Die Batterie aus Kochsalz und Wasser: die Revolution der Energiespeicherung?

Ein großer Tank, eine große Menge Wasser und reichlich Kochsalz. Das sind nicht die Zutaten und Werkzeuge, die man braucht, um eine Mahlzeit für die ganze Nachbarschaft zu kochen, sondern das, was man braucht, um eine sichere und effiziente Batterie für die Speicherung der Energie aus den Sonnenkollektoren zu bauen. Aber wagen Sie sich nicht an das Heimwerken; dieses niederländische Unternehmen weiß es besser.

Das 2014 gegründete Unternehmen AQUABATTERY hat eine Batterie entwickelt, die erneuerbare Energie in Salzwasser speichern kann. Auf diese Weise wird die Stromspeicherung sicher – Lithium-Ionen-Batterien können bei Überhitzung verbrennen – und nutzt billige, nachhaltige und weithin verfügbare Materialien wie Kochsalz und Wasser. Diese Vorteile garantieren eine langfristige und großflächige Energiespeicherung, wodurch sich diese Technologie für die Speicherung erneuerbarer Energien eignet.

Das Unternehmen eröffnete seine neue Anlage in Alphen aan de Rhijn (Niederlande), um die ersten Module zu produzieren und seine ersten Batterien im Megawattbereich zu liefern. AQUABATTERY, das vom Europäischen Innovationsrat als “eine der bahnbrechenden Technologien und bahnbrechenden Innovationen in Europa” bezeichnet wurde, arbeitet an der Skalierung seines Systems. Sie haben ein Zehn-Kilowatt-Leistungsmodul entwickelt und wollen es in den kommenden Jahren auf 100 und 300 kW erweitern.

“Ich bin sehr aufgeregt, dass wir diesen Moment erreicht haben”, sagt Jiajun Cen, CEO des Unternehmens, voller Stolz. “Obwohl unsere Idee einfach ist, ist die Technologie dahinter ziemlich kompliziert, aber sie funktionsfähig und wirtschaftlich verfügbar zu machen, waren die größten Herausforderungen auf unserem Weg.”

Biologische Zellen imitieren

Die stationäre Batterie besteht aus zwei Einheiten: einem Leistungsmodul mit Membranstapeln und einer Speichereinheit, die aus Wassertanks besteht. Während des Ladevorgangs fließt Salzwasser durch die Membranen, trennt sich in Säure und Lauge, die jeweils in einem eigenen Tank enden, und speichert so Energie. Beim Entladen der Batterie werden die beiden Ströme zusammengeführt und fließen erneut durch die Membranen, wobei erneuerbarer Strom erzeugt wird.

“Ein Salzgradient – die Energie, die durch den Unterschied der Salzkonzentration in zwei Flüssigkeiten entsteht – erzeugt eine Energiepotenzialdifferenz”, erklärt Emil Goosen, Gründer von AQUABATTERY. Die Membranstapel ahmen nach, was biologische Zellmembranen tun. “Der Prozess ahmt den aktiven Salztransfer nach, der ein Gleichgewicht zwischen Wasser und Salz herstellt. Wenn man Sport getrieben oder viel getrunken hat, muss dieses Gleichgewicht wiederhergestellt werden, und einige Zellen nehmen bestimmte Salzionen aus dem Blutkreislauf auf”, erklärt er.

Darüber hinaus sind Speicherkapazität und Leistung skalierbar, was eine Energiespeicherung über lange Zeiträume – zwischen acht und 100 Stunden – ermöglicht. “Je größer die Reservoirs und das Wasservolumen sind, desto länger ist die Speicherdauer”, betont Goosen. “Daher können wir unser Leistungsmodul mit unterschiedlich großen Wassertanks kombinieren, um es flexibel an die jeweilige Anwendung und die benötigte Speicherdauer anzupassen”, fügt Cen hinzu.

Durchflussbatterien

Die Kochsalz-Wasser-Batterie fällt unter die Kategorie der Durchflussbatterien. Bei einer Durchflussbatterie werden zwei Flüssigkeiten, die durch eine Membran getrennt sind, um einen Ionenaustausch zu ermöglichen, elektrochemischen Reaktionen unterzogen. Das System von AQUABATTERY besteht aus Membranstapeln, die in einem 40-Fuß-Seecontainer untergebracht und über Rohrleitungen mit den Wasserreservoirs verbunden sind. Daher eignet es sich gut für stationäre Anwendungen – etwa zur Speicherung von überschüssigem Strom aus Solar- oder Windparks.

