Redox-Flow-Batterien gelten als sichere und umweltfreundliche Lösung zur Speicherung von großen Strommengen, gerade von Solar- und Windparks. Bislang war die Technik aber teuer. Zudem gab es wenig praxisreife Modelle auf dem Markt. Der Hersteller VoltStorage aus München hat inzwischen große Fortschritte bei der Redox-Flow-Entwicklung auf Basis von Eisen und Salz gemacht. Speicherlösungen mit dieser Technologie sollendrei- bis fünfmal günstiger als Lithium-Ionen-Batterien sein. Firmenmitgründer und CIO Michael Peither erläutert die Vorteile und Anwendungsfälle für die Technik.
Wie unterscheidet sich eine Redox-Flow-Batterie z.B. von Li-Ionen?
Peither: Eine Redox-Flow-Batterie besteht aus zwei Tanks, einem Pumpsystem sowie Batteriezellen, auch Batteriestack genannt. Die beiden Tanks enthalten eine flüssige Elektrolytlösung, die als Speichermedium dient. Bei uns ist das in Salzwasser gelöstes Eisen. Der Elektrolyt wird für das Laden und Entladen der Batterie durch die Batteriezellen gepumpt, wodurch Elektronen gebunden werden. Die Menge des Elektrolyten bestimmt die Kapazität, die Anzahl der Batteriezellen wiederum die Leistung. Auf diese Weise lassen sich Leistung und Kapazität einer Redox-Flow-Batterie unabhängig voneinander skalieren.
Peither: Um Strom aus erneuerbaren Energien zu speichern, wird der Elektrolyt in zwei getrennten Kreisläufen durch die Batteriezellen geleitet. Beim Ladevorgang wandern Ionen durch die ionendurchlässige Membran und führen zu einer Reduktion/Oxidation (Redox)-Reaktion. Hierbei wird die elektrische in chemische Energie umgewandelt. Die Reduktion findet in der negativen und die Oxidation in der positiven Halbzelle statt. Um gespeicherte Energie abzugeben, wird beim Entladen der Redox-Prozess wieder umgekehrt.
Wo sehen Sie die Vorteile der Technologie?
Peither: Ein ganz wichtiges Plus im Vergleich zu Li-Ionen ist, dass man bei der Redox-Flow-Technologie günstige, heimische Materialien verwenden kann und nicht länger von Ländern wie China abhängig ist. Darüber diskutiert die Politik seit langer Zeit – wir präsentieren jetzt eine Lösung aus Deutschland. Alle für unsere Technologie notwendigen Rohstoffe lassen sich umweltfreundlich und regional gewinnen. Dazu kommt, dass die Technik drei- bis fünfmal günstiger als Li-Ionen ist.
Ist die Anwendung die gleiche wie bei Li-Ionen, also die kurzfristige Speicherung von Strom für wenige Stunden?
Peither: Nein, wir haben ganz andere Märkte im Blick. Das hängt damit zusammen, dass sich Redox-Flow-Speicher nur sehr langsam laden und entladen lassen. Wir reden von mindestens 24 Stunden, eher sogar von zwei bis drei Tagen. Damit ist es auch möglich, Tage mit Dunkelflaute zu überbrücken. Zudem sind unsere Speicher viel größer als herkömmliche Festkörperbatterien. Wir streben Kapazitäten von einer bis zu mehr als 100 Megawattstunden an. Damit sind die Batterien geeignet, Strom von Wind- und Solarparks zu speichern und somit signifikant zu einer sicheren Energieversorgung beizutragen.
Können Sie das näher ausführen?
Peither: Wind- und Solarparks produzieren Strom sehr wetterabhängig. Es gibt Zeiten, an denen sie abgeschaltet werden müssen, weil das Netz ansonsten überlastet wäre und zusammenzubrechen drohte. Nachts dagegen fehlt der Strom von den Photovoltaikanlagen, weil ja keine Sonne scheint. Eine Redox-Flow-Batterie kann dazu beitragen, den Strom in Zeiten mit Überschüssen aufzunehmen, ohne dass die Anlage abgeschaltet werden muss. Und sie kann den Strom dann in der Nacht wieder abgeben.
