Nanotech. Quantensprünge in der Solartechnologie

Unsere Zukunft liegt in den Händen der Jugend: Cassia Attard ist siebzehn Jahre alt, Innovationsjunkie und Nanotech-Expertin. Die Kanadierin erforscht, wie unsere Städte nachhaltiger werden: Sind die Fensterfronten von Hochhäusern womöglich unsere neuen Solaranlagen? Wie Mobilität von der Quantentechnologie profitieren könnte, erzählt sie in „Nägel mit klugen Köpfen“.

Cassia, was macht eine Stadt lebenswert für dich?

Ich bin aus Toronto und liebe diese Stadt total. Was mich am meisten freut: Dass alles so leicht erreichbar ist und viele interessante Menschen um die Ecke wohnen. Für mich, die etwas verändern möchte, ist das mehr als Heimat: Eine inspirierende Umgebung! Deshalb bleibe ich dort zumindest vorerst wohnen.

An welchen innovativen Ideen arbeitest du gerade?

Mein größtes Ziel ist es, den globalen Klimawandel aufzuhalten. Momentan beschäftige ich mich mit unterschiedlichen Themen, die das technologische Potenzial dazu haben. Ich forsche zu Nanotechnologie im Solarbereich, damit wir die Sonnenenergie bald effizienter nutzen können, aber auch zu In-Vitro-Fleisch oder wie man mit künstlicher Intelligenz (KI) die Überfischung bekämpfen kann.

Cassia Attard ist eine 17 Jahre alte Innovatorin aus Toronto. Ihr Lebensziel ist es, mit innovativen Zukunftstechnologien den Klimawandel aufzuhalten. Sie arbeitet als Innovator bei „The Knowledge Society“ (TKS) und beschäftigt sich mit zukunftsweisenden Techniken wie Nanotechnologie, Cellular Agriculture oder Computer Vision. Zusammen mit Experten der Universitäten in Toronto und Waterloo sowie der Amp Solar Group arbeitete sie bereits in mehreren Forschungsprojekten mit. Auf der me Convention 2019 in Frankfurt berichtete sie davon, wie Quantum Dots – lichtabsorbierende Quantenpunkte – die Solartechnik revolutionieren und unsere Städte grüner machen.

Seit wann interessierst du dich für Technologie?

Ich war ein wissbegieriges Kind, Forschung und Umweltthemen haben mich schon immer interessiert. Seit November 2017 bin ich Teil des Programms „The Knowledge Society“ in Toronto, kurz TKS. Meine Leidenschaft für innovative Technologien wird hier richtig angefeuert.

Was macht eine Innovatorin wie dich aus?

Meine Einstellung. Zwar habe ich bis jetzt noch nicht viel Revolutionäres erreicht, aber mir geht es im Moment vor allem um meine innere Einstellung: Wenn ich weiterlerne und neugierig bleibe, werde ich irgendwann die Welt verändern.

Ein Zitat von dir: „Unsere derzeitige Solartechnik ist Mist!“

Ich will nicht zu pessimistisch klingen. Die Solartechnik befand sich lange Zeit auf einem richtig guten Weg: Ihr Wirkungsgrad stieg seit ihrer Erfindung in den 50er Jahren stetig, doch in den letzten 20 Jahren hat sich nicht mehr viel getan. Wir bauen die immer gleichen, blau glänzenden Solarzellen aus Silizium. Jeder denkt, dass wir mit dieser Solartechnologie die Welt retten, aber das ist eher unwahrscheinlich. Die Technik ist bereits veraltet und ziemlich ineffizient, deshalb: Mist.

Die 17-Jährige Cassia Attard ist Teil des Programms „The Knowledge Society“ in Toronto. Hier kennen Innovationsdrang und Leidenschaft für ungewöhnliche Technologien keine Grenzen.

Setzen wir also besser auf andere erneuerbare Energien?

Nein, die Solartechnik hat riesiges, bisher wenig genutztes Potenzial: An einem einzigen Tag bekommen wir von der Sonne genug Energie, um die ganze Welt für ein Jahr mit Strom zu versorgen. Die Sonnenenergie ist also reichlich vorhanden, wir müssen nur besser werden, uns an ihr zu bedienen – zum Beispiel mit Perowskit- oder Quantenpunkt-Solarzellen, die höhere Wirkungsgrade haben.

Warum sind Quantenpunkt-Solarzellen effizienter?

Der Vorteil der Quantenpunkte ist: Du kannst ihre Größe ändern, damit sie unterschiedliche Lichtfarben absorbieren. Verschieden große Quantenpunkte, auch „Quantum Dots“ genannt, können jede gewünschte Lichtfarbe in Elektrizität umwandeln und zwar nicht nur das sichtbare Licht, sondern ein viel breiteres Spektrum. Zum Vergleich: Die bisherigen Silizium-Solarzellen können nur bestimmte Wellenlängen von Licht verarbeiten – ihr maximaler theoretischer Wirkungsgrad liegt bei circa 30 Prozent.

Wie groß sind Quantum Dots?

