Innovationen der Energieforschung: 4 Technologien, die die Zukunft prägen könnten
Wo kann man schon Laser, E-Gitarren und Regale voller neuartiger Akkutechnik in nur einem riesigen Raum bewundern? Letzte Woche war das der Fall: auf der ARPA-E Energy Innovation Summit 2025 im Gaylord National Resort & Convention Center nahe Washington, DC. Die Veranstaltung demonstrierte damit die Vielfalt der Energieforschung.
ARPA-E, Teil des US-Energieministeriums, stellt Mittel für risikoreiche, aber dennoch lohnende Forschungsprojekte in diesem Segment bereit. Auf der Energy Innovation Summit treffen sich Mitarbeiter:innen der Projekte, die die Agentur finanziert hat, mit Investor:innen, politischen Entscheidungsträger:innen und Journalist:innen. Hunderte Projekte wurden während der Veranstaltung ausgestellt, es gab Demonstrationen und Forschungsergebnisse. Vier davon waren besonders interessant.
1. Limelight Steel: Mit Lasern hergestellter Stahl
Das Startup Limelight Steel hat ein besonderes Verfahren zur Herstellung von Eisen, dem Hauptbestandteil von Stahl, entwickelt, bei dem Eisenerz mithilfe von Lasern auf extrem hohe Temperaturen erhitzt wird. Die Stahlproduktion ist heute für etwa acht Prozent der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich. Das liegt vor allem daran, dass der meiste Stahl immer noch in Hochöfen hergestellt wird, die auf Koks und Kohle angewiesen sind, um die hohen Temperaturen zu erreichen, die die erforderlichen chemischen Reaktionen auslösen.
Limelight bestrahlt stattdessen Eisenerz mit Lasern und erhitzt es so auf über 1.600 Grad Celsius. Das geschmolzene Eisen kann dann von Verunreinigungen getrennt und in bestehenden Prozessen zur Stahlherstellung verwendet werden. Das Unternehmen hat eine kleine Demonstrationsanlage mit einer Laserleistung von etwa 1,5 Kilowatt gebaut, die zwischen 10 und 20 Gramm Erz verarbeiten kann. Die gesamte Anlage besteht aus 16 Laserarrays, die jeweils nur etwas größer als eine Briefmarke sind.
Die Komponenten der Demonstrationsanlage sind von der Stange – dieser spezielle Lasertyp wird etwa in Projektoren verwendet. Das Startup hat von den jahrelangen Fortschritten in der Telekommunikationsbranche profitiert, die dazu beigetragen haben, die Kosten für Laser zu senken, sagt Andy Zhao, Mitbegründer und CTO des Unternehmens. Der nächste Schritt ist der Bau eines größeren Systems, das 150 Kilowatt Laserleistung bereitstellt und im Laufe eines Jahres bis zu 100 Tonnen Stahl herstellen könnte. Das sind zwar noch kleine Mengen, aber die ließen sich womöglich hochskalieren.
2. Energieträger aus Gestein
Die Gesteinsbrocken an einem Stand des MIT auf der Energy Innovation Summit sahen vielleicht nicht gerade nach Hightech aus, aber eines Tages könnten sie bei der Herstellung von Energieträgern und Chemikalien helfen. Ein wichtiges Gesprächsthema auf dem ARPA-E-Gipfel war geologischer Wasserstoff – die Bemühungen, unterirdische Vorkommen dieses Gases zu finden, das in zahlreichen Branchen, darunter im Verkehrswesen und in der Schwerindustrie, als Grundstoff dienen soll.
