Werfen Sie die Krabbenschale nicht weg. Eine darin enthaltene Substanz könnte der Schlüssel zu erneuerbarer Energie sein, sagen Forscher

Bei sommerlichen Hinterhoffesten sind Krabbenschalen nur eine Barriere zwischen Hunger und Sättigung. Marylander zerschlagen die Schutzhüllen der Krebstiere mit Holzhämmern, nehmen das schmackhafte Fleisch heraus und werfen die Reste beiseite.

Aber was wäre, wenn Krabbenschalen eine größere Wirkung hätten und eine entscheidende Rolle bei der Nutzung erneuerbarer Energien und der Reduzierung der Treibhausgasemissionen spielen könnten?

Forscher der University of Maryland verändern die Sichtweise der Menschen auf diese dünnen Exoskelette und untersuchen die Machbarkeit, sie in einer innovativen Batterie zum Einsatz zu bringen.

„Daran haben die Leute noch nie gedacht“, sagte Lin Xu, 31, Postdoktorandin am Department of Materials Science and Engineering am College Park.

Xu und ein Forscherteam haben die Verwendung einer Chemikalie untersucht, die aus Krustentierschalen in einer Zink-Ionen-Batterie zur Speicherung erneuerbarer Energie gewonnen wird.

Im vergangenen Herbst veröffentlichte das Team unter der Leitung von Liangbing Hu, einem Professor aus Maryland, der die Idee erfunden hatte, seine Ergebnisse zu Chitosan, einer Substanz, die in verschiedenen Schalen von Meeresfrüchten vorkommt, darunter Krabben und Hummer.

Seitdem sie in einer wissenschaftlichen Zeitschrift erschienen sind, haben ihre Arbeiten für Aufsehen gesorgt.

„Der Artikel wurde bereits mehr als 20 Mal zitiert“, sagte Xu, der in China aufgewachsen ist und am Massachusetts Institute of Technology promoviert hat. „Das ist sehr schnell.“

Er und seine Kollegen versuchen, das Problem zu lösen, wie erneuerbare Energie – etwa aus Sonnen- oder Windkraft – gespeichert werden kann.

„Es ist wie ein Reservoir“, sagte Xu über die Funktionsweise von Batterien, die im Wesentlichen Energie speichern, bis sie benötigt wird.

Nachts könnten beispielsweise die Geräte eines Hauses immer noch mit Sonnenenergie betrieben werden, wenn eine Batterie, die an Sonnenkollektoren auf dem Dach angeschlossen ist, die tagsüber erzeugte Energie speichert. In größerem Maßstab könnte eine Batterieanlage neben einer Solarpanelfarm Energie speichern, um eine nahegelegene Stadt mit Strom zu versorgen.

„Wir müssen noch das Material finden, um diese Energie zu speichern und als Reservoir zu fungieren“, sagte Xu.

Während Lithium-Ionen-Batterien, wie sie in Mobiltelefonen und Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen, für diese Aufgabe geeignet zu sein scheinen, sagte Xu, sie seien teuer und der Preis könne steigen, da die Nachfrage nach Lithium, einer endlichen Ressource, steige.

Es gebe auch Sicherheitsbedenken im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien, die explodieren und Brände verursachen könnten, sagte Xueying Zheng, ein Forscher, der mit Xu zusammengearbeitet hat.

„Wenn wir sehr viele zusammengepackte Lithium-Ionen-Batterien verwenden … wenn eine Packung explodiert, explodieren alle Batterien“, sagte Zheng.

Der Zink-Ionen-Akku hat einen anderen Nachteil: Er hat keine lange Lebensdauer und läuft nur ein paar Tage oder eine Woche lang mit voller Kapazität, sagte Xu.

Hier bieten Krabbenschalen möglicherweise eine Lösung.

