Die Top 5: Unwahrscheinliche Energiespeichermöglichkeiten werden Wirklichkeit

Jul 18, 2023

Insbesondere die Speicherung erneuerbarer Energien ist im Hinblick auf den Übergang in eine grüne Zukunft zu einem der Hauptgesprächsthemen in der Energiebranche auf der ganzen Welt geworden. Intermittierende Energiequellen wie Wind- und Solarenergie sind oft nicht in der Lage oder in ihrer Kapazität unzureichend, um eine verzögerte Nutzung zu bewältigen. Daher gibt es schon seit Längerem einen intensiven Dialog für ein effizientes und wirtschaftlich tragfähiges Energiespeichersystem.

Die Nachfrage nach Größe und Anteil des globalen Energiespeichermarkts wurde im Jahr 2021 auf etwa 211 Milliarden US-Dollar geschätzt und wird laut einem Bericht von Facts and Factors voraussichtlich über eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 8,45 Prozent wachsen und bis 2030 über 436 Milliarden US-Dollar erreichen. Zunehmende Spannungen über eine konstante Energieversorgung in einigen Teilen der Welt werden die treibende Kraft für das erhebliche Wachstum des Marktes sein.

Jüngste wissenschaftliche Durchbrüche bei Speicherlösungen, darunter Fortschritte bei Lithium-Ionen-Batterien und der Wasserstoffproduktion auf Basis der Wasserelektrolyse, bedeuten bedeutende Fortschritte bei der Bewältigung dieser Herausforderung. Gleichzeitig hat die Forschung im Bereich der erneuerbaren Energien dazu beigetragen, den ökologischen Fußabdruck neuer Technologien wie Batterien, Zellen und Energiemanagementsysteme zu verringern und gleichzeitig ihre Wirtschaftlichkeit zu verbessern.

Jede branchenführende Technologie war in den Kinderschuhen nur eine seltsame Idee. Auch im Bereich der Energiespeicherung tauchen hin und wieder viele solcher neuartigen und seltsamen Ideen auf, die das Potenzial haben, den Kurs der Branche zu verändern. Dieser Artikel konzentriert sich auf einige der seltsamsten Energiespeichermöglichkeiten, die dank dieser Forschungsbemühungen entstanden sind. Hier sind unsere seltsamsten Energiespeichermöglichkeiten.

Die Flow-Batterie-Technologie ist in einer Welt, die nach Möglichkeiten zur Energiespeicherung und -nutzung sucht, sehr bekannt geworden. Einem Bericht zufolge wird die globale Marktgröße für Flow-Batterien von 289 Millionen US-Dollar im Jahr 2023 auf 805 Millionen US-Dollar im Jahr 2028 wachsen, was einem durchschnittlichen jährlichen Wachstum von 22,8 Prozent in diesem Zeitraum entspricht. Flow-Batterien haben sich als ideal für eine effiziente und skalierbare Energiespeicherung erwiesen und finden in Versorgungs-, Industrie-, Gewerbe- und Wohnanwendungen Einzug.

Hierbei handelt es sich um eine wiederaufladbare Batterie, die mit einem Elektrolyt betrieben wird, der aus entsprechenden Tanks durch eine oder mehrere elektrochemische Zellen fließt. Bei Verwendung eines einfachen Flow-Batterie-Designs ist die Erhöhung der Energiespeicherkapazität so einfach wie das Hinzufügen weiterer Elektrolyte zu den Tanks. Die elektrochemischen Zellen können entweder in Reihe oder parallel geschaltet werden, was die Gesamtleistungsfähigkeit des Flow-Batterie-Aufbaus bestimmt. Diese Trennung von Energiekapazität und Leistungsfähigkeit ist ein wesentliches Merkmal von Flow-Batteriesystemen.

Die Flow-Batterie-Technologie bietet modulare und skalierbare Systeme, die für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet sind, von Nennleistungen von Watt bis Megawatt und mit Energiedauern von vielen Stunden oder sogar Tagen.

Es gibt verschiedene Arten von Flow-Batterien auf dem Markt. In letzter Zeit sind viele Startups entstanden, die verschiedene Arten von Flow-Batterie-Technologien anbieten. Dazu gehören mehrtägige Redox-Flow-Batterien von Sinergy Flow, Redox-Flow-Membranen von Cellfion, organische Flow-Batterien von Fluxx XII, wasserbasierte Flow-Batterien von Quino Energy, Liquid-Flow-Batterien von Zhonghe Energy Storage usw.

