Nexus Power erzeugt nachhaltige, pflanzlich betriebene Batterien

Indien zeichnet sich mit der frühen Übernahme von neuen Verfahren sowie bahnbrechenden Innovationen in Programmierung und grüner Technologie aus. Die weltweit fünftgrößte Volkswirtschaft arbeitet schon seit längerem auf umweltfreundlichere Verkehrslösungen hin. Basis dafür sind politische Initiativen und Programme auf Landesebene. Mit der rapiden Einführung von Elektrofahrzeugen in Indien ist der Bedarf an umweltfreundlichen Batterien dringend geworden. Um das Problem der nachhaltigen Batterieherstellung zu lösen, gründeten die eineiigen Zwillingsschwestern Nishita und Nikita Baliarsingh das Start-up Nexus Power.

Als Studentinnen entwickelten die Schwestern ein Interesse an quantitativen Nachhaltigkeitsmetriken wie ESG-Matrizen. Gesucht hatten sie nach Möglichkeiten, um die durch die Industrialisierung und menschliche Aktivität im allgemeinen verursachte Umweltbelastung rückgängig zu machen. Es folgte eine Reihe von Ereignissen, die sie auf den Weg zur Entwicklung einer spannenden neuen Batterietechnologie brachte.

Die erste davon war eine Automobilmesse in Delhi, wo den Zwillingsschwestern bewusst wurde, wie viele elektrische Komponenten moderner Autos als Elektroschrott enden. Sie beschlossen, sich auf eines der schädlichsten und verschwenderischsten Elemente des Prozesses zu konzentrieren: die Batterien. „Wir begannen mit der Erforschung von Werkstoffen, die nicht so schädlich wie Lithium sind, aber trotzdem elektrochemisch aufgeladen werden können und daher auch als Batterien funktionieren könnten“, so Nikita Baliarsingh.

Der Durchbruch kam mit einem wissenschaftlichen Aufsatz, in dem die These aufgestellt wurde, dass bestimmte Proteine als wirksame Batterie-Elektrolyte dienen könnten. Während der COVID-Lockdowns führten die Schwester Versuche mit Kichererbsen und Kidneybohnen durch. Dabei erzielten sie Leistung von bis zu fünf Volt – ein beeindruckendes Ergebnis für Zutaten, die „so roh, so einfach und in indischen Haushalten so reichlich vorhanden sind“, erklärt Baliarsingh. „Wir haben Ernterückstände gesammelt, die nötigen Proteine daraus extrahiert und anschließend eine neue Generation von Batterien erfolgreich hergestellt.“

Aus Neugier wurde eine skalierbare Lösung. Damals wurde in den Nachrichten über die Verschlechterung der Luftqualität berichtet, die auf die weit verbreitete Praxis der Verbrennung von Erntestoppeln in landwirtschaftlichen Betrieben zurückzuführen war. Bei der Ernte werden die Pflanzen fast immer bodennah abgeschnitten, statt sie vollständig zu entwurzeln. So bleiben Felder voller abgeschnittener Pflanzenbestände, die vor der nächsten Bepflanzung gerodet werden müssen. In Schwellenländern ist das Verbrennen eine der häufigsten Lösungen dafür.

Doch im bevölkerungsreichsten Land der Erde stellen Getreidestoppeln für Nexus Power vor allem eine fast unerschöpfliche Quelle von Rohstoffen dar. „Nach unseren Berechnungen werden sie nie ausgehen“, so Baliarsingh. Indiens riesige Mengen an Getreidestoppeln könnten in Werkstoffe für die Herstellung von Hochleistungsbatterien umgewandelt werden und damit sowohl schädliche Emissionen reduzieren als auch zur Etablierung einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft beitragen.

Wenn landwirtschaftliche Abfälle zur Herstellung von Biomaterialien für Batterien verwendet werden können, wird es möglich, mehrere Millionen Tonnen Abfall vor der Verbrennung zu bewahren und sie stattdessen in einen neuen, nachhaltigen Produktkreislauf zu leiten. Forschungs- oder Produktionseinheiten können an allen Orten aufgebaut werden, wo proteinreiche Rohstoffe zur Verfügung stehen, was fast überall der Fall ist.