Mit einer Gelmembran, die Chitosan enthält, die Chemikalie, die in Meeresfrüchteschalen vorkommt und die als CHI-tuh-sn bezeichnet wird, kann eine Zink-Ionen-Batterie ein Jahr halten und immer noch mit 70 % ihrer ursprünglichen Kapazität funktionieren. Sie seien auch viel sicherer, sagte Zheng.

Die von UMD-Forschern entwickelte und untersuchte Batterie habe die Größe einer Münze, sagte Xu, könne aber vergrößert werden – mit dem Ziel, im Vergleich zu Alternativen angemessenere Kosten zu erzielen, da Chitosan in der Natur reichlich vorhanden sei. Laut Hu gibt es für die Substanz eine Reihe von Anwendungen, von Biopestiziden in der Landwirtschaft bis hin zu Bandagen, die die Wundheilung in der Medizin unterstützen.

Im Labor kommt Chitosan als hellgelbes Pulver an, das sich in ein durchscheinendes Gel verwandelt, wenn es in einer Lösung aufgelöst wird, so Hu, der Direktor des UMD-Zentrums für Materialinnovation ist und Materialwissenschaften und -technik lehrt.

Chitosan, ein Kohlenhydrat, „kommt am häufigsten in den harten Außenskeletten von Schalentieren vor, darunter Krabben, Hummer und Garnelen“, schrieb Hu in einer E-Mail an The Baltimore Sun. Nachdem die Schalen gewaschen und getrocknet wurden, werden sie „zu feinen Pulvern pulverisiert“, erklärte er, und dann mit Chemikalien behandelt.

Hus Labor hat Chitosan von Sigma-Aldrich gekauft, einem Chemie- und Biowissenschaftsunternehmen. Auf seiner Website wird Chitosan für rund 300 Dollar für 250 Gramm verkauft, was etwas mehr als einem halben Pfund entspricht.

Ein Sprecher von Merck, dem Eigentümer von Sigma-Aldrich, sagte, das Unternehmen könne keine Angaben dazu machen, wie oder wo es Chitosan beziehe, da es sich um „geschützte Informationen“ handele.

„Viele Forscher nutzen unsere Produkte und Lösungen auf sehr interessante und einzigartige Weise“, sagte der Sprecher per E-Mail gegenüber The Sun. „Wissenschaftliche Durchbrüche, ob groß oder klein, sind für uns spannend – vor allem, weil sie sich positiv auf Leben und Gesundheit auswirken und so eine nachhaltigere Zukunft schaffen.“

In Maryland, einem Bundesstaat, der für seine blauen Krabben bekannt ist, haben einige in der Krabbenverarbeitungsindustrie auf die mögliche neue Verwendung ihrer Abfälle aufmerksam gemacht.

„Ich war überwältigt, als ich es zum ersten Mal sah und dachte: ‚Ist das nicht verrückt?‘“, sagte Jack Brooks, der in einem Newsletter des Meeresfrüchtehandels über die Batterieforschung las.

Brooks, 71, ist Präsident der Chesapeake Bay Seafood Industries Association und außerdem Mitinhaber der JM Clayton Co., einer Krabben- und Austernverarbeitungsanlage in Familienbesitz, die seit 1921 in Cambridge betrieben wird.

An einem einzigen Tag verarbeitet JM Clayton 80 bis 350 Scheffel Krabben, wobei jeder Scheffel etwa 100 Krabben enthält. Die Krabben werden sortiert und gedämpft, bevor sie in einem „Pflückraum“ vom Fleisch befreit werden, erklärte Brooks.

Von dort aus erlebten die weggeworfenen Granaten im Laufe der Jahrzehnte unterschiedliche Schicksale.

Ab den 1920er Jahren, als JM Clayton in Cambridge eine Dehydrierungsanlage betrieb, wurden die Exoskelette zu einem schweren Pulver namens „Krabbenmehl“ verarbeitet, sagte Brooks.

Das Produkt wurde als Dünger und Hühnerfutter verwendet, aber die Ausrüstung sei „alt und primitiv“, sagte er, und seine Familie schloss die Anlage in den 1970er Jahren.