Im vergangenen Jahr wurde in Dalian im Nordosten Chinas ein Vanadium-Flow-Batteriesystem mit 100 MW/400 MWh in Betrieb genommen, das größte seiner Art weltweit. Die Lausitz Energie Bergbau AG (LEAG) und ESS Tech Inc. planen außerdem die Installation einer 50 MW/500 MWh-Eisen-Redox-Flow-Batterie in Deutschland als Teil einer umfassenderen Partnerschaft für den Einsatz der Energiespeichertechnologie des US-Unternehmens im Land.

Die Salzschmelze-Batterie wurde speziell für die Erfassung thermischer Energie aus thermischen Solaranlagen entwickelt. Diese gespeicherte Energie gibt es dann in den Nachtstunden ab, wenn die Sonne nicht scheint. Bei diesem Prozess wird Dampf erzeugt, der einen herkömmlichen Dampferzeuger antreibt, und so eine gleichmäßige Energieversorgung für die Verbraucher gewährleistet. Solarkonzentratoren konzentrieren die Wärmestrahlung der Sonne und erhitzen damit direkt oder indirekt ein Hochleistungssalz mit einem geeigneten Schmelzpunkt, wie Kaliumnitrat, das bei 370 °C (698 °F) schmilzt. Dieses Hochtemperatursalz wird in einem isolierten Behälter gespeichert, bis seine Energie benötigt wird.

Batterien mit geschmolzenem Salz eignen sich besonders für groß angelegte Netzspeicheranwendungen, obwohl sie eine Hin- und Rückenergieeffizienz von nur etwa 70 Prozent haben.

Wärmespeicher für geschmolzenes Salz erfreuen sich weltweit zunehmender Beliebtheit. Ein dänisches Konsortium bestehend aus Hyme Energy und Bornholms Energi & Forsyning baut ein Pilotprojekt zur Speicherung von sauberem Strom mit geschmolzenem Salz. Das System wird voraussichtlich ab 2024 mit der Bereitstellung von Wärme, Strom und Hilfsdiensten beginnen. Zu Chinas Pilotprojekten zur Energiespeicherung gehört auch netzbetriebenes geschmolzenes Salz. Im vergangenen Jahr wurde in der Provinz Zhejiang eine kleine thermische Energiespeicheranlage für geschmolzenes Salz im Wert von 28 Millionen US-Dollar in Betrieb genommen. Es wird mit überschüssigem Wind- und Photovoltaikstrom betrieben. In Jiangsu, der Provinz nördlich von Shanghai, wurde die Investitionsvereinbarung für ein 140-Millionen-Dollar-Projekt zur Lagerung von geschmolzenem Salz unterzeichnet.

Unter ausreichendem Druck kann Kohlendioxid problemlos in flüssiger Form bei Raumtemperatur gespeichert werden. Dieser kondensierte Zustand nimmt deutlich weniger Platz ein und bietet auch die Möglichkeit zur Energiegewinnung beim Phasenübergang.

Beim Laden der Kohlendioxidbatterie wird Energie verwendet, um gasförmiges CO2 in flüssige Form zu verdichten. Die bei der Kompression entstehende Wärme wird in einem thermischen Energiespeichersystem gespeichert. Zur Stromgewinnung wird das flüssige CO2 mithilfe gespeicherter Wärme erhitzt und dann durch eine Turbine entspannt, wodurch Strom erzeugt wird. Das System nutzt einen versiegelten CO2-Aufbau, der Energie in Druck und Phasenwechsel statt in chemischen Reaktionen speichert. Obwohl es sich nicht genau um eine Batterie handelt, ähnlich einem Wasserkraft-Pumpspeicher, fungiert es als Energiespeichersystem.

Das System profitiert von einer gemeinsamen und einfachen Ausrüstung. Keine radikalen Prozesse – nur Gaskompression und Turbinenexpansion. Im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Lösungen werden teure seltene Materialien und umfangreiche Kupferverkabelung vermieden.

Energy Dome, ein italienisches Startup und Hersteller der weltweit ersten CO2-Batterie, gab seinen offiziellen Eintritt in den US-Markt bekannt. Das Unternehmen erhielt finanzielle Unterstützung und Netzwerkunterstützung von Elemental Excelerator aus Hawaii und der Bay Area, das in den Einsatz von Klimatechnologien investiert. Im April dieses Jahres sammelte Energy Dome 40 Millionen Euro (44 Millionen US-Dollar) von Investoren ein, um die Expansion in den USA zu finanzieren, sodass sich die Gesamtinvestitionen des Unternehmens auf rund 54 Millionen Euro belaufen.

