Diamant-Batterien aus Atommüll sollen Jahrtausende Strom liefern

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Britische Forscher haben eine Idee entwickelt, wie sie einen beträchtlichen Teil des Atommülls aus veralteten, stillgelegten Kernreaktoren sinnvoll weiterverwenden können. Er soll schlicht in Form extrem langlebiger Batterien in verschiedenen Anwendungsbereichen Strom zur Verfügung stellen.

Der Atommüll, mit dem man in Folge der Nutzung der Kernenergie umgehen muss, ist weitaus umfangreicher als nur die eigentlichen Brennelemente. Wird ein Kernkraftwerk abgebaut, gilt im Grunde das gesamte Innenleben des Reaktors als kontaminiert und muss entsprechend sicher gelagert werden - und dies über hunderttausende von Jahren. Daher wird stets nach Möglichkeiten gesucht, wie man den Müll dann doch noch sinnvoll weiterverwenden könnte, ohne dass es zu noch schwerwiegenderen Folgen kommt.

Forscher der University of Bristol hatten hier eine Idee für den Umgang mit dem strahlenden Material aus den Graphit-Blöcken, die zwischen den Brennelementen hängen und dafür sorgen, dass im Reaktor eine kontrollierte Kettenreaktion läuft. In ihnen reichert sich mit der Zeit selbst ein Kohlenstoff-Isotop an, das über lange Zeit strahlt: Kohlenstoff-14.

Tausende Jahre Strom

Im Rahmen des Forschungsprojektes griff man auf die Tatsache zurück, dass in Diamanten, die radioaktiver Strahlung ausgesetzt sind, eine Spannung entsteht. Und da Diamant bekanntlich aus Kohlenstoff besteht, erzeugt man nun künstliche Diamanten aus dem Kohlenstoff-14 und erhält ein Objekt, das permanent eine Spannung erzeugt - und dies über eine lange Zeit. Die Halbwertzeit des Isotops liegt bei 5.730 Jahren. Dann also würde die Batterie immer noch die Hälfte ihrer Leistung bringen.

Kohlenstoff-14 ist ein Beta-Strahler. Diese Strahlung hat keine besondere Reichweite, so dass man in der Umgebung des Diamanten kaum etwas davon mitbekommt. Hält man die fragliche Batterie in der Hand, bekommt man laut den Forschern nicht mehr Strahlung ab, als würde man eine Banane halten. Die Beta-Partikel wirken also im Wesentlichen nur innerhalb der Diamant-Struktur. Und da es sich um das härteste natürliche Material handelt, ist es auch unwahrscheinlich, dass das Isotop bei Gebrauch in Spuren herausgelöst wird. Sicherheitshalber soll der Kohlenstoff-14-Kern aber noch in eine Diamant-Hülle aus nicht radioaktivem Kohlenstoff eingebettet werden.

Die Energie, die eine solche Batterie erzeugt, ist zwar nicht besonders umfangreich, genügt aber für Anwendungen, die mit wenig Strom auskommen, dafür aber lange Laufzeiten benötigen. So könnten die Diamant-Batterien beispielsweise Herzschrittmacher, autarke Sensoren oder auch Instrumente in Satelliten und Raumsonden antreiben. Genug Rohstoff ist vorhanden. Allein in Großbritannien entstanden in den Atommeilern verstrahlte Graphitblöcke in Höhe von 95.000 Tonnen.
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Mit genügend Energieausbeute würde auf diese Weise die Elektromobilität um viele Schritte vorankommen.
Kein Aufladen mehr nötig, theoretisch unbegrenzte Reichweite, keine explodierenden oder brennbaren Akkus, weniger Gewicht (schätze ich mal)...

Gleiches wäre doch auch für Smartphoneakkus möglich, vielleicht sogar für moderne TV-Geräte, Notbooks, Wohnraumbeleuchtung, Kaffeemaschinen und Toaster, ... vorausgesetzt die Energieausbeute wäre entsprechend hoch und effizient.
Man könnte auf Strom aus den Steckdosen, welcher zum Großteil durch Verbrennung fossiler Brennstoffe oder aus Atomenergie entsteht, verzichten... DAS wäre ein deutlicher Schritt nach vorn.
Kommt aber so nie, dafür sorgen schon genug Lobbys und Lobbyisten.
 
