Profilbildung 2022 | BIOSTORE – Neue Wege für nachhaltige Energiespeicherung

BIOSTORE ist ein interdisziplinäres Projekt der Universität Münster zur Entwicklung biobasierter Materialien für Lithium-Ionen-Batterien und Anwendungen darüber hinaus. Forschende aus der Biologie, Batterieforschung, Wirtschafts- und Politikwissenschaften sind beteiligt. Die Postdoktoranden Nils Flothkötter und Jannis Bröker geben im Interview einen kurzen Einblick in ihr Projekt.

Wenn Sie Ihre Forschung in BIOSTORE kurz zusammenfassen müssten – warum sollte sie uns alle interessieren?

Nils Flothkötter: In BIOSTORE entwickeln wir nachhaltigere Batterien, indem wir toxische, umweltschädliche und petrochemische Materialien durch biobasierte, recyclebare Alternativen ersetzen. Das Projekt hat die „Biologisierung der Technik“ zum Ziel und ist ein wichtiger Entwicklungsschritt hin zu umweltfreundlicheren Lithium-Ionen-Batterien der Zukunft. Umweltfreundlichere Batterien sollten uns alle interessieren, da Batterien überall in unserem Alltag genutzt werden, ihre Entsorgung schadet bisher jedoch Mensch und Umwelt und für ihre Produktion werden geopolitisch kritische Importrohstoffe benötigt.

Jannis Bröker: Die Erkenntnisse und Materialien, die wir in BIOSTORE entwickeln, werden wir auf andere Anwendungsfelder übertragen, zum Beispiel nachhaltige Verpackungsmaterialien. Somit nutzen wir möglichst viele Synergien für eine nachhaltigere Zukunft.

Können Sie ein konkretes Beispiel Ihrer Forschung geben?

Nils Flothkötter: Ein konkretes Beispiel unserer Arbeit im Projekt ist unsere gemeinsame Publikation einer systematischen Studie zu Xanthan-basierten Biopolymer-Bindern in graphitbasierten Anoden von Lithium-Ionen-Batterien.

Jannis Bröker: Am Institut für Molekulare Mikrobiologie und Biotechnologie (IMMB) haben wir verschiedene Strukturvarianten des Polysaccharids Xanthan hergestellt. Exopolysaccharide wie Xanthan sind langkettige Zuckerverbindungen, die das produzierende Bakterium vor Umweltstress, zum Beispiel Trockenheit, schützen. Xanthan wird von Bakterien der Spezies Xanthomonas campestris produziert und als Verdickungsmittel bereits in Kosmetika verwendet. Wir haben gentechnische Methoden verwendet, um die Xanthan-Biosynthese gezielt zu modifizieren und Varianten mit veränderten Strukturen zu erzeugen. Sechs Xanthan-Varianten haben wir im Bioreaktor produziert.

Nils Flothkötter: Anschließend haben wir die Xanthan-Varianten am MEET (Münster Electrochemical Energy Technology) Batterieforschungszentrum auf ihre Eignung als Binder („Klebstoff“) für Anoden in Lithium-Ionen-Batterien untersucht. Dabei interessierten uns die Zusammenhänge zwischen chemischer Struktur und Leistung. Wir haben den Einfluss von Seitenketten-Zusammensetzung, Acetylierungs- und Pyruvylierungsgrad auf Adhäsion, Leitfähigkeit, Rheologie und elektrochemische Leistung analysiert und Unterschiede beobachtet, die wir auf die Struktur zurückführen konnten. Ein höherer Acetylierungsgrad verbessert die Adhäsion am unpolaren Kupfer-Stromableiter, während eine Pyruvylgruppe Adhäsion und Leitfähigkeit verringert und Heterogenität fördert. Die Studie liefert wichtige Erkenntnisse zum Einfluss der Polysaccharidstruktur auf die Eignung als Binder und ist ein wichtiger Schritt zu effizienterer Elektrodenverarbeitung und besserer Leistung in nachhaltigen Lithium-Ionen-Batterien der nächsten Generation.

Welchen Unterschied könnten die im Projekt entwickelten nachhaltigen Batterien langfristig für Gesellschaft und Umwelt machen?

Nils Flothkötter: Batterien sind die zentrale Schlüsseltechnologie für die Energie- und Mobilitätswende. Sie speichern Strom aus erneuerbaren Energien und werden alltäglich in vielen Anwendungsbereichen, etwa in Haushaltsgeräten, Smartphones und Elektrofahrzeugen, verwendet. Ohne Batterien läuft in vielen Wirtschafts- und Gesellschaftsbereichen nichts beziehungsweise wenig.