Im Juni 2023 gab das in Italien ansässige Unternehmen Energy Dome den Start einer kommerziellen Langzeit-Energiespeicheranlage auf Sardinien bekannt. Energy Dome baut derzeit sein erstes vollwertiges Kraftwerk mit einer Kapazität von 20 MW bis 200 MWh, das bis Ende 2023 in Betrieb gehen wird.

Energy Dome gab bekannt, dass es bereits mit mehreren Versorgungsunternehmen, unabhängigen Stromerzeugern und Unternehmenskunden an einer Pipeline von mehr als 9 Gigawattstunden (GWh) in Märkten wie den USA, Europa, Südamerika, Indien und Australien zusammenarbeitet.

Bei der Schwerkraftenergiespeicherung wird die Schwerkraftenergie in einem Speichergerät, beispielsweise gestapelten Betonblöcken, erfasst. Es bezieht überschüssige Energie aus dem Netz und wandelt sie beim Aufsteigen der Blöcke in potenzielle Energie um, die bei Bedarf freigesetzt werden kann. Im Wesentlichen gilt: Was steigt, kommt unweigerlich auch wieder runter.

Energy Vault mit Sitz in der Schweiz hat eine fortschrittliche automatisierte Anlage zum Ordnen und Entrümpeln von 35-Tonnen-Schwerkraftblöcken mithilfe eines sechsarmigen Krans entwickelt, der eine Höhe von 70 Metern erreicht. Zur Veranschaulichung: 1 Tonne entspricht ungefähr 2.200 Pfund. Diese nachhaltige Technik hängt nicht von der Landverfügbarkeit oder der Reservoirnutzung ab. Nach einem Prototyp aus dem Jahr 2020 strebt das Unternehmen nun den Bau von 200 Meter hohen Resiliency Centers mit jeweils 20 Stockwerken an, den sogenannten Energy Vault Resiliency Centers.

Gravitricity ist ein weiteres Unternehmen auf diesem Gebiet, das ein auf Schwerkraft basierendes Energiespeichersystem entwickelt, bei dem schwere Gewichte von bis zu 12.000 Tonnen in tiefen Schächten gehoben und bei Bedarf freigegeben werden. In Indien hat sich das Unternehmen mit Panitek Power für ein 12-monatiges Projekt zusammengetan, um Standorte für ein Demonstrationsprojekt zu ermitteln. New Energy Let's Go und Gravity Power nutzen ihre Stapelmethoden mithilfe der Wasserhydraulik. Pumped Energy Transfer Stations (PETS) nutzen auch die Schwerkraft des Wassers zur Energieerzeugung. Bei zwei Becken pumpen diese Stationen zunächst Wasser vom Unterbecken in das Oberbecken.

Ein thermischer Eisspeicher oder thermischer Energiespeicher funktioniert ähnlich wie eine Batterie für die Klimatisierung eines Gebäudes. Es kombiniert normale Kühlgeräte mit einem Energiespeichertank, um den Kühlbedarf eines Gebäudes auf die Nachtstunden außerhalb der Spitzenzeiten zu verlagern. In diesen Schwachlastzeiten wird Eis produziert und in Energiespeichertanks gespeichert. Dieses gespeicherte Eis wird anschließend am nächsten Tag zur Kühlung der Bewohner des Gebäudes verwendet.

In einem vorgeschlagenen Projekt möchte Nostromo sein innovatives IceBrick-System in etwa 120 Gebäuden einsetzen und eine kombinierte Energiespeicherkapazität von 100/275 MW/MWh bieten. Diese Initiative wird zu geringeren Energiekosten für die Gebäude und einer jährlichen Reduzierung der CO2-Emissionen um 40.000 Tonnen führen. Darüber hinaus wird es die Einbindung weiterer erneuerbarer Energiequellen erleichtern, Nachfrageflexibilität bieten und die Widerstandsfähigkeit des Stromnetzes verbessern.

Nostromo hat kürzlich die Installation des IceBrick-Systems in den Hotels Beverly Hilton und Waldorf Astoria in Beverly Hills abgeschlossen. Es wird erwartet, dass diese Implementierung diese Hotels mit Kühlenergie zu weniger als der Hälfte der aktuellen Kosten versorgt und ihre jährlichen Scope-2-Kohlenstoffemissionen um 150–200 Tonnen senkt.