Noch wichtiger ist, dass die Batterien mit den gewohnten Verfahren hergestellt werden können. „Die Stapel- und Crimpprozesse bleiben unverändert. Wir führen die Proteinsynthese durch und erstellen dann den Anodenschlamm sowie den Kathodenschlamm. Diese Schlämme werden in die vorhandenen Maschinen oder Anlagen gefüllt und nach dem gängigen Verfahren hergestellt. Ansonsten bleibt alles beim Alten“, so Baliarsingh.

Für die ökologische und ökonomische Nachhaltigkeit ist es von entscheidender Bedeutung, dass die auf Proteinen basierten Werkstoffe in die bestehende oder etablierte Infrastruktur zur Herstellung von Batterien übertragen werden können. Unternehmen sind nicht bereit, hohe Beträge für die vollständige Umstellung ihrer Herstellungsprozesse auszugeben. Gleichzeitig wollen Verbraucher nicht die daraus entstandenen Batterien kaufen, wenn sie um ein Vielfaches teurer sind.

Die Baliarsingh-Schwestern setzten auf die Nutzung bestehender Infrastrukturen, um ein überzeugendes Geschäftskonzept für Partner zu entwickeln. „Als Start-up hat man nicht viel Geld, um neue Produktionseinheiten zu errichten“, sagt Baliarsingh. „Wir mussten uns also an die vorhandene Infrastruktur anpassen.“

Die Batterien von Nexus Power werden nicht nur aus Abfällen hergestellt, sondern sind auch vollständig biologisch abbaubar: Am Ende der Nutzungsdauer bestehen die Inhalte im Wesentlichen immer noch nur aus altem Blatt- und Pflanzenmaterial. Sobald sie von der Plastikhülle und Metallkabeln getrennt sind, können sie einfach im Kompost entsorgt werden.

Baliarsingh zufolge erbringen die Batterien von Nexus Power eine bessere Leistung als Blei-Säure-Batterien, Lithium-Ionen-Batterien oder sogar die alternativen chemischen Systeme, die sich immer mehr verbreiten. Wegen der höheren Energiedichte der pflanzlichen Schlämme schnitten sie um bis zu 25 % besser ab als vergleichbar große Batterien anderer Typen. Des Weiteren sei der Preis dank des reichlich vorhandenen und kostengünstigen Rohstoffs niedriger.

Nexus Power verfügt durchaus über die Mittel, um sich in Bezug auf Leistung und Kosten als Marktführer zu positionieren. Indes sehen die Baliarsinghs ihren Fokus auf Nachhaltigkeit als eigentliches Hauptverkaufsargument und Alleinstellungsmerkmal des Unternehmens.

In einer Welt, wo die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen und Energiespeichern rasant steigt, hat Nexus Power das Potenzial, international erfolgreich zu werden. Viele Geräte, die im Alltag allgegenwärtig geworden sind, enthalten Batterien: von Elektrofahrzeugen und Drohnen bis hin zu Laptops, Handys und anderer Unterhaltungselektronik. Sogar Stromnetzspeicher sind batteriebetrieben. „Als neu entstehende Sparte ist es einfacher, Komponente oder Elemente im Elektrofahrzeugsektor durch Versuche oder Prüfverfahren zu verändern.“

Am Anfang erhielt Nexus Power Unterstützung vom KIIT-Technology Business Incubator (KIIT-TBI) an der KIIT-Universität im ostindischen Bundesstaat Odisha. Die gemeinnützige Förderorganisation hat bereits über 450 Start-ups in den Bereichen Elektronik, AR/VR, Biotechnologie und Medizintechnik unterstützt. „Der TBI hat schon früh an unsere Idee geglaubt und unterstützt junge Unternehmerinnen wie uns mit der richtigen Infrastruktur“, so Baliarsingh. Der KIIT-TBI vermittelte staatliche Zuschüsse für Nexus Power und stellte Maschinen für die Materialsynthese, elektrochemische Tests sowie den Zugang zu 3D-Modellierung und -Druck zur Verfügung.

