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Pd 2010-10_stromspeicher.pdf

Blei, Lithium oder Natrium: Woraus man die besten Akkus
baut, hängt nicht nur von der Chemie ab
Das Einmachglas für Elektronen gibt es noch nicht, doch
manche Akkus sind schon ziemlich nah dran
PHOTON Oktober 2010

Bislang wird überschüssiger Strom
vor allem in Pumpspeicherkraft-
Elektrischer Strom wird sich nie in großen Mengen speichern lassen.« Mit diesem Paradig- werken »abgeladen«. Doch auch
ma ist eine ganze Generation von Ingenieuren aufgewachsen, es ist Akkus können diese Aufgabe
ungefähr genauso stark wie »Jeder elek- übernehmen – und müssen das
trische Leiter besitzt einen elektrischen Widerstand«. Dass Letzteres nicht so sogar, wenn immer mehr erneu-
ganz stimmt, weiß man schon seit fast erbare Energien ans Stromnetz
hundert Jahren, als der Niederländer Heike Kamerlingh Onnes entdeckte, drängen. Die Speichertechnik
dass Quecksilber bei Temperaturen ist dafür schon heute weit genug
nahe dem absoluten Nullpunkt Strom ohne Widerstand leitet. Trotz vieler entwickelt. Das ist die gute Nach-
Fortschritte ist die Supraleitung den- richt. Die schlechte: Noch zögern
noch auch nach all den Jahren keine Massentechnologie. Beim Stromspei- Unternehmen, sie auch im großen
chern im großen Stil ist es ähnlich: Der Maßstab auf den Markt zu bringen.
Luxemburger Henri Tudor nutzte schon 1882 erste Bleiakkus, um den von einer Wassermühle ungleichmäßig erzeug-ten Strom zu speichern und damit die Beleuchtung auf dem elterlichen Ge-höft zu betreiben. Es handelte sich um eine der ersten privaten elektrischen Beleuchtungen in Europa – zwei Jahre, bevor in Ber-lin das erste dampfbetriebene Kraft-werk den Betrieb aufnahm und die Ära der fossilen Stromerzeugung ein-leitete. Diese neigt sich nun dem Ende zu, und so ist es nur folgerichtig, dass Energiespeicher wieder wichtiger wer-den. Das Grundproblem, mit dem vor fast 130 Jahren schon Tudor zu kämp-fe hatte, besteht schließlich nach wie vor: Man kann sich zwar aussuchen, wann man Energie verbrauchen möch-te, aber nicht, wann Sonne, Wind und SUNLIGHT + PERFECTENERGY = YOU SMILE! auch Wasser welche liefern. Die Spei-cher können dieses Problem lösen, in-dem sie Strom aus windigen und sonni- Your reliable business partner for gen Stunden so lange konservieren, bis sie gebraucht werden.
high-quality solar modules. Das ist inzwischen auch im politi- schen Raum angekommen. Im Ener-giekonzept der Bundesregierung heißt es vor dem Hintergrund des angestreb-ten Ausbaus erneuerbarer Energien wörtlich: »Wir wollen die Forschung in neue Speichertechnologien deutlich intensivieren (.) und zur Marktreife führen.« So sehr der regierungsoffi zielle Satz grammatikalisch holpert, so wenig scheint er durchdacht zu sein. Denn neue Speichertechnologien sind gar nicht unbedingt nötig, deren Marktrei-fe ebenso wenig – wohl aber der Markt. »Sie können nach den heutigen ener- giewirtschaftlichen Randbedingungen PHOTON Oktober 2010
Martin Wieger und Christian Bairhuber glauben an die Zukunft des Bleiakkus. Sie wollen auf Basis herkömmlicher
Autobatterien ein Speichersystem für Photovoltaikanlagen anbieten (kleines Bild).
