Es gibt verschiedene Speicher-Technologien auf dem Markt – derzeit dominierend sind Lithium-Ionen-Speicher. Doch der Europäische Erfinderpreis 2022 könnte an den Entwickler einer Flüssigmetallbatterie gehen. Donald Sadoway, ein Elektrochemiker mit Wurzeln in der Ukraine und Kanada und aktuell als Professor am renommierten MIT in den USA tätig, ist einer von drei Finalisten in der Kategorie „Nicht EPO-Staaten“ für den Preis des Europäischen Patentamts (EPA). Die virtuelle Preisverleihung ist für den 21. Juni geplant.
Als Vorzüge von Sadoways Flüssigmetallbatterien wird die Langzeitspeicherung von Photovoltaik und Windkraft hervorgehoben sowie die Möglichkeit, sie aus lokalen Rohstoffen herzustellen und die geringen Wirkungsgradverluste über die Lebensdauer der Speicher. „Seine Erfindung könnte die Kosten für die Speicherung von Solar- und Windenergie senken und den Verbrauchern erschwinglichere und saubere Energie zur Verfügung stellen, die das Potenzial hat, den Klimawandel auf nachhaltige Weise abzuschwächen”, erklärte EPA-Präsident António Campinos.
Sadoway arbeitet seit Anfang des Jahrtausends an der Verbesserung von Batterien auf Lithiumbasis. Dabei ließ er sein Wissen über geschmolzene Salze und flüssige Metalle in seine Forschungen einfließen, um die Batterien haltbarer zu machen. Mithilfe eines staatlichen Zuschusses habe er 2009 zusammen mit einem Team junger Forscher, die erste wiederaufladbare Batterie zu entwickeln. Diese speichere den Solar- und Windstrom in Schichten aus flüssigem Metall, die durch geschmolzenes Salz getrennt sind. „Unsere Flüssigmetallbatterien funktionieren genauso wie herkömmliche Batterien, nur dass ihre Bestandteile alle flüssig sind”, sagt Sadoway. „Ich verwende oben ein flüssiges Metall mit geringer Dichte, unten ein flüssiges Metall mit hoher Dichte und dazwischen geschmolzenes Salz. Man hat also zwei Elektroden, die durch einen Elektrolyten getrennt sind, genau wie bei einer herkömmlichen Batterie.”
Die Flüssigmetallbatterien können ohne Lithium, Kobalt oder andere Metalle hergestellt werden. Bislang seien vor allem Kalzium, Antimon und Kalziumchlorid eingesetzt worden, es könnten aber sogar lokal gewonnene Mineralien genutzt werden. Sie enthielten zudem keine brennbaren Stoffe. Außerdem bauen sie sich viel langsamer ab, was eine lange Lebensdauer bedeutet. Sadoway reichte zunächst über das MIT ein Patent an, als er die Erfolge mit seiner Flüssigmetallbatterie im Labor erkannte.
2010 begründete er das Spin-off Ambri, um ein kommerzielles Produkt aus seiner Forschungsarbeit zu entwickeln. Microsoft-Gründer Bill Gates und der Ölkonzern Total gehörten zu den ersten finanziellen Unterstützern seiner Arbeit. In den ersten fünf Jahren sammelte das Unternehmen weitere 45 Millionen Euro von Fonds ein und das Team wuchs auf 37 Mitarbeiter. „Die wichtigste Frage eines potenziellen Investors ist, ob Sie Ihr geistiges Eigentum schützen lassen können”, sagt Sadoway. „Ohne diesen Schutz ist die Investition nicht abgesichert.”
Im Jahr 2015 baute Ambri dann seine erste raumgroße Flüssigmetallbatterie, die durch ihren eigenen Betrieb genügend Wärme erzeugt, um ihre hohe Betriebstemperatur von über 500 Grad Celsius selbst zu halten. Insgesamt 180 Millionen Euro sind bislang in die Kommerzialisierung der Flüssigmetallbatterie geflossen. Auf dem Gelände eines Rechenzentrums, das sich über 3700 Hektar im US-Bundesstaat Nevada erstreckt, soll nun eine Batterie installiert werden. Sie habe ein Potenzial, um vor Ort die Energie aus Photovoltaik- und Windkraft-Anlagen mit 500 Megawatt Gesamtleistung aufnehmen und puffern.*
Anmerkung der Redaktion: Der letzte Absatz ist am 19.5.2022 um 10:30 Uhr aktualisiert worden.
