Forschung

Energiespeicherung

Batterien für die Energiewende

Eine der großen Herausforderungen an die Forschung ist die Frage, wie sich effektiv Energie speichern lässt.

Batterieforschung MEET Münster Wissenschaftler an der Arbeit

Batterieforschung am MEET in Münster

Foto: Photothek/Ute Grabowsky

Strom speichern, kein Problem, dafür gibt es doch Batterien! Tatsächlich gab es bis kurz vor der Wiedervereinigung in Berlin eine Fabrikhalle voll mit Bleibatterien, wie sie noch heute in Autos verwendet werden. Hintergrund war die Angst vor einer Blockade der Stromlieferungen durch die DDR. Immerhin stand so eine Reserve von 14 Megawatt bereit.

Zum Batteriebegriff: Eigentlich ist eine Batterie eine Serien- oder Parallelschaltung von sogenannten "Zellen" oder "Elementen". Im Deutschen hat sich dann auch der Term "Akkumulator" oder kurz "Akku" für die aufladbaren Batterien herauskristallisiert. Im täglichen Sprachgebrauch wird aber all dies ohne zu unterscheiden vereinfacht als "Batterien" bezeichnet.

Bei der Berliner Batterie-Lagerhalle spielten Kosten keine Rolle, schließlich ging es um eine Vorsichtsmaßnahme im Kalten Krieg. In Zukunft werden aber viel mehr Batterien benötigt, um den rapide ansteigenden Anteil an regenerativen Energien zwischen zu speichern. Diese müssen kostengünstiger und langlebiger als heutige Systeme sein. Hier setzt die aktuelle Forschung an.

Chancen für Batterien

Der Chemiker Martin Winter, Leiter des Münsteraner Batterieforschungszentrums MEET, sieht große Chancen für Batterien, wenn es darum geht, Strom für einige Minuten oder Stunden zwischenzuspeichern. Der große Vorteil besteht darin, dass Batterien ohne Verzögerung Strom liefern oder speichern können. Das geschieht in unglaublich effizienter Weise. Wirkungsgrade von 95 Prozent und mehr sind möglich. Da elektrischer Strom ein kostbares Gut ist, werden den Batterien für diese Anwendung die besten Chancen eingeräumt.

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Wissenschaft und Wirtschaft setzen ihre große Hoffnung auf Lithium-Ionen-Batterien, die heute überall in Laptops und Mobiltelefonen im Einsatz sind. Sie sind deutlich leichter als Bleibatterien. Entscheidender Vorteil ist die hohe Energiedichte, also die Speicherfähigkeit bezogen auf Volumen oder Gewicht des Akkus. Vor allem um derartige Batterien in Elektrofahrzeugen einsetzen zu können, versuchen Forscher, sie immer kleiner, leichter und langlebiger zu machen.

Hoffnung auf Lithium-Ionen

Batterieforschung MEET Münster für Deutschland

Batteriejungforscher Tobia Placke

Foto: Photothek/Ute Grabowsky

Eine besondere Herausforderung besteht bei der Wahl der in den Batterien enthaltenen Stoffe. Derzeit sind es vor allem Metalle wie Kobalt oder Nickel. Diese Metalle sind teuer. Kobalt ist sehr giftig und umweltschädlich. Hinzu kommen Kohlenwasserstoffe, die schädlich und explosiv sein können. Wesentlich ist daher, verbrauchte Batterien zu recyceln, um die Stoffe wieder nutzen zu können und zu verhindern, dass sie in die Umwelt gelangen.

Forscher am MEET, so der Nachwuchs-Chemiker Tobias Placke, arbeiten an Batterien, in denen diese teuren und giftigen Stoffe nur in geringer Menge oder überhaupt nicht enthalten sind. Das MEET hat gerade ein Patent bekommen für Batterien, in denen Phosphorsalze statt der Metalle und Kohlenwasserstoffe enthalten sind. Mit dieser Technik könnte es vielleicht einmal wirtschaftlich möglich sein, in riesigen stationären Batterien - groß wie Fabrikhallen - große Strommengen zu speichern und dies ohne Umwelt- und Gesundheitsgefahren.

Dezentral speichern und Geld sparen

Um Energie in großem Stil an einem Ort zu speichern, werden verschiedene Konzepte zu kombinieren sein. Das sind die erprobten Pumpspeicherkraftwerke, Wasserkraftwerke mit Speicherseen, aber auch neuartige Speicherkraftwerke, die mit Druckluft arbeiten. Sehr aussichtsreich sind dezentrale Batterien gerade auch für den Privathaushalt. Ein erstes Batteriekomplettsystem entwickelt beispielsweise das Unternehmen Dispatch Energy Innovations GmbH zusammen mit den Fraunhofer-Instituten für Solare Energiesysteme ISE und für Siliziumtechnologie ISIT.

Batterie wird in der Klimakammer getestet

Batterie wird in der Klimakammer getestet

Foto: Fraunhofer ISE

Der Grundgedanke solcher Batterien, die man sich in den Keller stellen kann, ist, Energie aus der eigenen Solaranlage auf dem Dach zu speichern. So hat man Strom, wenn die Sonne nicht mehr scheint. Interessant wird diese Technik vor allem dann, wenn wir auch intelligente Stromnetze und Haushaltsgeräte einbinden. Wenn Strom aus erneuerbaren Quellen im Übermaß vorhanden ist und Abnehmer fehlen, sollte er auch für den Endverbraucher billig werden. Immer wenn der Preis niedrig ist, lädt sich die Batterie. Gleichzeitig laufen Waschmaschine und Geschirrspüler. Ist der Strom teuer, so wird der benötigte Strom aus der Batterie entnommen.

Noch sind die Voraussetzungen für dieses Modell nicht geschaffen, da es derartige Stromtarife noch nicht gibt und die Stromversorger den Haushalten noch nicht melden, wie teuer der Strom gerade ist. Technisch ist dies jedoch kein Problem. Ein kleiner Computer im Haushalt kann problemlos Batterie und Geräte schalten, je nachdem welchen Preis der Stromversorger gerade per SMS mitteilt.

So müssten weniger von den riesigen Speichern gebaut werden. Alle Bürger würden profitieren durch günstigen Strom aus Erneuerbaren Energien.

Konzept einer heimischen Solaranlage, verbunden mit einer Batterie, dem Stromnetz und bedarfsabhängig gesteuerten Elektrogeräten

Konzept für dezentrale Batterien

Foto: Fraunhofer ISE, Matthias Vetter