Stromspeicher zählen zu den zentralen Schlüsselelementen der Energiewende. In einer dezentral strukturierten Stromwelt von morgen werden sie, im Zusammenhang mit der Nutzung erneuerbarer Energien, erheblich an Bedeutung gewinnen. Es verwundert daher nicht, dass sich die Forschung an neuartigen Speichertechnologien in der jüngeren Vergangenheit stark intensiviert hat. Immer wieder werden hier auch bereits bestehende Ansätze aufgegriffen und weiterentwickelt. Ein Beispiel dafür ist die Zebra- oder Salzbatterie, deren Anfänge bereits auf die 70er und 80er Jahre des letzten Jahrhunderts zurückgeht. Im Bernischen Meiringen erlebt das Prinzip gegenwärtig eine Neuauflage. Hier arbeitet die Battery Consult AG an der „Flat Plate Cell“. 2020 soll die neuartige Salzbatterie in Produktion gehen und, in Kombination mit der Nutzung erneuerbarer Energien, bestehenden Speichersystemen Konkurrenz machen.

Powernewz wollte vom Gründer des Unternehmens, dem promovierten Physiker Cord-Henrich Dustmann mehr dazu erfahren und darüber hinaus auch wissen, was für eine grundsätzliche Rolle Salzbatterien im Rahmen der Energiewende spielen könnten.

Möchte das neuartige Batteriesystem 2020 auf den Markt bringen. Cord-Henrich Dustmann.

Möchte das neuartige Batteriesystem 2020 auf den Markt bringen. Cord-Henrich Dustmann.

powernewz: Die Forschung an Stromspeichern erlebt gegenwärtig eine neue Blüte. An was liegt das?

Cord-Henrich Dustmann: Alle Energiesysteme in der Natur bestehen aus einer Kombination von Energiewandlern und Energiespeichern. Als Speicher diente bis anhin 350 Millionen Jahre alte, fossile Energie. Weil wir unsere Atmosphäre heute aber nicht wieder in denselben lebensfeindlichen Zustand von damals zurückversetzten möchten, ist ein Umdenken gefragt. So werden zurzeit neuartige Speicher entwickelt, um erneuerbare, diskontinuierliche Energiequellen, wie beispielsweise die Sonne, nutzen zu können. Strom und Wärme aus erneuerbaren Energiequellen, sowie deren Speicherung sind unabdingbar für eine bedarfsgerechte Energieversorgung in Zukunft.

 

powernewz: Wie ist die Bedeutung neuer Batteriespeichertechnologien im Zusammenhang mit der Energiewende einzuschätzen?

Cord-Henrich Dustmann: Batterien und neue Batteriespeichertechnologien zählen zu den zentralen Schlüsselkomponenten der Energiewende. Ohne neue Ansätze hier wird die Energiewende schwer zu schaffen sein.

 

 

powernewz: Die Energiewende in der Schweiz findet heute dezentral statt. Wie wichtig ist es dabei, die passende Speichertechnologie für die entsprechende Anwendung zu haben?

Cord-Henrich Dustmann: Erneuerbare Energien sind von Natur aus dezentral. Die Sonne scheint überall. Unser Stromnetz aber geht von Zentren aus. Hier hat die Elektrifizierung des Landes ihren Ausgang genommen. Zuerst entstand ein Kraftwerk, von dem die elektrischen Leitungen in alle Richtungen zu den Verbrauchern gelegt wurden. Dann folgte ein weiteres Kraftwerk und weitere Leitungen. Und so weiter. Immer floss der Strom dabei vom Kraftwerk zum Verbraucher. Das ändert sich momentan. Die Sonnenkraftwerksleistung richtet sich nach dem Wetter und der Tageszeit, nicht aber nach den Verbrauchern. Strom kann bei grosser Produktionsleistung und geringem Verbrauch auch in die andere Richtung fliessen. Unsere Niederspannungsnetze sind dafür aber nicht gebaut. Deshalb sind Pufferspeicher erforderlich, die sowohl in der Nähe der Solarpanele, als auch verteilt im Netz angeschlossen werden können. Künftig wird es Speicher jeder Grösse geben, die an den optimalen Punkten im Netz installiert werden, um möglichst viel lokal produzierte Energie lokal einzulagern und wieder lokal zu verbrauchen, ohne dass das Niederspannungsnetz dabei übermässig belastet wird.

 

powernewz: Für welche Anwendungen eignet sich die Zebra- oder Salzbatterie in diesem Zusammenhang am besten? Warum?