mit Speichern kein Geld verdienen«, weise aus, um die Hälfte des deutschen sagt Dirk Uwe Sauer, Akku-Professor Stromverbrauchs zu liefern. Wenn sich an der Rheinisch-Westfälischen Tech- dann auch noch überall im Land die nischen Hochschule (RWTH) Aachen. Windturbinen drehen, kommt es leicht Er erinnert daran, dass es vor zwanzig zu einem Überangebot an Strom – dazu Jahren mehr große Speicheranlagen braucht es nicht einmal mehr fossile gab als heute. Zwischen 1986 und 1993 etwa stand in Berlin eine Batterieanla- Die solare Spitzenleistung an einem ge mit einer Leistung von 17 Megawatt, durchschnittlichen Sonnentag läge die 14 Megawattstunden Strom spei- beim 35-Gigawatt-Ziel zwar »nur« in chern konnte. »Die hat im damaligen der Gegend von 20 Gigawatt, da irgend- West-Berliner Inselnetz Frequenzrege- wo doch immer ein paar Wolken sind. lung gemacht. Es war geplant, sechs Doch auch das ist in etwa so viel, wie oder sieben weitere Anlagen zu bau- alle Kernkraftwerke in Deutschland zu- watt aber sind ein Wert, mit dem das en«, erzählt der Wissenschaftler. Doch sammen leisten. Damit verabschiedet Stromnetz problemlos klarkommt. Ne- nachdem das Berliner Stromnetz West sich der Solarstrom unweigerlich von benbei wären dann auch alle Probleme mit dem Berliner Stromnetz Ost verei- den niederen Netzebenen, in denen er mit der fluktuierenden Einspeisung der nigt worden war, war das nicht mehr eingespeist wird, und gelangt ins Hoch- Erneuerbaren ebenso gelöst wie die Fra- nötig. Die Frequenzregelung wurde und Höchstspannungsnetz. Bei Wind- ge, wo eigentlich die Regelenergieleis- fortan von der Vereinigte Energiewer- strom lässt sich derzeit sehr gut sehen, tung, mit der Frequenz und Spannung ke AG, einem Vorgänger der Vattenfall wohin das führt: Zu einem massiven konstant gehalten werden, herkommt. Europe GmbH, gewährleistet. Bedarf an neuen Netzkapazitäten, die Voraussetzung dafür sind allerdings »Unser Netz ist bislang so stabil, dass zu bauen Jahre dauert.
derzeit unvorstellbare Speicherkapazi- wir keine Speicher brauchen. Doch in Würde man hingegen den gesamten täten von etwa 200 Gigawattstunden – fünf bis zehn Jahren wird der Bedarf erzeugten Solarstrom zunächst in einen das entspricht in etwa dem kompletten kommen«, prognostiziert Sauer. Bei- Speicher füllen und anschließend in al- deutschen Strombedarf für drei bis vier spiel Photovoltaik: Die Bundesregie- ler Ruhe wieder entnehmen, so könnte rung geht in ihrem »Nationalen Akti- man die solare Spitzenleistung am Netz Doch ohne solche Speicher passiert onsplan erneuerbare Energie« davon deutlich verkleinern – auf etwa neun jenes, was Franz Paul Baumgartner von aus, dass bis 2020 eine Solarleistung Gigawatt (ein Kilowatt Solarleistung der Zürcher Hochschule für Angewand- von 35 Gigawatt am Netz ist – an ei- produziert an guten Tagen rund sechs te Wissenschaften beispielhaft für die nem sonnigen Tag reicht das stunden- Kilowattstunden Strom). Neun Giga- Schweiz ausgerechnet hat: Schon ab ei- PHOTON Oktober 2010
nem durchschnittlichen Solarstroman-teil von fünf Prozent will gelegentlich mehr Solarstrom ins Netz fließen, als dieses verträgt. »Ab einem Anteil von 20 Prozent kann sogar nur noch rund 60 Prozent des erzeugten Stroms ein-gespeist werden«, führte er kürzlich in einem Vortrag auf der Europäischen Photovoltaikkonferenz aus. Baumgart-ners Schlussfolgerung lautet: Die Netze müssen ausgebaut werden, am besten zu einem weltweiten Verbund, das sei immer noch billiger, als Akkus zu bau-en, die den überschüssigen Strom zwi-schenspeichern. Aber muss das wirk-lich so sein? Der Veteran Bleiakku
Was vor 120 Jahren möglich war, das geht auch heute noch. »Der Bleiak- Hans-Bernhard Huber / photon-pictures.com (3) ku hat noch lange nicht ausgedient und Ausgediente Bleiplatten sind zwar giftig, aber auch
birgt noch viel Potenzial«, sagt Christi- ein wertvoller Rohstoff: 750 Euro werden gegenwärtig
an Bairhuber, ein Batteriemann durch für eine Tonne alter Bleibatterien bezahlt.