Ist es auch möglich, Solarstrom vom Sommer für den Winter zu speichern?
Peither: Theoretisch ist das möglich, da die Tanks Energie sogar über Jahre verlustfrei speichern können. Allerdings ist es energiepolitisch sinnvoller und günstiger, Wind- und Solarenergie parallel auszubauen, da sich beide im Jahresverlauf gut ergänzen. Den dann noch verbleibenden Bedarf könnte die Redox-Flow-Batterie decken. Energiepolitisch interessant ist die Anwendung auch anstelle von Spitzenlast-Gasturbinen. Denn es ist ineffizient, wenn man die Technik nur für wenige Stunden im Jahr vorhält, selbst wenn sie mit Biogas betrieben werden. Das eingesparte Biogas könnte man besser im Gasnetz speichern und dort z.B. für Gasheizungen verwenden, von denen es noch sehr viele gibt.
Wo hat die Technik ihre Grenzen?
Peither: Sie ist nicht geeignet für die schnelle Zwischenladung von Strom der häuslichen Photovoltaikanlage. Oder z.B. für die Regelenergie, bei der auch schnelle Lade- und Entladevorgänge gefragt sind. Mit der Redox-Flow-Batterie decken wir den Energiebedarf in Bereichen ab, wo Li-Ionen-Batterien oder andere Technologien an ihre Grenze stoßen.
Nutzen statt Abregeln ist auch ein Prinzip bei der Wasserstofferzeugung, die von der Bundesregierung stark gefördert wird. Welche Vorteile hat die Redox-Flow-Batterie gegenüber dem Elektrolyseur?
Peither: Das kommt auf die Anwendung an: Produziert man Wasserstoff nur als Zwischenspeicher, um daraus über Brennstoffzellen wieder Strom zu erzeugen, ist der Wirkungsgrad mit 30 bis 35 % sehr schlecht. Hier hätte die Redox-Flow-Batterie erhebliche Vorteile, da wir beim Laden bzw. Entladen einen Wirkungsgrad von 75 % haben. Zudem ist für den Transport von Wasserstoff eine energieaufwändige Kühlung auf -270 °C nötig. Auch diese Kosten sparen wir bei der Redox-Flow-Batterie ein. Wasserstoff wird allerdings in der chemischen Industrie oder als Rohstoff für Biokerosin benötigt. Wenn es also einen lukrativen Absatzmarkt für Wasserstoff gibt, ist auch die Elektrolyse interessant.
Welchen Platzbedarf haben die Tanks?
Peither: Pro Kilowattstunde Kapazität sind 40 l Volumen nötig, also 40.000 l bei einer Megawattstunde. Die Flüssigkeit kann in vertikalen oder liegenden Tanks bzw. in ober- oder unterirdisch installierten Behältern gelagert werden. Der Platzbedarf hängt also stark von der verwendeten Technik ab und kann an der Oberfläche sogar gegen null gehen.
Wie ist der Stand der Entwicklung, wann ist das System serienreif?
Peither: Wir haben im vergangenen Jahr den wichtigen Schritt vom Labor zu einem Prototypen gemacht. Der Demonstrator hat eine Kapazität von zehn Kilowattstunden. Bis Ende des Jahres werden wir mehrere Module mit 50 Kilowattstunden testen und dann die Technik entsprechend skalieren. Dank finanzieller Unterstützung verschiedener Investoren in Millionenhöhe werden wir jetzt auch die Produktion aufbauen. Im nächsten Jahr, also 2025, sollen die ersten Megawattstunden-Speicher auf den Markt kommen. Damit geben wir dann das offizielle Startsignal für eine ebenso wichtige wie notwendige Energie-Technologie made in Germany.