Cord-Henrich Dustmann: Die Salzbatterie eignet sich für nahezu alle Anwendungen im Energiebereich von >5 kWh bis etwa 1 MWh mit regelmässigem Betrieb, wie das beim Tag/Nacht Rhythmus der Sonne oder in einem professionellen Umfeld der Fall ist. Die einzige Einschränkung besteht darin, dass lange Pausenzeiten von vielen Tagen ohne PV oder Netzanschluss zum Entladen und automatischen Abschalten der Batterie führt. Wenn wieder Energie verfügbar ist, wird eingeschaltet und geladen.

 

powernewz: Wo und in welcher Form könnte sie eine optimale Ergänzung zur Nutzung erneuerbarer Energien darstellen?

Cord-Henrich Dustmann: Die Salzbatterie ist für Wind- und Sonnenenergie eine ideale Ergänzung als Pufferspeicher, weil hier eben nicht immer Strom produziert wird. Und ein Netz mit verteilten Speichern ist zudem viel stabiler als eines ohne.

3. Generation der Zebrazellen - 126 solcher Flat Plate Cells ergeben...

3. Generation der Zebrazellen.

powernewz: Grundsätzlich: Was ist eine Salzbatterie und worin unterscheidet sie sich von anderen Akkumulatoren wie beispielsweise Lithium-Ionen- oder Blei-Batterien?

Cord-Henrich Dustmann: Eine Salzbatterie verwendet Kochsalz (NaCl) und Nickel (Ni) als Rohstoffe in Verbindung mit einer speziellen Keramik, die Pluspol und Minuspol voneinander trennt und nur Natrium-Ionen leitet, nicht jedoch Elektronen. Beim Laden der Batterie wird Energie aufgewendet, um NaCl in Na und Cl zu trennen, das Na wird als Minus-Pol gespeichert und das Cl wird als NiCl2 gelagert. Beim Entladen wird wieder NaCl gebildet und die vorher aufgewendete Energie steht wieder zur Verfügung. Lithium-Ionen-Batterien verwenden Lithium statt Natrium und ein organisches Lösungsmittel mit gelösten Lithiumsalzen statt der Keramik. Bleibatterien verwenden Schwefelsäure zwischen den Polen aus Blei und Bleisulfat.

 

powernewz: In welchen Bereichen sind Salzbatterien heute bereits in Gebrauch?

Cord-Henrich Dustmann: Heutige Einsatzgebiete von Salzbatterien liegen in der Stromversorgung für Mobiltelefonstationen, bei Anlagen mit unterbrechungsfreier Stromversorgung (USV), wie sie beispielsweise für Rechenzentren, Krankenhäuser und Flughäfen vorgeschrieben sind, aber auch in den Stromversorgungen im Eisenbahnbereich oder als Speicher zu PV Anlagen unterschiedlicher Grösse und elektrischen Untertagefahrzeuge oder bei Elektrobussen.

 

powernewz: Welche Vorteile hat die Technologie im Gegensatz zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien oder anderen Konkurrenzspeichern?

Cord-Henrich Dustmann: Gegenüber Lithium-Ionen-Batterien haben Salzbatterien unterschiedliche Vorteile. Einerseits kosten ihre Inhaltsstoffe wenig, sind allgemein verfügbar und auch umfänglich wiederverwertbar. Andererseits garantiert deren Konstruktion und ihre chemische Zusammensetzung einen sehr hohen Sicherheitsgrad. Und zum dritten sind sie gegen hohe Umgebungstemperaturen immun. Insbesondere in warmen Ländern mit hohem Solarenergiepotential kann das von Bedeutung sein, weil sie nicht gekühlt werden müssen.

 

powernewz: Die Zebrabatterie wurde bereits in den späten 70er Jahren des vorigen Jahrhunderts in Südafrika entwickelt. Bis heute ist ihr der grosse, kommerzielle Erfolg verwehrt geblieben. Was sind die Gründe dafür?

Cord-Henrich Dustmann: Einerseits wollte das damalige Management der Entwicklerfirma die Salzbatterie ausschliesslich für die Anwendung in Elektroautos verwenden. Nur gab es zu diesem Zeitpunkt eigentlich noch gar keinen Markt dafür. Zum anderen hatte die Salzbatterie seinerzeit schon eine Mindestgrösse von etwa 5 kWh. Für Kleingeräte wie zum Beispiel Laptops kam sie so nicht in Frage. Zur grösseren Verbreitung der Lithium-Ionen-Batterie in den darauffolgenden Jahren hat das erheblich beigetragen.

 

powernewz: Warum könnte das künftig anders sein?