und durch. Früher war er Geschäfts-führer beim Akkuhersteller Varta in te und oben. Zudem bildet sich beim Österreich. Heute sitzt er am Stadtrand Batteriebetrieb an den Bleiplatten un- der burgenländischen Landeshaupt- erwünschtes Bleisulfat, das ebenfalls stadt Eisenstadt und forscht zusam- die Kapazität senkt. Spezielle Solarbat- men mit seinem Kompagnon Martin terien umgehen das Problem, indem sie Wieger daran, wie man stinknormale die Schwefelsäure in Gelen oder Glas- Autobatterien dazu bringt, nicht wie fasern binden, doch das macht die Bat- bislang nach 50 Ladezyklen schlapp- terien teurer. Vor allem aber werden zumachen, sondern erst nach mehr als davon nur Bruchteile der Mengen her- tausend. Auftraggeber ihrer Austrian gestellt, in denen Autoakkus die Werke Battery Research GmbH (ABR) sind un- ter anderem die großen Autokonzerne, Wieger hat schon vor mehreren Jah- deren Fahrzeuge sich mit ihren Kom- ren ein Patent für ein Verfahren ange- fortmerkmalen immer mehr in rollen- meldet, das bei Starterbatterien sowohl de Inselnetze verwandeln. Autobatteri- die Schichtung aufbricht als auch das en werden künftig nicht mehr nur zum Bleisulfat entfernt. Das geschieht im kurzzeitigen Starten des Motors ver- Wesentlichen durch eine sogenannte wendet, sondern müssen Scheinwerfer Gasungsladung. Bei dieser durchmi- oder Sitzheizung auch mit Strom ver- schen aufsteigende Wasserstoffbläs- sorgen, wenn das Auto vor einer Ampel chen die Schwefelsäure, sodass ihre steht – Start-Stopp-Automatik sei Dank. Konzentration anschließend überall Solche Dauerbelastungen allerdings gleich ist. Dazu werden die Bleibatte-mögen Starterbatterien nicht – lädt und rien kurz mit einer höheren Spannung entlädt man sie nur 50-mal vollständig, geladen, als eigentlich gut für sie wäre. so haben sie nicht einmal mehr 20 Pro- Das Prinzip ist schon seit Jahrzehnten zent ihrer ursprünglichen Speicherka- bekannt, es wurde bislang jedoch nicht pazität. Das ist ein Grund, weshalb die im Fahrzeugbereich eingesetzt. Mit simplen und billigen Starterbatterien dem von ABR entwickelten Verfahren für die stationäre Energieversorgung, namens »Stratex plus« soll sich das än- wo die Zyklenfestigkeit alles ist, nicht dern. Es ist für den baldigen Einsatz in zum Einsatz kommen. Denn bei nor- Serienfahrzeugen vorgesehen. »Wir ha- maler Ladung bildet die in den Batte- ben aus diesem Entwicklungsprojekt so rien als Elektrolyt verwendete Schwe- viel gelernt, dass wir die Batterie jetzt felsäure zwischen den Bleiplatten recht auch im stationären Betrieb einsetzen schnell eine stabile Schichtung aus. Im können«, sagt Christian Bairhuber.
unteren Drittel ist ihre Konzentration Um die Technik zu vermarkten, ha- um ein Vielfaches höher als in der Mit- ben sie die Energy 3000 GmbH gegrün- PHOTON Oktober 2010
Dieser Umgang mit den Akkus erhöht die Lebensdauer generell, auch ohne Stratex. Mit einigen Modifikationen am Akku könnte sich jedoch hier noch einiges mehr herausholen lassen. »Die Bleibatteriehersteller haben die Chan-ce gesehen, da was zu machen. Da wer-den Forschungskapazitäten hochge-fahren«, sagt Sauer.
Was darf der Akku kosten?
