In den Bereichen Energietechnik und Werkstoffkunde ist ein Durchbruch gelungen, der die Vorstellungen über die Lebensdauer autonomer Geräte revolutionieren könnte. Wissenschaftler der Universität Bristol haben in enger Zusammenarbeit mit der britischen Atombehörde (UKAEA) einen Prototyp einer revolutionären Energiequelle vorgestellt. Das neue Gerät, die Diamant-Nuklearbatterie genannt, kann über Jahrtausende hinweg funktionieren, ohne dass eine Aufladung oder Wartung erforderlich ist.

Von der Archäologie zur Energietechnik: Funktionsprinzip

Die Technologie basiert auf der Verwendung des radioaktiven Isotops Kohlenstoff-14 (Kohlenstoff-14). Historisch ist dieses Isotop als wichtiges Werkzeug zur archäologischen Datierung alter Artefakte bekannt. Britische Forscher haben ihm jedoch eine völlig neue Anwendung gegeben – die Erzeugung eines langlebigen Mikrostroms. Das Funktionsprinzip der Batterie beruht auf dem langsamen radioaktiven Zerfall von Kohlenstoff-14, dessen Halbwertszeit etwa 5700 Jahre beträgt. Das bedeutet, dass das Gerät auch nach sechstausend Jahren noch die Hälfte seiner ursprünglichen Leistung aufrechterhalten wird.

Diamant-Halbleiter und Strahlenschutz

Ein entscheidendes Merkmal des Designs ist die Verwendung von synthetischem Diamant als Halbleiter. Beim Zerfall von Kohlenstoff-14 werden schnelle Beta-Teilchen (Elektronen) emittiert. Der Diamantkörper fängt die Bewegung dieser Teilchen ein und wandelt sie in Gleichstrom um. Wichtig ist, dass Diamant die einzigartige Fähigkeit besitzt, Betastrahlung vollständig in seiner Struktur zu absorbieren. Dies macht das Gerät für den Betrieb sicher: Die Austritt gefährlicher Strahlung nach außen ist im Normalbetrieb vollständig ausgeschlossen.

Verwertung von Nuklearabfällen als Ressource

Einer der bedeutendsten Aspekte des Projekts ist die Rohstoffquelle. Das Hauptmaterial für die Herstellung solcher Batterien ist radioaktiver Graphit, der beim Rückbau von Kernreaktoren gewonnen wird. Die Extraktion des Isotops Kohlenstoff-14 aus den Oberflächen von Graphitblöcken ermöglicht es, eine doppelte Aufgabe zu lösen: gefährliche Abfälle zu verwerten und eine wertvolle Energiequelle zu schaffen. Nach Ablauf der Lebensdauer kann der Diamantmodul ebenfalls wiederverwertet oder sicher entsorgt werden, wodurch der ökologische Kreislauf geschlossen wird.

Anwendungsbereiche: Von der Medizin bis zum Weltraum

Trotz der beeindruckenden Langlebigkeit beträgt die Leistung der Batterie nur Mikrowatt. Das bedeutet, dass sie Lithium-Ionen-Akkus in Smartphones oder Elektrofahrzeugen nicht ersetzen kann. Der Hauptwert der Innovation liegt jedoch in der Versorgung von Geräten unter Bedingungen, bei denen der Austausch der Energiequelle schwierig, gefährlich oder technisch unmöglich ist. Vielversprechende Anwendungsbereiche umfassen medizinische Implantate (Herzschrittmacher und Neurostimulatoren), die jahrzehntelang ohne weitere Operationen funktionieren können, sowie Weltraumsonden für den tiefen Weltraum und abgelegene Wetterstationen in der Arktis.

Kontroverse Daten

Obwohl die wissenschaftliche Gemeinschaft die Entdeckung begrüßt, gibt es Uneinigkeit über die Zeitrahmen der Kommerzialisierung der Technologie. Einerseits geben Vertreter der Universität Bristol an, bereit zu sein, in naher Zukunft nach kommerziellen Partnern zu suchen und die Produktion zu skalieren. Andererseits weisen Experten für nukleare Regulierung darauf hin, dass der Zertifizierungsprozess solcher Geräte für medizinische und weltraumbezogene Anwendungen aufgrund strenger Sicherheits- und Strahlenschutzanforderungen zwischen 5 und 10 Jahre dauern kann. Derzeit befindet sich das Gerät noch im Prototypstadium, und das genaue Datum des Markteintritts bleibt Gegenstand von Diskussionen.