Selbstentladung bremst die Quantenbatterie für E-Autos aus

Warum die Selbstentladung die Quantenbatterie für Autos verurteilt

Quantenverschränkung erzeugt keine Energie. Sie vervielfacht keine angeregten Elektronen, macht nicht aus einem Photon zehn und lädt kein Auto auf wundersame Weise. Das sollte man festhalten, bevor es richtig losgeht, denn die Quantenbatterie verspricht ein spektakuläres Menü: minimale Ladezeit, ein Wirkungsgrad nahe 100% und Langlebigkeit ohne Verschleißzyklen. Das Problem: Derselbe Mechanismus, der sie blitzschnell macht, entleert sie genauso schnell wieder.

Was ist die Selbstentladung einer Quantenbatterie?

Es ist die Tendenz des Systems, gespeicherte Energie zu verlieren, obwohl nichts davon verbraucht wird. Hier ist das Risiko einer anderen Größenordnung. Die Energie steckt nicht in einer chemischen Reaktion — das Brandrisiko sei null, heißt es —, sondern in angeregten Zuständen und in der Verschränkung zwischen Molekülen. Und Verschränkung ist zerbrechlich.

An dieser Stelle spaltet sich die Sache in zwei Lager. Eine Richtung der Analyse hält die Kohärenz bei Raumtemperatur für längst gelöst; es bleibe nur noch, das Gesamtsystem abzuschirmen, damit nichts entweicht. Die andere ist eindeutig: Eine Verschränkung, die außerhalb des Labors in Nanosekunden zerfällt, ist die Quadratur des Kreises. Entweder man kapselt das Ding so weit ab, dass es so schwer und teuer wird wie ein Reinraum, oder die Batterie entlädt sich von selbst und taugt nicht für ein Fahrzeug. Zwischen diesen beiden Extremen bewegt sich heute die gesamte Debatte.

Das Ladegerät: 6 MW pro Stellplatz

Selbst wenn die Batterie die Ladung verkraften würde, müsste die Energie ja irgendwoher kommen. 100 kWh in einer Minute in ein Auto zu laden erfordert 6 MW pro Ladepunkt, und verkürzt man die Zeit auf eine Sekunde, schnellt die Zahl auf 360 MW hoch. Das sind nicht die 800 Volt des heutigen Netzes: Das wäre ein Industrie-Umspannwerk pro Stellplatz. Die vollständige Aufschlüsselung dieser Rechnung, Punkt für Punkt, liefert ein Ergebnis, das einem die Lust auf ein Einkaufszentrum mit Elektro-Parkplatz gründlich verdirbt.

Das Wettrennen um Leistung hilft auch nicht. Das heute stärkste, was im Einsatz ist:

• HELIOS: 60 kW
• DragonFire: ~50 kW
• Iron Beam: 100 kW
• Das Größte in der Erprobung: 300 kW

Warum ein Spiegelspiel keine 100 kWh speichert

Das populäre Bild ist ein Labyrinth aus Spiegeln, das Licht festhält. Die Physik sagt etwas anderes. Ein optischer Resonator ist kein Speicher, sondern ein Austauscher: Was er in jedem Moment enthält, entspricht der Eingangsleistung multipliziert mit der Lebensdauer des Photons. Bei hervorragenden Spiegeln und einem Resonator von einem Meter lebt das Photon Millisekunden. Bei 6 MW im Umlauf ergibt das Kilojoule. Wh, nicht kWh.

Um 100 kWh im Umlauf zu halten, müsste das Photon eine ganze Minute leben, was einen Verlust pro Umlauf in der Größenordnung von 1e-11 bedeutet. Das gibt es nicht einmal im besten Labor. Und sobald die Energie nicht mehr kreist, sondern Elektronen anregt, gibt es keine Spiegel mehr: Es gibt angeregte Zustände, und die Selbstentladung kommt durch die Hintertür zurück.

Den 6-MW-Laser gibt es nicht

Hier herrscht ein grundlegendes Missverständnis, das ausgeräumt werden sollte: Der Laser lädt nicht die Autobatterie. Die Energie kommt aus dem Netz, fließt über ein Kabel hinein und wird von einem internen Emitter gepumpt, der von den Polen gespeist wird. Der Laser ist ein Laborgerät, um das System anzuregen und zu messen, keine Photonen-Zapfsäule. Und einen Laser mit 6 MW mittlerer Leistung kann man nirgendwo kaufen.

Es gibt gepulste Systeme mit enormer Spitzenleistung, Petawatt, aber winziger Energie pro Puls, in Anlagen im Milliardenwert. Die Kosten und den Unterhalt eines solchen Ungetüms schätzt man nicht: Man finanziert sie.