Doch schaut man sich in der Ener- giewirtschaft um, so sind auch die zwölf Cent zum Speichern einer Kilo-wattstunde zu viel – die Produktion im Kohlekraftwerk oder Windpark kostet schließlich nur die Hälfte. Dement-sprechend sind 100 oder auch 80 Euro noch viel zu teuer, wenn Solarenergie Rolf Schulten / photon-pictures.com in wirklich großem Maßstab gespei- Das US-Unternehmen Ceramatec (im Bild Geschäftsführer Doug Coors) arbeitet an einem neuartigen Natrium-
chert werden soll. Rund 20 Milliarden Phosphat-Akku, der nur etwa 80 Euro pro Kilowattstunde Speicherkapazität kosten soll
Euro würden in einem 200-Gigawatt-stunden-Speichersystem alleine die det. Die Firma soll vom kommenden billige Massenware handelt: 70 bis 80 Akkusätze kosten, von der nötigen Sys- Jahr an einen Energiespeicher spezi- Millionen Autoakkus würden in Euro- temtechnik – Laderegler, Lademanage- ell für häusliche Photovoltaiksysteme pa jährlich produziert, sagt Bairhuber. ment, Gleichrichter – ganz zu schwei- vermarkten. Einen Prototyp kann man Mit den Wechselrichterherstellern Fro- gen. Noch schlimmer sieht es bei den schon heute im Technologiezentrum nius International GmbH und SMA So- 500 Euro pro Kilowattstunde Kapazität Eisenberg, wo das Firmenkonglome- lar Technology AG stehe man daher in aus, die etwa beim europäischen Spei- rat von Bairhuber und Wieger seinen Kontakt, damit diese die spezielle Lade- cherprojekt Sol-Ion als Zielgröße ge- Sitz hat, besichtigen. In einem Vertiko- technologie in ihre Geräte implemen- nannt sind, allerdings mit Lithium-Io- großen Schrank stehen 16 Bleibatteri- tieren. Beim »Sunny Backup« von SMA nen-Akkus, die mehrere Tausend Lade- en und speichern Sonnenstrom, den sei dazu im Wesentlichen eine andere zyklen erlauben. Es ist vielleicht keine die Anlage auf dem Dach des Gebäu- Programmierung der Ladesoftware nö- gute Entwicklung, dass diese Zahl als des liefert. Das Serienprodukt soll aus tig, sagt Wieger.
Zielgröße genannt wird, die auch an- 24 Bleibatterien bestehen und 22 Ki- Auch Dirk Uwe Sauer von der RWTH dere Anbieter anstreben. lowattstunden Solarstrom speichern. Aachen hält die Bleibatterie der Kosten Falls es jedoch gelingen würde, ein Es wird in etwa so groß sein wie vier wegen für eine praktikable Speicher- Waschmaschinen – nicht eben klein, möglichkeit: »Man kann sich vorstel- Speichersystem für zehn Milliarden aber auch nicht so groß, dass es nicht ir- len, auf 80 Euro pro Kilowattstunde Euro zu bauen, so käme man allmäh- gendwo in einen Keller oder Verschlag Speicherkapazität zu kommen«, sagt lich in Größenordnungen, die vertraut passen würde.