Jannis Bröker: Ein Ziel unseres Projekts ist es, durch sozialwissenschaftliche Forschung mehr darüber zu erfahren, was Bürgerinnen und Bürger über das Thema „Nachhaltige Batterietechnologien“ wissen. Dazu haben unsere Kolleginnen und Kollegen vom Institut für Politikwissenschaft 2025 eine Bevölkerungsumfrage in Deutschland, Frankreich und den USA mit 9.000 Befragten und Fokusgruppen-Veranstaltungen durchgeführt. Die Datenauswertung ergab ein hohes Problembewusstsein bezüglich der ökologischen, ökonomischen und sozialen Nachhaltigkeitsprobleme von Batterien. Zudem wurde die staatliche Förderung von Batterieinnovationen positiv bewertet, um Batterien umweltfreundlicher und die nationale Batterieindustrie unabhängiger zu machen. Vielen Bürgerinnen und Bürgern scheint durchaus bewusst zu sein, welchen hohen Stellenwert Batterien bei der Energiewende haben.

Wie profitiert dieser Forschungsbereich von der Förderung des MKW NRW? Wie geht es danach weiter?

Nils Flothkötter: Die Förderung des MKW NRW ermöglichte es BIOSTORE, eine Basis für interdisziplinäre Kooperationen zwischen Expertinnen und Experten aus Chemie, Biologie, Wirtschafts- und Politikwissenschaften zu schaffen. Dies ist essenziell, um die komplexen Herausforderungen der Biologisierung von Batterien zu verstehen. Künftig wollen wir diese Kooperation weiterführen, die Zusammenarbeit vertiefen und haben bereits mehrere Projektanträge mit nationalen und internationalen Partnern eingereicht, um die Entwicklung nachhaltiger Materialien voranzutreiben.

Jannis Bröker: Aufgrund der Förderung konnten wir erfolgreich eine EFRE-Infrastrukturförderung beantragen. Mit dem im November 2025 begonnenen Projekt „MultiScale“ errichten wir am IMMB ein modernes Biotechnikum für die Produktion von Biopolymeren bis in den 500 L Maßstab. Damit stärken wir die Biopolymer- und Biomaterialforschung an der Universität Münster und legen einen Grundstein für zukünftige Kooperationsvorhaben.

„Die Förderung des MKW NRW ermöglichte es BIOSTORE, eine Basis für interdisziplinäre Kooperationen zwischen Expertinnen und Experten aus Chemie, Biologie, Wirtschafts- und Politikwissenschaften zu schaffen.“

Nils Flothkötter

Was hat Sie persönlich dazu motiviert, in die Forschung zu gehen und zu bleiben – und wie sind Sie schließlich zum BIOSTORE-Projekt an der Universität Münster gekommen?

Nils Flothkötter: Mich hat persönlich motiviert in der Forschung zu bleiben, weil die Biologisierung von Technologien wie Batterien hochrelevant für die Nachhaltigkeit ist und ich gern Forschung betreibe, die für die Allgemeinheit wichtig ist. Zum BIOSTORE-Projekt an der Universität Münster kam ich, weil hier genau diese Idee der Biologisierung von Batterien umgesetzt wird und ich mit meinem Wissen direkt zu einer nachhaltigeren Zukunft beitragen kann.

Jannis Bröker:  Meine Motivation ist recht ähnlich. Ich bin davon überzeugt, dass Bakterien eine großartige Quelle für biobasierte Chemikalien, Materialien und Enzyme für nachhaltige Industrieprozesse und Anwendungen sind. Anwendungen wie Xanthan als Verdickungsmittel in Kosmetika und Lebensmitteln sind nur ein Beispiel. Seit meiner Promotion habe ich an verschiedenen Projekten gearbeitet, die diesen Ansatz verfolgten. BIOSTORE war die logische Fortführung davon.

„Ich bin davon überzeugt, dass Bakterien eine großartige Quelle für biobasierte Chemikalien, Materialien und Enzyme für nachhaltige Industrieprozesse und Anwendungen sind.“

Jannis Bröker

Was wäre für Sie persönlich der Moment, in dem Sie sagen: Das Projekt hat wirklich etwas verändert.

Nils Flothkötter: Für mich wäre es der Moment, in dem wir einen biobasierten Substituenten entwickelt haben, der eine vergleichbare Performance wie kommerzielle Materialien hat und den Weg in die Anwendung beziehungsweise kommerzielle Nutzung schafft. Ein konkretes Beispiel aus dem Projekt ist ein biobasiertes Additiv, das die Zyklenstabilität von Hochspannungsbatterien weiter verbessert als herkömmliche synthetische Additive.

Jannis Bröker:  Ich stimme Nils zu. Ich würde ergänzen, dass das Projekt wirklich erfolgreich war, wenn die interdisziplinäre Zusammenarbeit langfristig besteht und weiter ausgebaut wird.