@MaikEF_: klar und mit genügend Blei im Auto kommt man auch lebend/gesund am Arbeitsplatz oder daheim an! /sarkasm ^^
 
@MahatmaPech: Wozu blei???
Vorletzter Absatz des Artikels: "Hält man die fragliche Batterie in der Hand, bekommt man laut den Forschern nicht mehr Strahlung ab, als würde man eine Banane halten. Die Beta-Partikel wirken also im Wesentlichen nur innerhalb der Diamant-Struktur."
 
@MaikEF_: Die Frage ist ja ob man dieser Aussage glaubt. Der Vergleich mit der Banane ist schon etwas merkwürdig. Aber nehmen wir malan dem ist so, dass die Diamantstruktur wirklich soeinmalig ist dass sich das Ganze nur inerhalb abspieklt. Auch ein Diamant, und schon gar nicht ein künstlicher, ist unzerstörbar. Was passiert also wenn man die Diamantstruktur in irgend einer Form wieder auflöst? Z.B. indem man ihn verbrennt oder ähnliches.
 
@Tomarr: Der Bananenvergleich ist gar nicht so unsinnig. Bananen enthalten Kalium-40. Dieses ist ein Beta-Strahler (Beta-Minus-Zerfall zu Kalzium-40 und Beta-Plus-Zerfall zu Argon-40, Halbwertzeit: 1,277 Milliarde Jahre). Die Banane strahlt also auch noch, wenn die Diamant-Batterie schon leer ist.

Was passiert, wenn man die Diamant-Struktur auflöst? Durch Verbrennung o.ä.? Ganz einfach: Es entstehen entsrpechende Kohlenstoffverbindungen (z.B. CO2), die C-14 enthalten. Immer noch ein Beta-Strahler mit 5730 Jahren Halbwertzeit. Du atmest das C-14-Dioxid ein, das Isotop reichert sich in Deinem Körper an und wenn in 6.823 Jahre Deine versteinerten Knochen gefunden werden, kann man Deine Überreste entsprechend datieren.
 
@Der Lord: Sicher dass das alles ist? Warum wird dann so ein Aufriß um das Zeug gemacht?
 
@Tomarr: Die kurze Reichweite der Strahlung kommt nich durch die Diamant-Struktur, sondern dadurch, dass es Beta-Strahlung ist. Die Reichweite ist bei Radioaktivität nie das Problem. Deshalb kannst du durchaus auch ein paar Meter neben einem Castor stehen, der hochstrahlendes Zeug enthält, ohne gegrillt zu werden. Schwierig wird es, wenn sich radioaktive Partikel in deinem Körper einlagern (als Staub einer AKW-Explosion in der Lunge z.B.) und dann da monate- oder jahrelang direkt auf deine Zellen strahlen. Dann gibts Krebs.
 
@ckahle: Na ich weiß nicht so recht. Ich meine ich bin kein Atomphysiker, aber bei sowas bin ich immer etwas Skeptisch. Aber wenigstens habe ich jetzt eine Erklärung warum ausgerechnet ne Banane als Vergleich rangezogen wurde. So viele Gedanken habe ich mir um Obst bisher noch nicht gemacht. :P
 
@Tomarr: Hattet ihr im Physik-Raum in der Schule nicht so ein Glas-Dingsi mit radioaktivem Zeug im Schrank stehen? Unser Lehrer hat uns das sehr klargemacht: "Wenn es im Schrank da drüben steht, ist es kein Problem. Wenn wir damit Experimente machen, auch kein Problem. Wenn ihr rumzappelt, das runterfällt und das Glas zerbricht, dürft ihr nicht mehr nach Hause." :D
 
@ckahle: Nein, beiunserem Physiklehrer, der auch gleichzeitig unser Chemielehrer war, wäre das gar nicht gegangen. Der hatte mehr als einmal bei Experimenten ein Loch in den Lehrerpult gebrannt oder die Decke geschwärzt usw. Dementsprechend glaube ich kaum dass die Schule ihm sowas anvertraut hätte. Allerdings war ich das letzte Schuljahr auch fast ausschließlich im Krankenhaus, kann sein dass zu der Zeit der ganze Spaß an mir vorüber gegangen ist.
 