er. Mit Preisen von derzeit 100 Euro klingen: Sie entsprechen nicht einmal Energy 3000 wirbt damit, dass es mit pro Kilowattstunde Speicherkapazi- den Gesamtkosten des Solaranlagenzu- dem System möglich sei, eine Kilowatt- tät in der nackten Batterie ist man bei baus im ersten Halbjahr 2010. Doch ist stunde zu Kosten von 12 Cent zu spei- Energy 3000 nicht mehr weit von die- es überhaupt möglich, Akkus zu Preisen chern – gerechnet bei einem Vollzyk- sem Ziel entfernt. Halbwegs lohnen von 50 Euro pro Kilowattstunde Spei- lus pro Tag über einen Zeitraum von 15 könnte sich die Sache in Deutschland cherkapazität anzubieten? Jahren und dem viermaligen Austau- auch: Acht Cent mehr gibt es derzeit Erstaunlicherweise lautet die Ant- schen der Bleiakkus. Auch wenn diese für die sieben von zehn Kilowattstun- wort »Ja« – etwa mit Natrium-Schwefel- Rechnung in der europäischen Praxis den selbst verbrauchten Solarstroms. Akkus (NaS). Diese Technologie ist das nicht ganz aufgehen dürfte – sie ver- Rechnet man damit, dass Steckdosen- Ergebnis eines Speicherforschungspro- nachlässigt, dass tägliche Vollzyklen in strom in den nächsten Jahren teurer gramms, in dessen Rahmen die Bun- unseren Breiten kaum über das ganze wird, so rückt das Plus von zwölf Cent, desregierung in den 80er-Jahren unter Jahr zu schaffen sind, wenn Solaran- das für einen wirtschaftlichen Betrieb anderem den früheren Technologieko- lage und Akkugröße in einem sinnvol- des Energy-3000-Speichers nötig ist, in nzern Brown Boveri & Cie. (BBC), der len Verhältnis stehen sollen –, so zeigt greifbare Nähe. Außerdem bietet der späteren ABB AG, mit Millionenbeträ- sie doch eines: Vergleichsweise billige Bleiakku noch Optimierungspotenzial: gen förderte. BBC hatte sich vorgenom- Speicher für den Hausgebrauch sind Das 22-Kilowattstunden-System von men, günstige Stromspeicher für Elekt-kein Ding der Unmöglichkeit. Energy 3000 ist eigentlich ein 55-Kilo- rofahrzeuge zu bauen und dafür auf die- Der große Vorteil der Energy-3000- wattstunden-System, dessen Kapazität se Technik gesetzt. »Das war aber eine Akkus ist, dass es sich bei ihnen um jedoch nur zu 40 Prozent genutzt wird: falsche Zielvorstellung, die Na PHOTON Oktober 2010
Schwefel-Akkus eigenen sich nicht für takte mit dem japanischen Unterneh- den mobilen Einsatz«, sagt der Ingeni- men. Das Interesse wiederum beruhte eur Dieter Hasenauer, der seinerzeit bei auf einem Auftrag der Tokyo Electric BBC/ABB für die Produktion der Zellen Power Company (Tepco); der Stromver- verantwortlich war. Denn die NaS-Zel- sorger steckte viel Geld in entsprechen- len zählen zu den Hochtemperaturak- de Forschungsvorhaben, weil er mit Ak- kus und funktionieren erst bei einer kus den Bedarf an Spitzenlaststrom de- Hitze von etwa 300 Grad Celsius. cken wollte.
Was vor Jahrzehnten im Auto Pro- Bis aus den ersten Gesprächen aller- bleme bereitete – die Isolierung des Ak- dings große Akkus für den Markt wur- kupacks, ein Heizsystem sowie die da- den, vergingen etwa zwanzig Jahre. mit einhergehende Größe –, war und Erst seit Ende der 1990er-Jahre verkauft ist im stationären Betrieb kein Hinder- NGK seine Akkus in größerem Stil. Die nis. Doch weil das Autogeschäft nichts megawattgroßen Blöcke finden sich wurde und ABB für stationäre Akkus inzwischen in den USA, wo sie Wind- keinen Markt sah, verkaufte der Kon- kraft zwischenspeichern, ebenso wie zern Produktionsanlagen, Patente und in japanischen Umspannwerken, wo sämtliches Know-how nach und nach sie ganz wie geplant Spitzenlaststrom an eine Firma, die heute mit NaS-Ak- bereitstellen. Noch Anfang des Jahres kus sehr erfolgreich ist: NGK Insula- erweiterte NGK angesichts der Nach- tors Ltd., ein japanischer Hersteller von frage seine Produktionskapazität für Akkus auf eine Kapazität von 1,2 Gi- »NGK hat von vornherein gesagt: gawattstunden. Doch längst nicht alle ›Unser Fokus liegt im Energiespeichern Interessenten werden bedient: Auf der für Stromnetze‹«, erinnert sich Hans Insel Lanai, die zum Archipel von Ha- Kahlen, der Anfang der 1980er-Jahre waii gehört, hätte man gerne eine NaS- das NaS-Entwicklungsprojekt bei BBC Anlage von NGK gekauft. Doch das in Heidelberg leitete, an die ersten Kon- Unternehmen habe den Auftrag nicht annehmen wollen, um nicht für War-tungsarbeiten immer in die Mitte des Pazifischen Ozeans fliegen zu müssen, erzählt ein Mitarbeiter der US-amerika-nischen Sandia National Laboratories, wo man sich auch mit Speicherfragen auseinandersetzt.