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„Sie habe ein Potenzial, um vor Ort den Strom aus Photovoltaik und Windkraft mit 500 Megawatt Gesamtleistung zu speichern.“
Leider bin ich Physiker und muss feststellen, dass man Leistung NICHT speichern kann. Ich hoffe sehr, dass folgendes gemeint ist :
Der Speicher kann 500 MWh Energie speichern, die mit einer Leistung von
500 MW aufgenommen bzw. abgegeben werden kann.
Die Formulierung „Leistung speichern“ tut einfach nur weh
„Auf einer Fläche eines Rechenzentrums mit 3700 Hektar im US-Bundesstaat Nevada […]“
Sicher, dass 3700 Hektar korrekt sind? Das wären 37 km², also eine Fläche von 5 x 7,4 km und damit schon absolut gigantisch, vor allem für ein Rechenzentrum. Selbst wenn man von einer null zu viel ausgeht wären 370 Hektar noch immer sehr groß mit 3,7 km² bzw. 2 x 1,85 km Fläche.
Nur zum Vergleich: Das Saudi-Arabische Solarkraftwerk Al Dhafra hat eine Fläche von 8 km² für eine Leistung von 1.177 MW. Auf einer Fläche von 37 km² könnte man also genau so gut ein Solarkraftwerk mit rund 5.444 MW errichten.
Auf einer Fläche von 3700 Hektar steht ein Rechenzentrum! Auf dieser Fläche neben dem Rechenzentrum wird eine 500 MWh Batterie aufgebaut. Auf den Satzbau kommt es an.
mmh – abgesehen von ein paar physikalischen Unebenheiten – beinhaltet der Text das für mich spannende und völlig unterschätzte Thema der Abwärmenutzung. Die ist hier offenbar nicht ohne und reicht für 500 Grad Celsius Betriebstemperatur. Ergo – wiederhole ich mich:
Abwärmenutzung ist die Königsdisziplin der Energiewende.
Geht aber nur, wenn Energiespeicher in der Nähe der Wärmesenken stehen. Also in Quartierlösungen, also in die Hände der Stadt-/Kommunalwerke.
Ich nehme mal an die Dämmung der Batterie ist so gewählt, dass ausreichend Temperatur in der Batterie bleibt da sie nur bei hohen Temperaturen funktioniert.
Aber nicht so gut gedämmt, dass die Batterie im Betrieb überhitzt.
Will man nun die Abwärme nutzen muss man aufpassen, dass man die Batterie nicht auskühlt.
Beispiel: sie nutzen die erwärmte Raumluft im Batterieraum. Dadurch kühlt sich der Raum ab und die Temperaturdifferenz zur Batterie erhöht sich. Dadurch wird die Temperatur der Batterie sinken weil sie mehr Wärme an die Umgebung abgibt.
Die Batterie könnte zu kalt werden.
Das gleiche gilt für andere Industrielle Nutzungen.
Ich kenne eine Firma wo ein paar große Wassertanks auf 90 Grad gehalten werden.
Die Halle wo sie Tanks stehen ist gut gedämmt und brütend heiß. Jetzt wollte man die „Abwärme“ nutzen und hat eine große Luftwärmepumpe installiert. Dadurch sank zwar die Hallentemperatur aber die Energie um das Wasser auf 90 Grad zu halten ist so viel gestiegen wie die Wärmepumpe rauszieht.
Der Prozess der Speicherung benötigt also 500 Grad Celsius. Das klingt bei der sicherlich enorme Größe dieser Batterie sehr schwierig. Ob dann überhaupt höhere Temperaturen zur Nutzung entstehen, oder entstehen dürfen ist fraglich.
@Max. Da hilft nur eins, die Tanks massiv dämmen, damit weniger Energie verbraucht wird um auf die 90° zu kommen.
Ich würde vermuten je größer die Batterie desto geringer der Wärmeverlust, da sich das Volumen zu Oberfläche Verhältnis deutlich verbessert.
Offenbar liefert die Batterie genug Wärme um zumindest sich selbst auf Temperatur halten zu können. Die Temperatur kann man dann über die Dämmung regulieren. Je nach Leistungsdaten im konkreten Anwendungsfall. Wird die Batterie stark belastet muss ich weniger dämmen um Überhitzung zu vermeiden.
Was für eine Diskussion um 90° C Raumtemperatur, die bei Einsatz von einer WP den Prozess in Schwierigkeiten bringt.
Offensichtlich eine Lösung ohne hinreichenden techn. Background.
Leider!