Redox-Flow-Energiespeicher

Saubere Lösungen

Von Wolfgang Kempkens
16.01.2021
, 14:39
Redox-Flow-Batterien haben einige Vorteile, vor allem kann ihre Kapazität mit größeren Tanks beliebig erweitert werden. Doch die flüssigen Elektrolyten waren bisher nicht umweltfreundlich genug. Das könnte nun anders werden.

Aus Lignin, dem natürlichen Klebstoff, der die Zellstofffasern in Holz zusammenhält, lässt sich einiges machen. So kann daraus in einem chemischen Verfahren der Aromastoff Vanillin entstehen, wie kürzlich Forscher der Universität Mainz gezeigt haben. Noch mehr erstaunt die Fachwelt jetzt eine Weiterentwicklung an der Technischen Universität Graz: Stefan Spirk vom Institut für Biobasierte Produkte und Papiertechnik ist es gelungen, aus diesem aus dem Lignin entstandenen Vanillin flüssige Elektrolyte für Redox-Flow-Batterien herzustellen. Die meisten dieser Stromspeicher, die vielen als einer der Hoffnungsträger gelten, wenn die Energiewende gelingen soll, werden mit Elektrolyten betrieben, die aber gesundheitsgefährliche und seltene Materialien enthalten.

Spirk und sein Team gewinnen aus dem Lignin ein natürliches Polymer, das in Wasser löslich ist. Es hat die Fähigkeit, Elektronen zu speichern und wieder abzugeben, kann also zum Beispiel überschüssigen Strom aus Wind- und Solaranlagen puffern, bis wieder Bedarf besteht. An einem Prototypen, der drei Kilowattstunden speichert, haben die Grazer Forscher bewiesen, dass ihr Elektrolyt im Grundsatz funktioniert.

Parallel zu dieser österreichischen Entwicklung hat der Jenaer Professor Ulrich Schubert einen beinahe ebenso umweltverträglichen Elektrolyten für Redox-Flow-Batterien entwickelt. Vor einigen Jahren war er Mitbegründer des Unternehmens Jena Batteries, das Elektrolyte auf Kunststoffbasis hergestellt hat, die in schlichtem Salzwasser gelöst werden. Auf diesem Erfolg wollte sich der Chemiker Schubert allerdings nicht ausruhen, denn der umweltverträgliche Elektrolyt benötigt ein Temperaturmanagement, das den Wirkungsgrad reduziert. Die Batterie muss gekühlt werden, weil sie bei zu hohen Temperaturen weder geladen noch entladen werden kann. Schuberts neuer Elektrolyt ist toleranter, er hält 60 Grad Celsius aus. Dem löslichen Kunststoff, der auch hier die Basis ist, wird dafür Eisen zugefügt. So gelang es den Forschern, die Temperaturempfindlichkeit entscheidend zu verringern.

Redox-Flow-Batterien bestehen aus einem Reaktionsraum, in den zwei flüssige Elektrolyte aus zwei externen Tanks hineingepumpt werden. Sie kommen sich nah, berühren sich aber nicht, weil eine Membran sie trennt. Der Reaktionsraum wird von zwei Elektroden begrenzt. Beim Laden nimmt einer der beiden Elektrolyte Elektronen auf, beim Entladen gibt er sie wieder ab, die Batterien können so durch einfachen Austausch der Flüssigkeit geladen werden. Die Kapazität der Batterie hängt in erster Linie von der Größe der Tanks ab. Für den stationären Betrieb, also als Puffer für Ökostrom, sind sie ideal. Will man mehr speichern, wird einfach der Tank vergrößert.

Das ehrgeizigste Projekt verfolgt der Oldenburger Energieversorger EWE. In zwei Kavernen in einem Salzstock, die ein Fassungsvermögen von jeweils 100 Millionen Liter haben, wird Wasser gefüllt. Es löst das umgebende Salz auf, wird also zu Salzwasser. Darin sollen Polymere gelöst werden, welche die Elektrolyte befähigen, Elektronen zu speichern und wieder abzugeben. Eine solche Batterie mit einer Kapazität von 700 Megawattstunden könnte ganz Berlin eine Stunde lang mit Strom versorgen.

Ursprünglich sollte das Projekt Brine 4 Power (Brine steht für Sole) 2023 in Betrieb gehen. Doch Projektentwickler Timo Di Nardo ist mit der Qualität der Elektrolyte noch nicht zufrieden. Außerdem ist nicht sicher, dass EWE mit diesem Speicher Geld verdienen kann, obwohl derartige Puffer immer wichtiger werden. Schließlich wird die Stromversorgung mit dem Ausstieg aus Kohle und Atomenergie immer wetterabhängiger.

Quelle: F.A.Z.
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