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Die Energiewende steht in Deutschland vor großen Herausforderungen, vor allem im Bereich der Speicherung grüner Energie. Obschon erneuerbare Energien wie Wind- und Solarenergie wirtschaftlicher werden, fehlen dennoch kostengünstige und effiziente Speicherungstechnologien, die bundesweit eine langfristige Versorgung mit grüner Energie gewährleisten. Fluktuierende Wind- und Sonnenenergie verursachen Schwankungen bei der Stromerzeugung, welche derzeit mithilfe von konventionellen Kraftwerken ausgeglichen wird. Dadurch besteht eine doppelte Infrastruktur, die eine Umstellung auf erneuerbare Energien komplizierter macht.
Projekt Zn-H2 liefert innovative Speicherlösungen für grüne Energie
Das Projekt Zn-H2, ein Konsortium aus Forschungseinrichtungen und den Unternehmen Zn2H2 GmbH und Steel PRO Maschinenbau GmbH, entwickelt innovative Lösungen für die Speicherung grüner Energie. Eine langlebige Batterie soll demnach speziell für die Langzeitspeicherung geeignet sein. Hierfür wurden verschiedene bekannte Batterietechnologien mit Zink-Anoden und die alkalische Wasser-Elektrolyse kombiniert, um somit eine neuartige Speichertechnologie zu entwickeln. Zink-Speicher sind vergleichsweise kostengünstiger als Lithium-Batterien und können mit leicht verfügbaren Rohstoffen wie Stahl, Zink und Kaliumhydroxid produziert werden. Zudem sind sie recycelbar und ermöglichen eine bedarfsgerechte Wasserstoffproduktion.
Kurzum: Man möchte elektrisch aufladbare Wasserstoffspeicher herstellen, die Energie in Form von metallischem Zink speichern und für eine bedarfsgerechte Bereitstellung von Wasserstoff und Elektrizität sorgen. Aufgrund geringerer Materialkosten, die weniger als ein Zehntel des Lithium-Akkus betragen, entsteht nicht nur eine wirtschaftlich attraktive Möglichkeit für die Speicherung erneuerbarer Energie, sondern auch eine nachhaltige Lösung.
Die Koordination des Projekts Zn-H2 am Fraunhofer IZM erfolgt durch Dr. Robert Hahn. Er erklärt, welche chemischen Prozesse in der Batterie stattfinden:
„Während des Aufladens oxidiert Wasser in der Batterie zu Sauerstoff, gleichzeitig wird Zinkoxid zu metallischem Zink reduziert. Bei der bedarfsgerechten Entladung der Speicherzelle wird das Zink wieder in Zinkoxid umgewandelt. Das Wasser wird wiederum reduziert, so dass Wasserstoff erzeugt und freigesetzt wird. Es entsteht eine einzigartige Kombination aus Batterie und Wasserstoff-Herstellung mit einem Gesamtwirkungsgrad der Stromspeicherung von 50%, womit wir die alternative und zurzeit favorisierte Power-to-Gas-Technologie doppelt übertreffen“.
Entwicklung eines Demonstrators bis Ende 2023
Im Labor untersuchte man bereits erfolgreich das Grundprinzip anhand von Einzelzellen Wirkungsgrade und die Stabilität der Ladezyklen. Nun entwickle man bis Ende 2023 einen Demonstrator, dessen Betriebsführung man in einem Teststand analysiere. Abschließend sollen 8 Zellen mit einer Kapazität von circa 12 Volt und 50 Ampere-Stunden elektrisch verbunden werden. An einem bifunktionalen Katalysator, an welchem abwechselnd Wasserstoff und Sauerstoff entsteht, demonstrieren die Forschenden die galvanische Abscheidung. Aufgrund der Einzigartigkeit des Zink-Wasserstoff-Speichers benötigt man eine spezielle Testumgebung mit hochpräziser intelligenter Steuerung.
Speichersystem weist eine lange Lebensdauer auf
Anhand der ersten Tests konnte man sehen, dass die günstigen Katalysatoren bei realistischer Nutzung eine Lebensdauer von mehr als 10 Jahren haben. Zwar muss das Speichersystem noch einige Up-Scaling-Phasen durchlaufen, doch die Zn2H2 GmbH meldete bereits Patente an.
Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und läuft noch bis September 2025.
Quelle / WeiterlesenBildquelle oben: © Pixabay
Das ist ja alles allerliebst. Mal wieder tun die Forschungsgeldvernichter der Faunhofer-Gesellschaft so, als hätten wir für all den Quatsch beliebig viel Zeit und beliebig viel Geld zur Verfügung. Ist aber nunmal nicht so.