@Der Lord: Wollte wirklich auf Plus klicken ?
 
@RicoB: Dann nehme ich den Edding und korrigiere das auf meinem Monitor. ;)
 
@Der Lord: Jetzt weiß ich endlich auch, warum unsere Bananen im Dunkeln leuchten... ;)
 
@MahatmaPech: wieso Blei??? Strahlt auch dein obstkorb Zuhause???
 
@x81Reaper: Nein ;-)

Ich lebe ohne Obst!

Strahlung ist nicht gleich Strahlung, da habt ihr recht. Aber ich bin der Meinung, dass nicht sehr viel Betastrahlender Abfall da sein kann, wenn doch in den Lagern in den Castoren der eigentliche Problemmüll liegt. Oder anders ausgedrückt: die 95kt sind Peanuts verglichen mit dem restlichen "unbrauchbaren" Bestand an Atommüll.

Die Graphitblöcke sind also eigentlich gar kein Atommüll im gesundheitlichen Sinne (Banana) sondern nur eine Gelbfrucht. Ich bin da etwas zynisch, aber ohne Zynismus geht es heute kaum noch.
 
@MahatmaPech: Kohlenstoff 14 ist ein natürlich vorkommendes Isotop, es befindet sich in allem was organisch ist, daher wohl der Vergleich mit der Banane. Diamanten enthalten auch immer C-14. Dieses Isotop kennt wohl jeder von der Radiokarbonmethode, bei der das Alter bestimmt werden kann.
Durch die Kristallstruktur hat man hier durch den Zerfall ein gewisses Potential, ob es aber tatsächlich ausreicht um damit einen sinnvollen Einsatz zu finden weiß ich nicht. Es klingt alles sehr theoretisch, da ist die Idee das Potential der menschlichen Zellen (-50mV bis +30mV) zu Verwenden wohl genau so gut geeignet (oder eben nicht) um einen Schrittmacher etc zu betreiben.
C-14 strahlt mit einer sehr geringen Energie (0,156475 Elektronenvolt), theoretisch kann die Beta-Strahlung Schäden anrichten, praktisch ist sie in diesem Fall kaum energiereich genug um durch Alufolie zu kommen.
 
@MaikEF_: Habs mal überschlagen: aus 1g C-14 erhält man maximal eine Leistung im einstelligen mW-Bereich (bei 100% Wirkungsgrad). D.h. nix sinnvolles für Handies (ein paar kilo schleppen) oder Autos (etliche Tonnen / 1 tonne je kW).
 
@Zreak: Dann reicht diese Technologie - sofern du dich nicht verrechnet hast - nur für stationäre Batterien. Elektroautotankstellen, ...
 
@MaikEF_: "A diamond beta-battery containing 1 gram of C14 will deliver 15 Joules per day, and will continue to produce this level of output for 5,730 years - so its total energy storage rating is 2.7 TeraJ." <- laut Autoren ist es noch viel weniger (0,1736 mW/g)
 
@Zreak: würde sowas für eine Fernbedienung reichen? nie wieder Batterien wechseln!
 
@Zreak: 15 µW bräuchte man für einen Herzschrittmacher (bedeutet ~0,1g) um die Betriebsspannung des Schrittmachers von 3V zu erreichen scheitert es am Wirkungsgrad (~4%) bräuchte man also 2,2g von dem C14-Diamanten. (ich habe aber was anderes raus als der Autor in deinem Post unten, es sind doch nicht 0,1736 mW/g sondern 0,173611 µW/g)
 
also ich behaupte mal, das sich sowas als Energiequelle für Herzschrittmacher durchsetzt! Wird wohl keine große Akzeptanz finden, auch wenn es noch so sicher ist...
 