Cord-Henrich Dustmann: Künftig werden für die Energiewende viel mehr grosse bis sehr grosse Batterien benötigt. Zusätzlich zu den Batterien für die Elektromobilität. Lithium-Ionen-Batterien eignen sich sehr gut für letztere. Die Salzbatterie hingegen eignet sich gut für Energiesysteme. Ein Merkmal der Energiewende wird die Vielseitigkeit der darin eingesetzten Speichertechnologien sein. Spezifische Speichersysteme sollten dort eingesetzt werden, wo sie am meisten Sinn machen. Nicht zuletzt wird es dann aber auch eine Frage der zur Verfügung stehenden Rohstoffe sein.

 

powernewz: Seit 2011 arbeitet die Battery Consult AG an der Weiterentwicklung der Zebrabatterie. Unlängst wurde der „proof of concept“ zum neuen Batterietyp, der „Flat Plate Cell“ erbracht und die Technologie ist patentiert. Wann kommt die neue Generation der Salzbatterie auf den Markt?

Cord-Henrich Dustmann: Wir rechnen damit, dass 2020 die erste Produktion in der Schweiz starten kann.

 

powernewz: Wie ist es zu dieser Weiterentwicklung der Zebrabatterie gekommen?

Cord-Henrich Dustmann: Es besteht ja immer der Wunsch, die Herstellkosten eines Produktes zu reduzieren. Dabei kann man entweder die Materialkosten oder die Prozesskosten oder noch besser beides reduzieren. Eine Analyse hat gezeigt, dass die Materialkosten der Zebrabatterie schon heute recht günstig sind. So haben wir das Hauptaugenmerk auf die Prozesskosten gelenkt. Für die Flachzellensalzbatterie gestalten sich diese günstiger als für die konventionelle Rohrzellensalzbatterie, wie sie bis anhin üblich gewesen ist. So haben wir die Entwicklung im Bereich der Flachzellensalzbatterie forciert.

 

powernewz: Die Herstellungskosten der Zebrabatterie waren, wie sie angedeutet haben, bis heute höher als die von Konkurrenzprodukten. Wie sieht das bei Ihrem Produkt aus? Wie konkurrenzfähig ist es im Vergleich zu anderen Akkumulatoren?

Cord-Henrich Dustmann: Die Salzbatterie muss sich natürlich der Konkurrenz auf dem Markt stellen. In dieser Hinsicht bin ich zuversichtlich, weil der Markt vielfältig und riesig ist. Das Unternehmen Innovenergy bietet bereits heute Salzbatteriespeicher der herkömmlichen Machart an. Die Preise unterscheiden sich nicht wesentlich von den Konkurrenzprodukten mit Lithium-Batterien. Für etwas mehr Geld hat man dafür eine wesentlich umweltfreundlichere und sichere Batterie im Haus stehen, die heute schon zu 100% in der Schweiz produziert wird.

Die neuartige Salzbatterie mit einer Leistung von 7 kWh.

Die neuartige Salzbatterie mit einer Leistung von 7 kWh.

powernewz: Welche Dimensionen soll die „Flat Plate Cell“ einmal haben? Wie ist sie aufgebaut? Was für eine Leistung erreicht sie?

Cord-Henrich Dustmann: Die neue Zelle ist eine flache Scheibe mit etwa 10 cm Durchmesser und 2 cm Dicke. 126 solcher Scheiben ergeben eine Batterie, die die Form eines Topfes hat mit 400 mm Durchmesser und 500 mm Höhe. Diese Batterie soll 7 kWh Energieinhalt haben und in ca. 3 Stunden ge- und entladen werden.

 

powernewz: Was waren die grössten Herausforderungen bei der Weiterentwicklung der Technologie?

Cord-Henrich Dustmann: Die Herausforderung bei der Batterieentwicklung liegt in der Komplexität des Gesamtsystems, in dem Fragen aus der Chemie, der Physik, Elektrotechnik und Fertigungstechnik berührt werden. Hier gilt es, den Überblick zu behalten und die Zusammenhänge zu verstehen.

 

powernewz: An was arbeitet man im Moment gerade? Welche Herausforderungen stellen sich gegenwärtig noch?

Cord-Henrich Dustmann: Gegenwärtig wird an der Fertigstellung der Prototypbatterie gearbeitet. Dabei stehen aktuell fertigungstechnische Fragen im Zentrum, um dann so schnell wie möglich die Produktion aufbauen zu können.

 

 

powernewz: Von welcher Seite wurde diese Weiterentwicklung gefördert? Warum?

Cord-Henrich Dustmann: Die Battery Consult AG wurde zu einem geringen Mass durch das BFE gefördert und hat hauptsächlich einen Entwicklungsauftrag von ITAIPU in Brasilien erhalten. Auch in Südamerika wird über die Energiewende nachgedacht und man teilt hier die Erkenntnis, dass dafür neuartige Energiespeicher notwendig sind, die man dann gerne auch im eigenen Land produzieren möchte.