Denn am 7. Juli 2022 haben unsere allwissenden Bundespolitiker beschlossen, dass schon bis 2030 schlappe 80 % des Stromverbrauchs aus Energieerneuerungsanlagen stammen sollen. Und zwar nicht 80 % des Stromverbrauchs des Jahres 2022, sondern des Stromverbrauchs des Jahres 2030. In der Gesetzesbegründung liest sich das dann so:
„Für die Erreichung dieses Ziels sind massive Anstrengungen erforderlich. Zum einen lag der Anteil der erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch 2021 erst bei ca. 42 Prozent, so dass ihr Anteil innerhalb von weniger als einem Jahrzehnt fast verdoppelt werden muss. Zum anderen wird sich dieser Handlungsdruck durch den künftigen Anstieg des Stromverbrauchs deutlich erhöhen. Der Strombedarf wächst u. a. durch die zunehmende Elektrifizierung von Industrieprozessen, Wärme und Verkehr (Sektorenkopplung). Um bei Zugrundelegung eines Bruttostromverbrauchs von 750 Terawattstunden (TWh) im Jahr 2030 das 80-Prozent-Ausbauziel sicher zu erreichen, muss die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien von derzeit knapp 240 TWh auf 600 TWh im Jahr 2030 erhöht werden.“
Den Plan, den gesamten Strombedarf bis 2035 „klimaneutral“ zu decken, hat man direkt vor der Abstimmung zwar noch gestrichen, weil man sich nicht komplett lächerlich machen wollte, aber auch weiterhin soll bis 2045 der gesamte Endenergiebedarf (der aktuell nur zu etwa 20 % mit Strom gedeckt wird) „klimaneutral“ (also nach aktueller Planung nahezu vollständig mit Strom) gedeckt werden. Das sind – nur mal so nebenbei erwähnt – nur noch 22 Jahre, also weniger als der Zeitraum, den das EEG bereits existiert.
Im gerade vergangenen Juli 2023 lieferten die Energieerneuerungsanlagen gemeinsam 22,85 Milliarden kWh. Im selben Zeitraum betrug die Last (also der Stromverbrauch) 38,33 Milliarden kWh. Für die irgendwann einmal angestrebte vollständige Stromversorgung aus erneuerbaren Energiequellen fehlten in diesem Zeitraum somit 15,47 Milliarden kWh.
Geht man davon aus, dass dieser zusätzliche Strom aus PV-Platten, Windrädern und Geothermie stammen soll, hätten diese um den Faktor 1,86095 mehr erzeugen müssen, als sie tatsächlich im Juli 2023 erzeugt haben.
Das hätte dann allerdings auch zur Folge gehabt, dass am 5. Juli um 14:15 Uhr (UTC) 55,19 Millionen kW mehr erzeugt worden wären, als gleichzeitig verbraucht wurden. Es wäre also an der Zeit, endlich ein wenig Speicherkapazität aufzubauen. (Was schon deshalb keine ganz blöde Idee wäre, weil im Juli 2023 tatsächlich [nicht nur] an jedem Sonntag mehr Strom allein aus den Energieerneuerungsanlagen kam, als zeitgleich verbraucht wurde, so dass dieser hoch subventionierte Strom anschließend zusätzlich kostenpflichtig ins Ausland verklappt werden musste.)
Geht man von einem idealen Speicher aus (ohne Wandlungsverluste, also mit einem Wirkungsgrad von 100 %), hätte dieser allerdings in diesem Szenario eine Kapazität von 2,704 Milliarden kWh haben müssen, um den gesamten Juli 2023 überbrücken zu können.
Und in der Situation spielt das Fraunhofer-Institut mit einem Speicher herum, der „8 Zellen mit einer Kapazität von circa 12 Volt und 50 Ampere-Stunden“ haben soll, also atemberaubende 4,8 kWh! Von dem hätten wir schon im Juli 2023 eigentlich 563 Millionen benötigt, wenn wir nicht zum Glück noch die fossilen Kraftwerke hätten (die dennoch irgendwelche Wirrköpfe sofort abschalten wollen).
Achja – noch ein Fun-Fact: Schon beim obigen Ausbauszenario (also Steigerung der Stromproduktion aus PV, Wind und Geothermie um den Faktor 1,86095) hätten die Stromerneuerungsanlagen am 5. Juli um 12:15 Uhr (UTC) 123,0 Millionen kW ins Netz geblasen. Dafür sind unsere Stromnetze allerdings überhaupt nicht ausgelegt. Natürlich kann man die Stromerzeuger (theoretisch) einfach herunter regeln, dann stimmt aber der Faktor nicht mehr – der Ausbau müsste also noch kräftiger erfolgen, wodurch dann auch mehr abgeregelt werden müsste, was wiederum einen noch größeren Ausbau benötigen würde. Vor allem sind aber Energieerneuerungsanlagen, die schon heute nur an guten Standorten wenigstens eine schwarze Null schreiben, sehr schnell Pleite, wenn man ihnen auch noch zusätzlich Einnahmen wegnimmt.
Und nachdem die Industrie schon heute den niedrigen Industriestrompreis nicht mehr zahlen will (wofür ausgerechnet die Grünen und die SPD selbstverständlich jegliches Verständnis haben), werden die Kosten für all den Unfug mal wieder bei den Privathaushalten landen. Mal schauen, wie lange es dauert, bis auch die keine Lust mehr dazu haben. Herr Schellnhuber würde das dann wohl „Kipppunkt“ nennen.
Aber Hauptsache, das Fraunhofer-Institut hat Spaß mit seinem Spielzeug…
Muss dem Vorkommentator leider recht geben. Diese Forschung hätte (und sollte) schon vor 10 Jahren stattgefunden haben. Man hat die Zeit mit den Händen im Schoß nutzlos vertan.
Vergleich:
Aktuell will Samsung ihre frisch ausentwickelten Festkörperakkus statt wie ursprünglich promotet 2027 schon Anfang nächsten Jahres auf dem Markt platzieren!
Mit solchen, eines Start-Ups würdigen, unternehmerischen Entscheidungen, die auf wirklich engagierter Forschung beruhen, wird die Energiewende vielleicht doch noch gelingen. Nur bleibt da die Wertschöpfung wo?
Leider nicht hier, wo noch im 5kWh-Bereich rumgebastelt wird…