@legalxpuser: naja... es wird dir niemand erklären du hast da n altes AKW in der Brust! Sondern der "Kompetente" Arzt wird dir sagen du hast die Wahl zwischen alle 3 Monate Batteriewechsel oder wir machen das einmal zu und gut ist es...
Ja das teil Strahlt, aber jeden Monat eine Banane zu essen ist RADIOAKTIV ähnlich Schädlich und wollen wir gar nicht vom Röntgen oder vom Alkoholkonsum reden!

Also ich würde es befürworten... wenn es so funktionieren würde! <- aktuell ist ne Solarzelle auf der Basecap Sinnvoller!
 
Außerdem können wir damit das DHD eines Stargates antreiben das noch lange existieren wird nachdem die Menschheit ausgestorben ist
 
@Chilla42o: Ich dachte da auch zuerst an Stargate (ZPMs Zero Point Module).
 
@eragon1992: Allerdings nicht ganz so potent wie Nullpunktenergie :D
 
@Suchiman: Stimmt. Dann doch lieber Nullpunkt-Energie.
 
Gute Strategie, um den Atommüll großflächig zu verteilen. Und der ist dann auch gleich noch quasi entsorgt, super Idee!! :-(
 
@Firefly: Wenn man keine Ahnung von Physik hat, sollte man vielleicht das KOmmentieren meiden.

C14 ist ein ß-Strahler und damit ziemlich ungefährlich.
 
Endlich nicht explosive Smartphoneakkus mit maximaler Laufzeit :D
 
@bLu3t0oth: Und mit 'ner Leuchtstoffschicht hinterm LCD übernimmt die Strahlung die Displaybeleuchtung. ;)
 
@Der Lord: Die Idee, dann kann man endlich Smartphones ohne Akku kaufen, wenn alle den selben nutzen können xD
 
@bLu3t0oth: Man stelle sich vor, ein Sam***g Note 8 mit Nukularbatterie und einem Skandal um explodierende Akkus. ^^
 
@Tjell: Nukular! Das Wort heißt Nukular xD
 
@bLu3t0oth: ;-P
 
"Die Energie, die eine solche Batterie erzeugt, ist zwar nicht besonders umfangreich"...

eigentlich das Spannendste im ganzen Artikel... WIE VIEL???
ich meine ein Herzschrittmacher könnte ein über einige Zeit vorgeladener Kondensator sein. Und dann stellt sich die Frage: "5000 Jahre schön und gut" aber alleine um den Diamand zu "Pressen" erstmal mehr Energie verbrauchen als das ding jemals bringt!? meh!
 
@baeri: Bei Artikeln muss man oft nachher oft recherchieren :/

"An alkaline AA battery weighs about 20 grams, has an energy density storage rating of 700 Joules/gram, and [uses] up this energy if operated continuously for about 24 hours," Scott told Luke Dormehl at Digital Trends.

"A diamond beta-battery containing 1 gram of C14 will deliver 15 Joules per day, and will continue to produce this level of output for 5,730 years - so its total energy storage rating is 2.7 TeraJ."
 
@wertzuiop123: GEIL wäre die 2.7 TerraJoul in 10 Jahren abrufen zu können :D
 
@wertzuiop123: Solche Dinger kombiniert mit nem EM Drive und wir sind in ein paar Hundert Jahren in nem Nachbarsonnensystem ^^
 
@Welzfisch: Gibt Gründe warum man Kraftwerke nicht mit dem Zeug betreibt, sondern das nur Abfall ist.
 
@Zreak: Wie viel Energie braucht man um den Diamanten daraus zu pressen. Nach wie vielen Jahren rechnet sich das wohl? Noch eine Rechenaufgabe, die Spaß bringen kann. :)
 
@otzepo: Tja, das ist die andere Frage. Gibt ja auch diese Diamant-Bestattungen, wo man sich aus der Asche von Verstorbenen nen Diamanten pressen lassen kann. Das wird laut Wiki bei 50.000 bis 60.000 bar und einer Temperatur von 1800 bis 2000 Kelvin über mehrere Wochen durchgeführt.