Stell dir ein menschliches Haar vor und teil es durch 10.000, dann hast du die Größe eines Quantum Dots. Diese Nanopartikel sind unglaublich klein und zudem unsichtbar. Wir können sie auf beliebige Oberflächen wie Metall oder Glas auftragen. Nanotechnologie hat ein riesiges Potenzial – auch oder gerade für Großstädte.

Solartechnik hat laut Cassia Attrad ein riesiges Potenzial als erneuerbare Energie.

In Städten gibt es ja viel Schatten durch umliegende Gebäude. Warum haben die Quantum-Dot-Solarzellen hier einen Vorteil?

Die konventionellen Sonnenkollektoren können wir nur auf sonnenverwöhnten Dächern nutzen und wie ich schon gesagt habe, dort auch nicht effizient. Bei Nano-Solarzellen verwenden wir dagegen die bereits vorhandene Infrastruktur. Wir verwandeln zum Beispiel Fensterreihen von Wolkenkratzern in Sonnenkollektoren. Oder wir beschichten gleich die ganze Fassade mit Quantum Dots, um die gesamte, aufs Gebäude einwirkende Sonneneinstrahlung einzufangen und in Energie umzuwandeln.

Wie tragen solche innovativen Technologien zu umweltfreundlicheren Städten bei?

Ganz enorm! Mit Nanotechnologie können sich Städte irgendwann vielleicht selbst mit Energie versorgen. Daran möchte ich weiterforschen. Aber es gibt noch andere, spannende Ideen. Ein Beispiel ist Zement: Richtig produziert, schluckt der Baustoff eine Menge CO2. Wir können unsere Städte also nachhaltiger gestalten, indem wir alltägliche Dinge wie Fenster oder Zement auf innovative Art und Weise neu erfinden.

Auch Mobilität muss nachhaltiger werden: Wie kann Nanotechnologie dabei helfen?

Autos und Nano-Solartechnik – das wird großartig! Irgendwann werden wir uns von Autos mit Verbrennungsmotoren verabschieden müssen. Es ist ja bereits in Gange, dass wir auf Elektroautos umsteigen. Dafür brauchen wir ebenfalls effizientere regenerative Energiequellen.

Ist es denkbar, dass sich unsere Autos auch irgendwann autark mit Solarenergie versorgen?

An der Universität von Waterloo forscht eine Gruppe an einem gänzlich solarbetriebenen Auto. Die gesamte Oberfläche des Autos besteht aus flexiblen Solarpanelen, die Fenster sind mit Quantum Dots beschichtet. Tatsächlich hätten sie auch gleich das gesamte Auto mit Quantum Dots beschichten können, weil sie transparent sind und auch auf Metall haften. Stell dir doch mal ein Auto vor, bei dem du nicht weißt, wie es betrieben wird, es läuft einfach. Das wäre absolut verrückt (lacht) und cool.

Mit Nanotechnologie können sich Städte vielleicht bald selbstversorgen, so Cassia Attard im Interview.

Ist das alles noch Zukunftsmusik?

Die Technologie existiert bereits. Vielleicht hast du schon Fernsehgeräte mit Quantentechnologie gesehen, die mit einer besseren Bildqualität werben? Das Prinzip ist das gleiche: Genau wie Quantenpunkte können sie Licht absorbieren und auch Licht emittieren. Bei kommerzieller Nutzung von Quantenpunkt-Solarzellen gibt es derzeit jedoch noch eine Reihe technischer und wirtschaftlicher Hindernisse.

Quantum Dots sind unter anderem ziemlich giftig – wie nachhaltig kann diese Nanotechnologie sein?

Die bisher effizientesten Materialien wie Bleisulfid sind absolut toxisch, das stimmt, und nicht marktfähig. Aber die Forschung zu neuen, ungiftigen Materialien macht gerade große Sprünge, sodass die Herausforderungen sicher bald Vergangenheit sind.

Wenn du in die Zukunft blickst: Wie sieht unsere Mobilität im besten Fall aus oder was muss sich ändern?

Wir müssen uns fragen: Wie können wir Mobilität gestalten, damit alle Menschen davon profitieren, also zum Beispiel auch in abgelegenen Gebieten in Afrika oder Südamerika? Eine globale Herausforderung, für die wir zum Beispiel neue Transportlösungen entwickeln können. Ein Unternehmen in Toronto, Solar Ship, baut riesige Ballons, die mit Solarenergie angetrieben werden, um lebensnotwendige Güter in abgelegene Dörfer zu fliegen.

Was können wir als Daimler tun, um die Entwicklung nachhaltiger Mobilität zu beschleunigen?

Die Elektroautos kommen zwar voran, aber es gibt im ganzen Sektor wenig Forschung und Entwicklung zu Autos, die sich selbst mit regenerativen Energien antreiben. Das wäre also etwas wirklich Interessantes.

Dein nächster Schritt, um den Klimawandel aufzuhalten?

Erstmal möchte ich die komplexen Dynamiken des Klimawandels tiefgehend begreifen, um den besten Ansatz zu wählen. Sobald ich für mich eine Richtung entschieden habe, geht’s los. Ich halte euch auf dem Laufenden.

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