Nach mehrjähriger Forschungs- und Entwicklungsarbeit, die durch Zuschüsse der indischen Regierung und Investitionen finanziert wurde, strebt Nexus Power nun die Markteinführung innerhalb eines Jahres an. Das Unternehmen führt groß angelegte Versuche durch, um seinen Technologie- und Produktentwicklungsplan auf seine Zielmärkte für Batterien abzustimmen: Mobilität und stationäre Speicher. Die Ergebnisse dieser Versuche werden in eine Pilotproduktionsanlage mit einer Kapazität von etwa 100 MWh einfließen, um einen breiteren Testeinsatz in Elektrofahrzeugen, Drohnen, Batterie-Energiespeichersystemen (BESS) und unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) zu unterstützen. In den kommenden sechs Monaten wird das indische Unternehmen strenge Tests durchführen und den Zertifizierungsprozess beginnen, um die Produktion innerhalb von 10 bis 12 Monaten auf 1 GWh zu steigern.

„Wir versuchen momentan, Investitionsargumente herauszuarbeiten und Marktteilnehmer von unserem Produkt zu überzeugen“, sagt Baliarsingh. „Die vorhandene Infrastruktur wird mit Batterien auf Basis einer neuen chemischen Zusammensetzung ersetzt. Unser Plan ist, bis dahin genug Erfahrung zu sammeln, um sicherzustellen, dass es viele potenzielle Käufer gibt, die offen sind, diesen Wechsel mitzumachen.“

Autodesk war ein wichtiger Partner für das Unternehmen während seines gesamten Wachstumsprozesses. Nexus Power verwendete Autodesk Fusion und AutoCAD, um detaillierte Batteriekonzepte zu erstellen, Simulationstests durchzuführen und Prototypen zu entwickeln. „Wir haben einen 3D-Drucker verwendet, um jeden unserer ersten Prototypen herzustellen. Gesteuert haben wir diesen Arbeitsablauf über Fusion“, sagt Baliarsingh. Die in Fusion integrierten CAD- und CAM-Branchenanwendungen ermöglichten die Entwicklung von Plänen, das Testen von Verfahren zur Stapelverarbeitung und die Vorbereitung von Dateien für den Druck in einer einzigen Softwareumgebung. „Die Verwendung des 3D-Drucks hat alle Schichten und Schnitte unserer Entwürfe erheblich beeinflusst. Fusion wurde bei der Entwicklung eines kompletten Akkusatzes zu unserem zuverlässigsten Tool.“

Nexus Power hat sich aus drei Gründen für den 3D-Druck der Prototypen entschieden. Erstens waren die Zelltypen und -formen, die sie für die ersten Prüfverfahren verwenden wollten, nicht verfügbar, und sie hatten keinen Zugang zu den herkömmlichen Fräsmaschinen, die für ihre Herstellung erforderlich sind. Zweitens hatte die gemeinnützige Start-up-Förderorganisation KIIT-TBI einen 3D-Drucker-Workflow eingerichtet, der dem Unternehmen zur Verfügung stand.

Als dritter Grund kam die Geschwindigkeit bzw. die unternehmerische Flexibilität hinzu. „Mit dem 3D-Druck lassen sich sehr schnell mehrere Prototypen herstellen“, erklärt Baliarsingh. „Es dauerte lediglich zwei oder drei Tage, bis wir einen kompletten Akkusatz gebaut hatten – eine Metallverarbeitung hätte viel länger gedauert. Dazu kommt, dass der Werkstoff für den 3D-Druck trotz des leichteren Gewichts die gleiche Festigkeit und Unterstützung wie die Metallverarbeitung bietet.“

In der bis heute weitgehend von Männern dominierten Technologiebranche hebt sich Nexus Power als Beispiel für eine von Frauen vorangetriebene Innovation ab. Beide Zwillingsschwestern haben einen MBA-Abschluss, wobei Nishita auch über einen Abschluss in Rechnungswesen verfügt und somit eine Kombination aus Geschäftskompetenz und Finanzwissen in das Unternehmen einbringt.

Trotz der zunehmenden Präsenz von Frauen sind geschlechtsspezifische Vorurteile nach wie vor ein stilles, aber hartnäckiges Hindernis: Frauen im Technologiebereich stoßen weiterhin auf Skepsis und Herausforderungen. Mit ihrer Dynamik und ihren Erfolgen sind die Gründerinnen von Nexus Power Pionierinnen, die im Technologiebereich mit leuchtendem Vorbild vorangehen. Leider sind weibliche Fachleute in dieser Branche immer noch unterrepräsentiert. Baliarsingh erkennt zwar eine schnelle Änderung in Bezug auf die Gleichstellung der Geschlechter, ist sich aber bewusst, dass noch viel zu tun ist.