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Redox-Flow-Batterien gelten als sichere und umweltfreundliche Lösung zur Speicherung von großen Strommengen, gerade von Solar- und Windparks. Bislang war die Technik aber teuer. Zudem gab es wenig praxisreife Modelle auf dem Markt. Der Hersteller VoltStorage aus München hat inzwischen große Fortschritte bei der Redox-Flow-Entwicklung auf Basis von Eisen und Salz gemacht. Speicherlösungen mit dieser Technologie sollendrei- bis fünfmal günstiger als Lithium-Ionen-Batterien sein. Firmenmitgründer und CIO Michael Peither erläutert die Vorteile und Anwendungsfälle für die Technik.
Wie unterscheidet sich eine Redox-Flow-Batterie z.B. von Li-Ionen?
Peither: Eine Redox-Flow-Batterie besteht aus zwei Tanks, einem Pumpsystem sowie Batteriezellen, auch Batteriestack genannt. Die beiden Tanks enthalten eine flüssige Elektrolytlösung, die als Speichermedium dient. Bei uns ist das in Salzwasser gelöstes Eisen. Der Elektrolyt wird für das Laden und Entladen der Batterie durch die Batteriezellen gepumpt, wodurch Elektronen gebunden werden. Die Menge des Elektrolyten bestimmt die Kapazität, die Anzahl der Batteriezellen wiederum die Leistung. Auf diese Weise lassen sich Leistung und Kapazität einer Redox-Flow-Batterie unabhängig voneinander skalieren.
Peither: Um Strom aus erneuerbaren Energien zu speichern, wird der Elektrolyt in zwei getrennten Kreisläufen durch die Batteriezellen geleitet. Beim Ladevorgang wandern Ionen durch die ionendurchlässige Membran und führen zu einer Reduktion/Oxidation (Redox)-Reaktion. Hierbei wird die elektrische in chemische Energie umgewandelt. Die Reduktion findet in der negativen und die Oxidation in der positiven Halbzelle statt. Um gespeicherte Energie abzugeben, wird beim Entladen der Redox-Prozess wieder umgekehrt.
Wo sehen Sie die Vorteile der Technologie?
Peither: Ein ganz wichtiges Plus im Vergleich zu Li-Ionen ist, dass man bei der Redox-Flow-Technologie günstige, heimische Materialien verwenden kann und nicht länger von Ländern wie China abhängig ist. Darüber diskutiert die Politik seit langer Zeit – wir präsentieren jetzt eine Lösung aus Deutschland. Alle für unsere Technologie notwendigen Rohstoffe lassen sich umweltfreundlich und regional gewinnen. Dazu kommt, dass die Technik drei- bis fünfmal günstiger als Li-Ionen ist.
Ist die Anwendung die gleiche wie bei Li-Ionen, also die kurzfristige Speicherung von Strom für wenige Stunden?
Peither: Nein, wir haben ganz andere Märkte im Blick. Das hängt damit zusammen, dass sich Redox-Flow-Speicher nur sehr langsam laden und entladen lassen. Wir reden von mindestens 24 Stunden, eher sogar von zwei bis drei Tagen. Damit ist es auch möglich, Tage mit Dunkelflaute zu überbrücken. Zudem sind unsere Speicher viel größer als herkömmliche Festkörperbatterien. Wir streben Kapazitäten von einer bis zu mehr als 100 Megawattstunden an. Damit sind die Batterien geeignet, Strom von Wind- und Solarparks zu speichern und somit signifikant zu einer sicheren Energieversorgung beizutragen.
Können Sie das näher ausführen?
Peither: Wind- und Solarparks produzieren Strom sehr wetterabhängig. Es gibt Zeiten, an denen sie abgeschaltet werden müssen, weil das Netz ansonsten überlastet wäre und zusammenzubrechen drohte. Nachts dagegen fehlt der Strom von den Photovoltaikanlagen, weil ja keine Sonne scheint. Eine Redox-Flow-Batterie kann dazu beitragen, den Strom in Zeiten mit Überschüssen aufzunehmen, ohne dass die Anlage abgeschaltet werden muss. Und sie kann den Strom dann in der Nacht wieder abgeben.