Im vergangenen Jahr finanzierte ARPA-E eine Handvoll Projekte zu diesem Thema, darunter eines im Labor von Iwnetim Abate am MIT. Abate gehört zu den Forscher:innen, die nicht nur nach Wasserstoff suchen, sondern ihn auch gleich unterirdisch herstellen wollen. Anfang dieses Jahres veröffentlichte das Team Forschungsergebnisse, die zeigen, dass Wissenschaftler:innen mithilfe von Katalysatoren und Bedingungen, die im Untergrund üblich sind, Wasserstoff und andere Chemikalien wie Ammoniak herstellen können. Abate war Mitgründer des MIT-Spinoffs Addis Energy, das die Forschungsergebnisse kommerziell verwerten soll und inzwischen auch ARPA-E-Mittel erhalten hat. Alle Gesteinsproben auf dem Tisch am Stand – vom dunklen, harten Basalt bis zum weicheren Talk – könnten zur Herstellung neuer Chemikalien verwendet werden.
3. E-Gitarre mit Eisennitridmagneten
Vom Stand von Niron Magnetics drang Rockmusik über das Gelände. Besucher:innen blieben stehen, um die Anwendung der Magnete des Unternehmens in Form einer E-Gitarre zu testen. Die meisten Hochleistungsmagnete enthalten heute Neodym. Die Nachfrage danach wird in den kommenden Jahren sprunghaft ansteigen, vor allem, wenn die Welt mehr Elektrofahrzeuge und Windturbinen baut. Die Vorräte könnten daher knapp werden. Hinzu kommt, dass die geopolitischen Verhältnisse kompliziert sind, da der größte Teil des Angebots aus China stammt. Niron stellt daher neue Magnete her, die keine Metalle aus Seltenen Erden enthalten. Stattdessen basiert die Technologie von Niron auf leichter erhältlichen Materialien: Stickstoff und Eisen.
Die Gitarre ist ein Demonstrationsprodukt. Heute enthalten Magnete in E-Gitarren in der Regel Aluminium-, Nickel- und Kobaltmagnete, die dazu beitragen, die Schwingungen von Stahlsaiten in ein elektrisches Signal zu übersetzen, das über einen Verstärker übertragen wird. Niron hat stattdessen ein Instrument mit seinen Eisennitrid-Magneten gebaut (Fotos der Gitarre von einer Veranstaltung im vergangenen Jahr). Niron eröffnete Ende 2024 eine kommerzielle Pilotanlage mit einer Produktionskapazität von zehn Tonnen Magneten pro Jahr. Seit wir zuletzt Anfang 2024 über Niron berichteten, hat das Unternehmen neue Pläne für eine großangelegte Anlage mit einer Jahreskapazität von etwa 1.500 Tonnen angekündigt, sobald sie vollständig hochgefahren ist.
4. Batterien für Hochleistungsrechenzentren
Der steigende Energiebedarf von KI und Rechenzentren war ein weiteres heißes Thema auf dem ARPA-E-Gipfel. Daher waren auf der Ausstellungsfläche Serverschränke zu sehen, um Technologien für diesen Sektor zu demonstrieren. Ein mit Batterien gefülltes Rack von Natron Energy fiel dabei besonders ins Auge: Das Unternehmen stellt Natrium-Ionen-Batterien her, um den Energiebedarf von Rechenzentren zu decken.
Dieser kann stark schwanken – und wenn der Gesamtstrombedarf steigt, können sich diese Schwankungen auf das ganze Stromnetz auswirken. Die Natrium-Ionen-Batterien von Natron können deshalb in den Einrichtungen installiert werden, um die größten Lastspitzen auszugleichen, sodass ein Rechenzentrum mit voller Leistung laufen kann und gleichzeitig die Netze schonen, sagt Natron-Mitbegründer und CTO Colin Wessells.
Natrium-Ionen-Batterien sind eine billigere Alternative zu lithiumbasierten Akkupacks. Außerdem werden sie ohne Lithium, Kobalt und Nickel hergestellt, also ohne Materialien, die in Produktion oder Verarbeitung problematisch sind. Einige Varianten der Natrium-Ionen-Batterien tauchen bereits in Elektrofahrzeugen in China auf. Natron eröffnete letztes Jahr eine Produktionslinie in Michigan und plant die Eröffnung einer 1,4 Milliarden Dollar teuren Fabrik in North Carolina.