Etwa ein Jahrzehnt lang landeten die Granaten direkt auf der Mülldeponie, „was bedauerlich war“, sagte Brooks.

Heute hat JM Clayton einen Vertrag über die tägliche Lieferung von Krabbenschalen per Müllcontainer an eine Farm im Dorchester County, wo sie im Rahmen eines Düngemittelprogramms verwendet werden, sagte er.

„Es ist eine sehr gute Nährstoffquelle für den Boden“, sagte Brooks.

Andere Verarbeitungsbetriebe in der Region hätten ähnliche Regelungen, sagte er.

AE Phillips & Son, ein Krabbenverarbeiter, der an Phillips Seafood Restaurants und andere lokale Restaurants und Meeresfrüchtehändler verkauft, betreibt eine Anlage in Fishing Creek, die seit 2018 ihre Krabbenschalen zur Verwendung als Dünger an einen Bauern verlädt.

„Es ist die kostengünstigste Option für das Werk, das mit den Rohbauten keinen Gewinn macht, aber wahrscheinlich weniger Geld ausgibt als die Beauftragung eines privaten Abfallentsorgungsunternehmens“, sagte Brice Phillips, dessen Urgroßvater AE Phillips & Son neu gegründet hat vor einem Jahrhundert.

„Das ist nicht einfach normaler Abfall; das ist Abfall, der anfängt zu faulen, wenn man ihn nicht schnell entsorgt – und wirklich stinkt“, sagte Phillips, 47, der als Vizepräsident für Nachhaltigkeit bei Phillips fungiert Lebensmittel.

Aber die Verarbeitung von 60.000 Pfund Krabbenfleisch pro Jahr durch AE Phillips & Son in Maryland wird von der Produktion von Phillips Foods in Asien in den Schatten gestellt. Dort, so Phillips, verarbeiten vier Fabriken in Indonesien, eine in Vietnam und eine weitere in Indien jede Woche zusammen 100.000 Pfund Krabbenfleisch.

Phillips sagte, er sei sich nicht sicher, was mit den Krabbenschalen passiert, nachdem sie in diesen Pflanzen gepflückt wurden. Er meinte jedoch, Asien sei ein idealer Ort für Innovationen.

„Wer auch immer diese Batterieforschung betreibt, wenn er jemals etwas damit anfangen will, wird er im Grunde genommen eine Fabrik in Asien errichten, um die Krabbenschalen zu beschaffen“, sagte Phillips.

In Asien gibt es zu jedem Pfund Krabbenfleisch vier Pfund „Därme und Schalen“, bemerkte er.

Sowohl Brooks als auch Phillips sagten, sie seien offen für eine neue Verwendung von Granaten.

„Wir haben gesehen, wie Ideen kamen und gingen, aber heutzutage, mit all der Forschung, Technologie und den kreativen Köpfen da draußen, meine ich, hey, ist alles möglich“, sagte Brooks.

Phillips sieht darin ein potenziell fruchtbares Geschäftsvorhaben, insbesondere da derzeit „anscheinend keine Nachfrage“ für Krabbenschalen besteht.

„Mein Unternehmergeist ist bereits dabei, herauszufinden, wie ich dieses Zeug am besten in großen Mengen sammeln kann“, sinnierte er. „Wie würde es verarbeitet, wo würde es verarbeitet werden? Wo wäre die Batterieproduktion?“

Es ist noch ein weiter Weg, bis Chitosan-basierte Batterien außerhalb des Labors Wirklichkeit werden. Laut Xu steckt ein Startup zur Kommerzialisierung der neuen Technologie noch in den Kinderschuhen.

Wenn sich Chitosan als Teil der Lösung erweist – und wenn lokal verarbeitete Krabbenschalen verwendet werden können – ist dies wahrscheinlich etwas, was die Menschen im Bundesstaat unterstützen würden.

„Marylander lieben ihre Krabben auf jeden Fall, und ich denke, die meisten Menschen mögen erneuerbare Energien“, sagte Phillips.

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