EAST.19: Thü­rin­gen Top‐Standort der Spei­cher­for­schung

Das Jenaer Forscherteam um Prof. Dr. Ulrich S. Schubert (links), Tobias Janoschka (Mitte) und Dr. Martin Hager entwickelten die polymere Redox-Flow-Batterie. Foto: Anne Günther / Friedrich-Schiller-Universität Jena Speicher, ReduxFlow, Batterie
Das Jenaer Forscherteam um Prof. Dr. Ulrich S. Schubert (links), Tobias Janoschka (Mitte) und Dr. Martin Hager könnt emit der von ihnen entwickelten polymeren Redox-Flow-Batterie vor. Foto: Anne Günther / Friedrich-Schiller-Universität Jena

Wenn am 16. und 17. Sep­tem­ber 2019 in Erfurt auf dem Kon­gress EAST.19 Exper­ten, Wis­sen­schaft­ler, Unter­neh­mer und Poli­ti­ker über die Spei­cher­pro­ble­ma­tik dis­ku­tie­ren, rückt auch das Gast­ge­ber­land Thü­rin­gen in den Blick­punkt.* Denn hier finden sich zahl­rei­che For­schungs­ein­rich­tun­gen und Her­stel­ler, die welt­weit an teils ein­zig­ar­ti­gen Tech­no­lo­gien for­schen.


Strom spei­chern ohne Metalle

Einer dieser Hidden Cham­pi­ons ist Jen­aBat­te­ries. Das Unter­neh­men ent­wi­ckelt gemein­sam mit der Friedrich‐Schiller‐Universität Jena Bat­te­rien auf Redox‐Flow‐Basis. Diese Bat­te­rien kommen fast ohne Metalle aus und sind hin­sicht­lich ihrer Spei­cher­fä­hig­keit nicht so begrenzt wie solche mit teuren Lithi­um­ver­bin­dun­gen oder Blei. Das macht sie auch deut­lich kos­ten­güns­ti­ger.

Die Bat­te­rien aus der thü­rin­gi­schen Uni­ver­si­täts­stadt sind kunst­stoff­ba­siert. Sie können – je nach Größe – sogar in 3‐D‐Druckern her­ge­stellt werden. Das macht die Tech­no­lo­gie inter­es­sant für kleine Anwen­dun­gen, etwa für Strom­spei­cher in elek­tri­schen Geräten und solchen, die ins Inter­net of Things (IoT) ein­ge­passt werden sollen.

Bei der Redox‐Flow‐Technologie wird elek­tri­sche Energie wie bei anderen Bat­te­rien auch mittels che­mi­scher Ver­bin­dun­gen gespei­chert. Aller­dings wird dafür keine Metall­ver­bin­dung, sondern eine Flüs­sig­keit auf Kunst­stoff­ba­sis genutzt. Sie befin­det sich in zwei von einer Membran geteil­ten Behäl­tern, zwi­schen denen ein Elek­tro­lyt hin‐ und her­ge­lei­tet wird. In der einen Fließ­rich­tung wird mittels Oxy­da­tion Energie abge­ge­ben, in der anderen Rich­tung durch Reduk­tion (daher der Name) eine Ener­gie­auf­nahme her­bei­ge­führt.

Nicht nur die feh­len­den Metalle machen dieses System inter­es­sant. Der Wir­kungs­grad ist sehr hoch und liegt bei 75 Prozent. Das Auf­la­den kann einfach durch Aus­tausch des Elek­tro­lyts erfol­gen.

Kera­mi­ken spei­chern mittels hoher Tem­pe­ra­tu­ren

Eine weitere Alter­na­tive zu Blei und Lithium wird eben­falls in Thü­rin­gen erforscht – wieder gemein­sam mit Kol­le­gen von der Uni Jena. Am Fraun­ho­fer IKTS in Herms­dorf, direkt am gleich­na­mi­gen Auto­bahn­kreuz, nutzt man dafür Kera­mi­ken aus Beta‐Aluminat – ein Mate­rial, das bisher als Iso­la­tor diente. Daraus ent­steht zusam­men mit Natrium‐Nickelchlorid die Hoch­tem­pe­ra­tur­bat­te­rie Cer­en­ergy. Die Mate­ria­lien sind sehr günstig und die Her­stel­lung ist relativ einfach – auch das bedeu­tet einen Kos­ten­vor­teil gegen­über her­kömm­li­chen Spei­cher­tech­no­lo­gien. Die bisher gebau­ten und getes­te­ten Zellen lassen 5.000 Lade­zy­klen zu. Das ent­spricht etwa einer Lebens­dauer von 10 Jahren. Ähnlich wie bei Redox‐Flow‐Batterien sind auch hier sehr kleine bis sehr große Anwen­dun­gen möglich.

Einer der Wok­shops zur EAST.19 wird sich unter dem Titel „Neue Tech­no­lo­gien“ mit diesen beiden Arten der ener­ge­ti­schen Spei­che­rung befas­sen.

Größter Pump­spei­cher steht in Thü­rin­gen

Strom kann man aber auch in ganz anderen Dimen­sio­nen spei­chern. Hier ist das kleine Bun­des­land in der Mitte Deutsch­lands eben­falls führend. Ein Fünftel aller Pump­spei­cher­ka­pa­zi­tä­ten ist in Thü­rin­gen kon­zen­triert, und zwar im 1 GW leis­ten­den Pump­spei­cher­kraft­werk Gol­di­stal, das gleich­zei­tig das größte der Repu­blik ist. Zum Ver­gleich: Ein Atom­kraft­werk bringt es auf nur unwe­sent­lich mehr Leis­tung. Pump­spei­cher­kraft­werke sind ein wich­ti­ger Schlüs­sel der Ener­gie­wende. Denn sie können nachts, wenn Strom im Über­schuss zur Ver­fü­gung steht, Wasser in ein oberes Becken pumpen, um daraus tags­über beim Ablas­sen Strom zu erzeu­gen. Doch ihr Ausbau ist in Deutsch­land gefähr­det. Auch darauf wird EAST.19 Ant­wor­ten suchen.

Wärme mittels Salz spei­chern

Nicht nur im Strom­markt sind effi­zi­ente Spei­cher gefragt. Auch im Wär­me­markt ist dies nötig. HM Heiz­kör­per aus Din­gel­städt widmet sich genau diesem Problem. Genutzt wird dabei ein Mate­rial, dass SHK‐Installateuren nor­ma­ler­weise den Angst­schweiß auf die Stirn treibt: Salz. Salz­lö­sun­gen können sehr effi­zi­ent Wärme spei­chern, besser als reines Wasser, das bisher in Puf­fer­spei­chern zur Anwen­dung kommt. Dabei wird ein phy­si­ka­li­scher Effekt von Salz­lö­sun­gen genutzt. Die festen Bestand­teile gehen bei Zufüh­rung von Wärme in die Schmelze über und geben diese Wärme beim Abküh­len wieder ab. Jeder kennt diesen Effekt von kleinen Hand­wär­me­kis­sen oder medi­zi­ni­schen Wär­me­kom­pres­sen. Zwei Drittel der Wärme können so kom­plett ver­lust­frei und lang­fris­tig gespei­chert werden. HM nun hat auf dieser Basis einen Lat­ent­wär­me­spei­cher ent­wi­ckelt, der sich schon in der Praxis bewährt hat.

Ein Work­shop zum EAST.19 wird sich dem Thema „Sek­tor­über­grei­fen­des Ener­gie­ma­nage­ment“ widmen und die Rolle solcher Spei­cher zur Wär­me­ver­sor­gung beleuch­ten.

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