine Lieblingsfächer, und meine Begeisterung für Naturwissenschaften nahm mit den Jahren sogar noch zu.“ 2006 kam sie von Bosnien und Herzegowina nach Graz und inskribierte nach einem Deutschkurs Elektrotechnik an der TU.

 

Energie aus Wasserstoff oder Methan

Im Masterstudium spezialisierte sie sich auf Energietechnik, erneuerbare Energien und nachhaltige Energiespeicherung; ihre Dissertation drehte sich um Hochtemperatur-Brennstoffzellen. „Ich fand dieses Gebiet so spannend, dass ich dabei geblieben bin.“ Für ihre Forschung dazu wurde sie heuer mit dem Josef-Krainer-Förderungspreis des Steirischen Gedenkwerks ausgezeichnet.

In Brennstoffzellen läuft eine elektrochemische Reaktion ab. Anders als bei konventionellen Technologien wie Kohlekraftwerken oder Verbrennungsmotoren wird chemische Energie ohne Umwege in elektrische Energie umgewandelt. Wasserstoff, Kohlenmonoxid oder Methan können dabei als Brennstoff dienen. Diesen lässt man in der Zelle – so wie man es von der „Knallgasprobe“ aus dem Chemieunterricht kennt – mit Sauerstoff reagieren.

Subotić konzentriert sich vor allem auf Hochtemperatur-Brennstoffzellen. „Sie sind besonders attraktiv für stationäre Systeme wie kleine Kraftwerke oder zur Produktion von Strom, Heizwärme und Warmwasser in Häusern, denn sie sind sehr effizient und lassen sich mit erneuerbaren Energien koppeln.“ Zudem würden im Gegensatz zu Niedrigtemperatur-Brennstoffzellen oder Batterien keine seltenen Materialien wie Lithium oder Platin verwendet. Die Kehrseite der Medaille sei die Anfälligkeit für Schäden aufgrund der hohen Betriebstemperaturen von bis zu 900 Grad Celsius. „Wie in der Medizin sind hier zunächst einmal ein grundlegendes Verständnis der schwächenden Mechanismen sowie Diagnosemethoden gefragt“, sagt Subotić.

Viele von ihren Projekten haben damit zu tun. Ein weiteres soll die Anwendung dieser Technologie in der Agrarindustrie optimieren. „Gewächshäuser zum Beispiel verbrauchen enorm viel Heizungswärme, darum interessiert man sich hier für kostengünstigere und umweltfreundlichere Energieformen“, erzählt Subotić. „Wir entwickeln ein Hochtemperatur-Brennstoffzellensystem dafür.“

Gerade ist sie aus Japan zurück, einer führenden Nation in ihrem Bereich. Sie hat vier Monate an der Kyushu-Universität verbracht; zu ihrer Freude ist sie dort Gastassistenzprofessorin geworden. „Das ist eine große Ehre für mich und sehr bedeutsam für meine weitere Forschung.“ Unter anderem hat sie mit den japanischen Kollegen neue Materialien und eine Herstellungstechnik erprobt, die die Lebensdauer von Hochtemperatur-Brennstoffzellen verlängern könnten. „Und neben den wissenschaftlichen Impulsen habe ich es genossen, diese freundliche Kultur und die unglaublich warmherzigen Menschen kennenzulernen.“

ZUR PERSON

Vanja Subotić (31) stammt aus Kozarska Dubica in Bosnien und Herzegowina. Ihr Forschungsgebiet ist die Optimierung von Hochtemperatur-Brennstoffzellen. Sie hat an der TU Graz Elektrotechnik mit Schwerpunkt erneuerbare Energien studiert und 2017 zu Brennstoffzellentechnik dissertiert. Derzeit habilitiert sie sich und leitet eine Arbeitsgruppe am Institut für Wärmetechnik der TU Graz.

Alle Beiträge unter: www.diepresse.com/jungeforschung

("Die Presse", Print-Ausgabe, 19.10.2019)