“In den Plänen für Horizon Europe – einem der wichtigsten EU-Förderprogramme für Forschung und Innovation – wurden Lithiumbatterien hunderte Male erwähnt, Flow-Batterien dagegen vielleicht zweimal”, erklärt Kees van de Kerk. Er ist der Präsident von Flow Batteries Europe. In diesem Dachverband sind mehrere Interessengruppen für Durchflussbatterien in der EU zusammengeschlossen, die sich in den letzten Jahren für die Förderung und Darstellung des Potenzials dieser Technologien eingesetzt haben.

Unter den vielen technologischen Optionen, die im Bereich der Batterien zur Verfügung stehen, sind Durchflussbatterien für zwei Arten von Anwendungen optimal. “Anwendungen mit hohen Zyklen – sie können Tausende von Zyklen ohne Leistungseinbußen genutzt werden – und Anwendungen mit langer Speicherdauer sind die beiden bevorzugten Bereiche. Außerdem wird die stationäre Speicherung immer wichtiger, und wir brauchen Geld, um Projekte zur Skalierung der Technologie anzustoßen”, sagt er.

“Brillante” Lösung

Goosen ist der Meinung, dass von der EU “positive Signale” in Bezug auf Energiestrategien ausgehen. “Ich sehe, dass die EU mit vielen verschiedenen Parteien zusammenarbeitet, um einem Energiesystem, das auf erneuerbaren Energien basiert, mehr Flexibilität zu verleihen. Seine einzige Sorge ist es, die Technologie schnell genug auf den Markt zu bringen.

Bei der Umsetzung des Übergangs hebt Cen die “intrinsische Motivation” seines Teams und dessen Engagement für Nachhaltigkeit hervor. “Was mir an ihrem Konzept am besten gefällt, ist das Speichermedium. Die meisten Hersteller von Durchflussbatterien verwenden Vanadium – ein Metall – weil es stabil ist, aber ein Speichersystem nur mit Salz und Wasser zu schaffen, ist genial”, sagt van de Kerk.

Bemühungen

Um an diesen Punkt zu gelangen, hat die AQUABATTERY fast ein Jahrzehnt lang gearbeitet. Von den ersten Experimenten in einer Garagenbox an wurden unzählige Stunden der Forschung und des Experimentierens in die Idee gesteckt. In den Produktionsräumen des neuen Unternehmens sind mehrere Prototypen zu sehen, die einen greifbaren Zeitstrahl der Bemühungen darstellen.

Das erste Konzept war das Laden und Entladen mit Süß- und Salzwasser. Dann ging das Unternehmen zu der heutigen säurebasierten Lösung über, um die Leistung zu verbessern, und begann mit verschiedenen Membranstapeln zu experimentieren. Im Jahr 2017 richtete AQUABATTERY sein erstes Pilotprojekt im Green Village der Technischen Universität Delft ein. Drei Jahre später reiste die Batterie auf die italienische Insel Pantelleria, wo sie in einem örtlichen Kraftwerk getestet wurde. Es handelt sich um eine radikal verbesserte Technologie, bei der sich die Leistungs- und Energiedichte verzehnfacht hat. Im vergangenen Jahr wurde das System in der Kläranlage der niederländischen Stadt Gorinchem getestet, die selbst erzeugten erneuerbaren Strom aus einem Solarpark nutzt.

Für die Gründer von AQUABATTERY liegt das Beste noch vor uns. Angetrieben durch den Ausbau der erneuerbaren Energien wollen sie ihr Produkt verschiedenen Anwendern zugänglich machen. “Zunächst zielen wir auf industrielle und gewerbliche Anwendungen ab. Die Unternehmen werden verpflichtet sein, Solarzellen zu installieren, und benötigen daher einen Langzeit-Energiespeicher, um Stromerzeugung und -verbrauch effizient zu steuern. Später können wir uns vorstellen, unsere Batterien in Solar- und Windparks zu installieren, um sie zu puffern”, schließt Cen.