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Erneuerbares Energiesystem braucht Speicher:

Flussbatterien als effiziente Enabling Technology ohne kritische Metalle

Wenn zukünftig nach dem Atomausstieg auch die Kohlekraftwerke in Deutschland abgeschaltet werden, muss die Stromversorgung über erneuerbare Energien gesichert werden. Die Flexibilisierung von überschüssigem erneuerbarem Strom ist eine der drängendsten Herausforderungen für das Gelingen der Energiewende. Dafür braucht es effiziente, nachhaltige Speicherlösungen. Bei den Stromspeichern reicht das Spektrum von Batterien über Pumpspeicherwerke bis hin zu Power-to-X-Projekten. Batterien, wie etwa Blei-Säure-Akkumulatoren oder Redox-Flow-Batterien (RFB), besetzen die Lücke zwischen Kurzzeitspeichern, wie Lithium-Ionen-Akkus für mobile Anwendungen und Power-to-X-Anlagen für lange Speicherzeiten. „Ohne Speicher kann ein Stromnetz mit hohen Anteilen erneuerbarer Energien nicht funktionieren, da die Erneuerbaren starken Schwankungen unterliegen", fasst Dr. Olaf Conrad, Geschäftsführer von JenaBatteries, die Bedeutung von Speichern für ein zukunftsfähiges erneuerbares Energiesystem zusammen. „Sie sind die Antwort auf den steigenden Flexibilitätsbedarf der Stromnetze und machen Sonnen- und Windenergie auch bei Wolken oder Flaute verfügbar", ergänzt der Gründer Dr. Tobias Janoschka. Das Unternehmen aus Thüringen entwickelt Flussbatterien (Redox-Flow-Batterien) ab einer Größe von 400 kWh, frei skalierbar für die Anwendung in der Stromversorgung, für Ladeinfrastruktur und in der Industrie (www.jenabatteries.de/anwendungen). 
 
Metallfreie Batterie – eine nachhaltige Alternative  
Redox-Flow-Batterie: Speicher für klimafreundliches Energiesystem © JenaBatteriesAnders als Blei-Säure- oder Lithium-Akkus enthält die Redox-Flow-Batterie der Thüringer keine kritischen Metalle wie Blei, Cobalt oder Lithium. Redox-Flow-Batterien (setzt sich zusammen aus Reduktion = Elektronenaufnahme, Oxidation = Elektronenabgabe und Flow = flüssiges Speichermedium) sind elektrochemische Energiespeicher. Innovativ an der Redox-Flow-Batterie von JenaBatteries ist das in Wasser aufgelöste, metallfreie Speichermaterial. Die Energie wird nicht in festen Elektroden gespeichert, sondern in einem skalierbaren System aus Tanks und elektrochemischen Zellen. Die beiden Tanks enthalten eine Salzlösung, jeweils mit unterschiedlichen organischen, metallfreien Speicherstoffen für den Plus- und Minuspol. Zum Laden und Entladen wird die Salzlösung durch eine Zelle gepumpt. So werden die Elektronen gebunden und wieder abgegeben – Strom wird gespeichert. Durch diesen Aufbau sind Leistung und Kapazität des Akkus voneinander unabhängig skalierbar. Die Elektrolytmenge definiert die Kapazität der Flussbatterie, die Fläche und Anzahl der Zellen die Leistung. Dies ermöglicht eine bedarfsgerechte Energiespeicherlösung für zahlreiche Anwendungen. Die Flussbatterie ist ideal für Anlagen ab einer Größe von 100 kW und damit eine passende Lösung für PV- und Windparkbetreiber, Energieversorger oder Ladenetzbetreiber. 
 
Die organischen Salze, die in der Flussbatterie von JenaBatteries verwendet werden, fanden bisher Anwendung in anderen Bereichen, wie beispielsweise der Automobilfertigung oder der Landwirtschaft. Batterien, die auf Basis dieser organischen Salze funktionieren, enthalten im Gegensatz zu Lithium-, Blei-, Hybrid- oder vanadiumbasierten Redox-Flow-Batterien weder Schwermetalle noch Seltene Erden. Dadurch schonen sie sowohl die Umwelt als auch Ressourcen. Die für metallhaltige Batterien verwendeten Rohstoffe wie Kobalt, Lithium oder Nickel werden in oft unsicheren Herkunftsländern abgebaut. „RFB sind flexibel, wirtschaftlich und verfügbar. Unsere Batterie besteht aus kostengünstigen Komponenten, die in Europa produzierbar sind und nicht unter menschenverachtenden, umweltzerstörerischen Bedingungen gewonnen werden müssen", so Conrad.  
 
Neue Geschäftsfeldpotenziale 
Als „Enabling Technology" bietet die metallfreie Redox-Flow-Batterie langfristige Entwicklungspotenziale für neue Geschäftsmodelle. In Industriegebieten kann die Batterie zur Erhöhung der Eigenversorgung beitragen, in Hochlastzeiten die Drosselung der Produktion vermeiden und gleichzeitig einen Umweltvorteil durch CO2-Einsparung generieren. Sie eignet sich als stationärer Speicher von E-Strom für die Ladeinfrastruktur. Für diese ist die Batterie die günstigere Alternative gegenüber dem Ausbau der Netzkapazitäten. Bei der Produktion von grünem Wasserstoff kann sie den Elektrolyseprozess verstetigen, indem sie die Volatilität der benötigten erneuerbaren Energie ausgleicht.   
 
Markteintritt 2021 
Im Flussbatteriemarkt werden international verschiedene Strategien verfolgt. Unternehmen, die metallfreie bzw. organische RFB auf den Markt bringen wollen, sind alle noch in der Produktentwicklung. Seit 2014 hat das Thüringer Unternehmen die Technologie der metallfreien Redox-Flow-Batterie konsequent weiterentwickelt und mit einem ersten seriennahen Prototyp umgesetzt. Durch die frühzeitige Forschung – das Unternehmen ist ursprünglich aus der Universität Jena hervorgegangen – ist ein Vorsprung gegenüber dem Wettbewerb entstanden. Diesen will das Unternehmen nutzen und 2021 mit der metallfreien RFB Made in Germany in den Markt eintreten. Dann sollen die ersten Pilotanlagen an Kunden ausgeliefert werden. 
 
Mehr Informationen auf www.jenabatteries.de 
 
Kontakt: JenaBatteries GmbH, Dr. Olaf Conrad | 03641-87 93 52 0 | olaf.conrad@jenabatteries.de

Technik | Energie, 13.01.2021

     
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