Jeder kennt Batterien, die meisten nutzen sie jeden Tag ihres Lebens. Sie sind in allen Arten von Unterhaltungselektronik vorhanden, von Uhren über Laptops bis hin zu Mobiltelefonen. Wenn die meisten an eine Batterie denken, denken die meisten an eine gewöhnliche chemische AA-Batterie, wie man sie in eine Taschenlampe oder eine Fernsehfernbedienung stecken würde. Allerdings ist diese Art von Technologie viel weiter verbreitet. Batterien können in vielen Formen vorliegen und werden in der Stromerzeugungs- und Speicherindustrie häufig zur Verwaltung der elektrischen Energie innerhalb von Netzen eingesetzt. Tatsächlich dürfte die Batterietechnologie in den kommenden Jahren der Schlüsselfaktor für die Entwicklung erneuerbarer Energietechnologien sein.
Dies ist auf eine Eigenart der erneuerbaren Energien zurückzuführen. Im Gegensatz zu anderen Energiequellen, die je nach Bedarf zu- und abgeschaltet werden können, ist die Erzeugung erneuerbarer Energien wetterabhängig. Bei schlechten Wetterbedingungen wird kein Strom erzeugt. Dies gilt insbesondere für Solarenergie, die nur tagsüber Strom erzeugt und nachts keinen. Dies führt zu einem Problem des Energieausgleichs. Strom wird Tag und Nacht verbraucht und muss daher vom Netz erzeugt werden, um den Bedarf zu decken.
Ein vollständig erneuerbares System würde diese Anforderung nicht erfüllen, da die Energieerzeugung hin und her geht. Erforderlich ist ein System, um den tagsüber erzeugten Strom zu sammeln und bei Bedarf zu verteilen. Hier kommen die Batterien ins Spiel. Große Batteriebänke können den Strom speichern und bei Bedarf wieder abgeben. Systeme dieser Art sind bereits heute im Einsatz. Als Teil des australischen Stromnetzes wurden große Lithium-Ionen-Batteriebänke gebaut, um überschüssigen Strom zu speichern. Die Banken befinden sich derzeit in der Probephase, um ihre Wirksamkeit zu testen.
Lithium-Ionen-Batterien sind derzeit die beliebteste Batterieform in der Industrie. Sie werden häufig in Mobiltelefonen, Unterhaltungselektronik und Elektrofahrzeugen verwendet. Dies liegt daran, dass sie derzeit die beste verfügbare Lösung für diese Anwendungen sind. Sie haben jedoch einige Nachteile, insbesondere wenn man sie für die Stromspeicherung in großen Netzen einsetzen möchte, wie wir es heute betrachten. Die zur Herstellung der Batterien benötigten Materialien sind schwer zu beschaffen, da sie größtenteils in afrikanischen Ländern mit schlechten ethischen Arbeitspraktiken abgebaut werden, was zu einer starken Ausbeutung in der Lithium-Bergbauindustrie führt.
https://www.energy.gov/eere/articles/how-does-lithium-ion-battery-work
Diese Bedenken hinsichtlich der Materialbeschaffung führen auch dazu, dass die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien teuer ist, sodass die Stromspeichereinheit pro ausgegebenem Pfund, also die Kosteneffizienz, gering ist. Schließlich kann es bei diesen Batterien zu Stabilitätsproblemen kommen, da mehrere Batterien in den australischen Batterietestzentren große Brände verursachen, wenn die Batterien überhitzt sind. Während sich diese Batterien also hervorragend für eine Reihe von Unterhaltungselektronikgeräten eignen, eignen sie sich nicht so gut für die Stromspeicherung in großem Maßstab.
Welche Alternativen gibt es also? Es gibt natürlich die traditionelle Art, Strom zu speichern: Wasser! Wasserkraftwerke gibt es überall auf der Welt und sie sind eine bewährte Methode zur Speicherung und Abgabe von Elektrizität. Während der Spitzenstromerzeugung wird Wasser in ein Reservoir gepumpt. Wenn Strom benötigt wird, wird das Wasser aus dem Reservoir abgelassen und durch eine Turbine geleitet, wodurch Strom erzeugt wird. Dieses System wird seit Hunderten von Jahren in der einen oder anderen Form verwendet und ist daher eine sehr zuverlässige Möglichkeit, große Energiemengen zu speichern. Es hat jedoch einen großen Nachteil, nämlich den Platz- und Investitionsaufwand, der für die Errichtung eines so großen Projekts erforderlich ist. Diese Art von Projekt ist auch auf eine bestimmte geografische Lage beschränkt, die große Erhebungen und Berglandschaften erfordert.
Was die Batterietechnologie braucht, ist Innovation. Glücklicherweise sind derzeit eine Reihe neuer Ideen für die Batterietechnologie in der Entwicklung, um diese Marktlücke zu schließen. Ein aufregendes neues Startup mit Sitz in Edinburgh hat eine Technologie entwickelt, die den gerade besprochenen schwerkraftbetriebenen Wasserkraftwerken ähnelt und ein schweres Gewicht anstelle des Wassers hebt. Gravitricity hat im Prince Albert Dock, Forth, einen Teststand für diese neue Technologie gebaut und vielversprechende Ergebnisse erzielt! Das Endziel des Unternehmens besteht darin, die stillgelegten Kohlebergwerke im Vereinigten Königreich in lange Schächte umzurüsten, um große Gewichte zu heben und zu senken, um Strom zu speichern und freizugeben.
https://www.energylivenews.com/2021/03/10/gravity-energy-storage-project-lifts-off-in-edinburgh/
Nun zu einer anderen Art von Energie… thermisch! Forscher an vielen Institutionen auf der ganzen Welt untersuchen die Entwicklung thermischer Batterien. Diese Batterien erwärmen Material, wenn überschüssiger Strom vorhanden ist, und wandeln dieselbe Wärme in elektrische Energie um, die dann genutzt werden kann, wenn weniger Energie verfügbar ist. Hochwertige Versionen dieser Technologie verwenden geschmolzene Salze, die auf über 1000 Grad Celsius erhitzt werden, als Wärmespeichermaterial. Systeme wie dieses gelten als vielversprechende Energiespeichermethode, haben jedoch immer noch Probleme mit der Bewegung der geschmolzenen Salze, um daraus Strom zu erzeugen.
In Finnland wurde eine Version dieser Technologie mit niedrigeren Spezifikationen installiert. Das System, das mit einem örtlichen Dorf zusammenarbeitet, erhitzt normalen Sand mithilfe erneuerbarer Energiequellen auf 500 Grad Celsius. Diese gespeicherte Energie kann dann das ganze Jahr über zur gleichmäßigen Beheizung lokaler Häuser genutzt werden (ein besonders wichtiger Faktor in kalten finnischen Wintern). Dieser Proof-of-Concept der Pilotanlage ist besonders spannend, da es sich um eine äußerst kostengünstige Möglichkeit zur Stromspeicherung handelt und leicht in lokale Gemeinden integriert werden könnte, was die Möglichkeit zur Entwicklung lokaler Mikronetze bietet.
https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-61996520
Hoffentlich können Sie jetzt erkennen, wie wichtig die Batterietechnologie für die grüne Zukunft der Erde ist und wie verschiedene Technologien sich in der Entwicklung befinden, um sicherzustellen, dass erneuerbare Energien effektiver und billiger als je zuvor sind!