Ob sich ein ähnlicher Energieaufwand lohnt um daraus so eine schwache Batterie zu produzieren, ist wohl eher fraglich, außer man kann mit einer Pressung verdammt viele gleichzeitig herstellen - und selbst dann werden sie wohl einen gewissen Preis haben, den kaum einer bereit ist zu zahlen. ^^
 
@otzepo: Zur Not baut man eben eigens zur Produktion ein AKW, das den Strom liefert ^^
 
@otzepo: Weil du so viele upvotes bekommen hast und ich die Idee lustig finde: Ich habe bisschen rumgesucht, leider aber keine Daten gefunden wie viel Energie die Herstellung verbraucht. Die einzige "sinnvolle" Angabe die ich finden konnte, ist das beim Verbrennen von Diamant 1,89 kJ/mol mehr Energie frei wird als bei Graphit. D.h. es stecken min 1,89 kJ/mol Energie im Gitter. Bis diese Energie bei optimalem Wirkungsgrad wieder drin ist, vergehen gerade mal etwa 9 Stunden. Ein praktisches Ergebnis ist das natürlich leider nicht. Wenn jemand mehr Infos hat, dann her damit :)
 
@Zreak: ich habe auch versucht es heraus zu finden und da zwei Methoden gefunden, Plasmareaktor und unter Hitze pressen, aber keine Info wie viele Stunden es dauert, Es ist auf jeden Fall jede Menge Energie nötig, vermutlich rentiert es sich nie.
 
@otzepo: Naja da ja sehr viele Energie rauskommt (nur halt sehr sehr langsam) würde ich sagen: Nicht innerhalb der Nutzungsdauer ;)
 
@wertzuiop123: 15 J / day * 5730 years = 0.0314 GJ ... weiß ja nicht wie die noch knapp nen Faktor von 1000 höher kommen aber da hat sich wohl wer verrechnet. Der theoretische Energiegehalt liegt übrigens bei etwa 1 GJ (0,156 [MeV] * 6.022 * 10^23 [1/mol] / 14 [g / mol])
 
@Zreak: Danke, hab nicht nachgerechnet ^^
 
@Zreak: Bei 01 Re2 Re2 hast du auch einen Faktor 1000 Fehler wegen mW und µW, hast du diese Zahl direkt vom Autor übernommen, dann erklärt es den Fehler hier auch.
 
@otzepo: Ich hab einfach 15 J / (d * g), wie es aus dem Kommentar von wertzuiop123 hervor geht, in W / g umgerechnet = 0.1736 mW (was definitiv korrekt ist). 15 [J / d] / 3600 [s / h] / 24 [h / d] = ~0.00017 W = 0.17 mW. Die 1 GJ gehen wiederum auf die Zerfallsenergie von der beta strahlung von C-14 zurück und von mir selbst berechnet.
 
@baeri: Mag sein, vermutlich aber günstiger als eine Op wegen Batteriewechsel.
 
Cool! Einen Atomdiamanten in den Herzschrittmacher. Endlich sein wie Iron-man.
 
@WolframB: Die Batterie ist zu schwach, um dir Superkräfte zu verleihen. Die hält dich bestenfalls ewig am Leben, damit du so alt, runzlig und gebrechlich werden kannst wie Mr. Burns von den Simpsons. ^^
 
Ich würd mir so eine Batterie einpflanzen lassen, wenn ich einen Schrittmacher bräuchte. Zumal dann ein Batteriewechsel unnötig wäre. Ist wie bei Generika: spricht nur die Unvernunft dagegen.
 
Och Mönsch, jetzt dachte ich schon, jetzt kommt endlich die Überbatterie für's Smartphone....:(
 
Schon erstaunlich, aber wieviele Atomkraftwerke müßten wir denn dann bauen, nur damit genug von den ß-Strahlern "produziert" wird? Braucht dann jeder daheim wirklich ein echtes AKW, damit er genug ß für den ganzen Tag hat?

Letztlich auch nur eine endliche Energiequelle!
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