Ist es auch möglich, Solarstrom vom Sommer für den Winter zu speichern?
Peither: Theoretisch ist das möglich, da die Tanks Energie sogar über Jahre verlustfrei speichern können. Allerdings ist es energiepolitisch sinnvoller und günstiger, Wind- und Solarenergie parallel auszubauen, da sich beide im Jahresverlauf gut ergänzen. Den dann noch verbleibenden Bedarf könnte die Redox-Flow-Batterie decken. Energiepolitisch interessant ist die Anwendung auch anstelle von Spitzenlast-Gasturbinen. Denn es ist ineffizient, wenn man die Technik nur für wenige Stunden im Jahr vorhält, selbst wenn sie mit Biogas betrieben werden. Das eingesparte Biogas könnte man besser im Gasnetz speichern und dort z.B. für Gasheizungen verwenden, von denen es noch sehr viele gibt.
Wo hat die Technik ihre Grenzen?
Peither: Sie ist nicht geeignet für die schnelle Zwischenladung von Strom der häuslichen Photovoltaikanlage. Oder z.B. für die Regelenergie, bei der auch schnelle Lade- und Entladevorgänge gefragt sind. Mit der Redox-Flow-Batterie decken wir den Energiebedarf in Bereichen ab, wo Li-Ionen-Batterien oder andere Technologien an ihre Grenze stoßen.
Nutzen statt Abregeln ist auch ein Prinzip bei der Wasserstofferzeugung, die von der Bundesregierung stark gefördert wird. Welche Vorteile hat die Redox-Flow-Batterie gegenüber dem Elektrolyseur?
Peither: Das kommt auf die Anwendung an: Produziert man Wasserstoff nur als Zwischenspeicher, um daraus über Brennstoffzellen wieder Strom zu erzeugen, ist der Wirkungsgrad mit 30 bis 35 % sehr schlecht. Hier hätte die Redox-Flow-Batterie erhebliche Vorteile, da wir beim Laden bzw. Entladen einen Wirkungsgrad von 75 % haben. Zudem ist für den Transport von Wasserstoff eine energieaufwändige Kühlung auf -270 °C nötig. Auch diese Kosten sparen wir bei der Redox-Flow-Batterie ein. Wasserstoff wird allerdings in der chemischen Industrie oder als Rohstoff für Biokerosin benötigt. Wenn es also einen lukrativen Absatzmarkt für Wasserstoff gibt, ist auch die Elektrolyse interessant.
Welchen Platzbedarf haben die Tanks?
Peither: Pro Kilowattstunde Kapazität sind 40 l Volumen nötig, also 40.000 l bei einer Megawattstunde. Die Flüssigkeit kann in vertikalen oder liegenden Tanks bzw. in ober- oder unterirdisch installierten Behältern gelagert werden. Der Platzbedarf hängt also stark von der verwendeten Technik ab und kann an der Oberfläche sogar gegen null gehen.
Wie ist der Stand der Entwicklung, wann ist das System serienreif?
Peither: Wir haben im vergangenen Jahr den wichtigen Schritt vom Labor zu einem Prototypen gemacht. Der Demonstrator hat eine Kapazität von zehn Kilowattstunden. Bis Ende des Jahres werden wir mehrere Module mit 50 Kilowattstunden testen und dann die Technik entsprechend skalieren. Dank finanzieller Unterstützung verschiedener Investoren in Millionenhöhe werden wir jetzt auch die Produktion aufbauen. Im nächsten Jahr, also 2025, sollen die ersten Megawattstunden-Speicher auf den Markt kommen. Damit geben wir dann das offizielle Startsignal für eine ebenso wichtige wie notwendige Energie-Technologie made in Germany.
