Energiewende: Forschern gelingt Durchbruch bei Stromspeichern

Energiewende: Forschern gelingt Durchbruch bei Stromspeichern

von Wolfgang Kempkens

Bisher waren Batterien für die Energiewende zu teuer und zu groß. Nun ist eine entscheidende Weiterentwicklung gelungen.

Im Zusammenhang mit der Energiewende wir derzeit viel über Stromspeicher diskutiert – also Batterien oder die Umwandlung von Strom in Methangas oder in Wasserkraft in Pumpspeicherkaftwerken. Die Speicher sollen Wind- und Sonnenstrom lagern, wenn zuviel davon produziert wird – und ihn bei Flaute oder in der Nacht wieder abgeben.

Batterien gelten dabei als die effizienteste Lösung, da sie weniger Energie verschwenden, also einen höheren Wirkungsgrad haben, als Gasspeicher. Für die Pumpspeicherkaftwerke gibt es in Deutschland kaum mehr geeignete Flächen.

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Das bisherige Problem der Akkus lässt sich aber an den weißen Containern mit der Aufschrift CellCube, die etwa so groß sind wie ein Büro mit zwei schmalen Fenstern, beschreiben. Sie finden sich meist in Regionen, in denen es keine Infrastruktur gibt, in Entwicklungsländern Afrikas beispielsweise.

Neben jedem Container ist ein Solarzellenfeld oder ein Windgenerator aufgebaut. Der dort produzierte Strom wird, soweit er nicht direkt verbraucht wird, in einer so genannten Redox-Flow-Batterie gespeichert, die sich im Inneren des Containers befindet. Heraus kommt Strom, wie er im Haushalt, in der Industrie und vor allem in Sende- und Empfangsstationen für den Mobilfunk benötigt wird. So weit so gut.

Funktionstüchtig, aber zu teuer

Aber: Die komplette Anlage, die Energy Solutions anbietet - eine Tochter des Unternehmens Gildemeister - kostet mindestens 100.000 Euro. Sie hat eine Leistung von zehn Kilowatt. Anders als Bleiakkus oder Lithium-Ionen-Batterien, die nach zwei bis fünf Jahren ausgetauscht werden müssen, hält die Redox-Flow-Batterie 20 Jahre und länger. Damit sind sie letztlich nicht teurer als andere Lösungen, einschließlich Dieselgeneratoren. Entwickelt hat die Batterie das österreichische Unternehmen Cellstrom, das jetzt zu Gildemeister gehört.

Redox-Flow-Batterien könnten auch als leistungsfähige Pufferspeicher für überschüssigen Wind- und Solarstrom etwa in Deutschland genutzt werden. Doch dafür sind sie tatsächlich noch zu teuer, zu groß und zu schwer. Drei Fraunhofer-Institute haben jetzt eine Redox-Flow-Batterie entwickelt, die als erster Schritt in Richtung preiswerter und kleiner Pufferspeicher angesehen wird. Die Entwicklung könnte nun das Problem unstetigen Stroms aus Wind- und Solaranlagen lösen.

Die Batterie hat mit 25 Kilowatt die zehnfache Leistung von kleinen Akkus dieses Typs, doch nur die achtfache Größe. Nötig war dazu eine komplette Neukonstruktion. Vom 8. April an stellen die Forscher das System auf der Hannover Messe vor.

Der Prototyp hat einen Wirkungsgrad von mehr als 80 Prozent und kann mit Strömen von 500 Ampere belastet werden. Zum Vergleich: Durch eine Waschmaschine fließen etwa zehn Ampere. Die Anlage wurde am  Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik in Oberhausen gebaut und im dortigen Versuchsfeld, einem der größten in Europa, getestet.

Riesenbatterie in PlanungChristian Dötsch, der in Oberhausen den Bereich Energie leitet, nennt als Ziel den Bau einer Redox-Flow-Batterie, die 2000 Menschen für eine gewisse Zeit mit Strom versorgen kann, den ursprünglich Wind- und Solargeneratoren erzeugt haben. Die 25-Kilowatt-Anlage ist Teil des  Projekts „Ein Megawattstunden-Redox-Flow-Netzspeicher“, das vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit gefördert wird. Geplant ist, die Leistung auf das 80-Fache zu erhöhen. Konkret soll als nächstes eine 100-Kilowatt-Anlage folgen.

Redox-Flow-Batterien sind die einzigen elektrochemischen Systeme, die Strom nicht durch chemisch-physikalische Veränderungen in der Batterie selbst speichern. Sie verändern vielmehr zwei sehr ähnliche Flüssigkeiten, in denen sich gelöste Salze befinden. Beim Laden wird eine der Flüssigkeiten mit Elektronen angereichert, die der anderen Flüssigkeit fehlen. Beim Entladen wird dieser Prozess rückgängig gemacht. Es fließt ein nutzbarer Strom.

Beide Salzlösungen befinden sich in Tanks außerhalb der eigentlichen Batterie. Das macht sie auch für mobile Lösungen attraktiv, also für Elektroautos. Wenn die Batterie leer ist, müssen nur die Flüssigkeiten ausgetauscht werden. Das geht genau so schnell wie das Tanken von Benzin oder Diesel. Bisher sind die Batterien für Elektroautos allerdings zu groß und zu schwer.

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