NaS-Akkus kommen ohne teure
Materialien aus
Verkauft werden die NaS-Akkus in großen Einheiten mit jeweils 50 Kilo-watt Leistung und 400 Kilowattstun-den Kapazität. Ihr Preis liegt irgend-wo zwischen 60 und 110 Euro pro Ki-lowattstunde, wie einer Untersuchung des staatlichen National Energy Tech-nology Laboratory in den USA zu ent-nehmen ist. »Bei den Produktionskos-ten dürften die jedoch heute schon bei weniger als 30 Euro sein«, sagt Hase-nauer. Er war in den 90er-Jahren da-für verantwortlich, die ABB-Entwick-lung nach Japan zu transferieren. Sein ehemaliger Kollege Hans Kahlen, der später Professor am Lehrstuhl für Die Natrium-Schwefel-Batterie wurde vor 25 Jahren in
Deutschland entwickelt, die Technik dann aber nach Ja-
pan verkauft. Das Unternehmen NGK macht damit heute
gutes Geld. Es verkauft die megawattstarken Speicher bei-
spielsweise an Betreiber von Windparks, die damit Strom
zwischenspeichern, wie hier bei Xcel Energy in den USA.
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Leistungselek tronik und Elektronik der Technischen Universität Kaiserslauten war, sieht das ähnlich. Die Produkti-onskosten eines Natrium-Schwefel-Ak-kus lägen gemessen an der Speicherka-pazität dort, wo die Baukosten für ein Pumpspeicherkraftwerk lägen. Grund dafür: NGK fertigt die NaS-Zellen in-zwischen in einem kontinuierlichen Fließbandprozess, die gesamte Produk-tion ist hochautomatisiert.
Teure Materialien sucht man bei ei- nem NaS-Akku vergebens. Er besteht hauptsächlich aus Natrium, Schwefel, beschichtetem Aluminium, Edelstahl, Graphit sowie dem Keramikmaterial Beta-Aluminat. Knapp fünf Kilogramm wiegt eine Zelle je Kilowattstunde Spei-chervermögen, davon entfallen 1,3 Ki-logramm auf Natrium und Schwefel, Jürgen Schulzki / photon-pictures.com etwas mehr als ein Kilogramm auf Me- Bislang gab es für elektrische Speicher so gut wie
tall. Diese Materialien kosten auf dem keinen Markt, sagt Dirk Uwe Sauer von der RWTH
Weltmarkt pro Kilowattstunde Akku- Aachen. »Doch in fünf bis zehn Jahren wird der Bedarf
kapazität nur wenige Euro. Anders sieht kommen«, prognostiziert er.
es beim Beta-Aluminat aus, das in der Zelle die Aufgabe hat, einerseits die die Herstellung von Keramiken inzwi-Elemente Natrium und Schwefel von- schen keine weiße Kunst mehr, sondern einander fernzuhalten (sonst knallt ein ganz normaler Wirtschaftszweig. es), andererseits jedoch Natrium-Ionen Mit anderen Worten: Ein Konzern, der passieren zu lassen, sodass ein Strom heute NaS-Akkus für sich entdeckt, fließen kann. Diese Keramik ist das ei- kann auf eine ganze Reihe von Veröf- gentliche Herzstück der Batterie und fentlichungen und Materialien zurück- ein Grund dafür, dass NGK bislang der greifen, die es in der Frühzeit der NaS- einzige Hersteller der NaS-Akkus ist. Akkus noch nicht gab. »Wenn jemand Das verbreitete alternative Material Na- wirklich Geld und Interesse hat, dann sicon »hat natürlich damals jeder pro- muss er sich eine Mannschaft suchen biert«, erinnert sich NaS-Veteran Dieter und fünf Jahre probieren, wie es wirk- Hasenauer an die Zeiten, da viele Un- lich geht«, sagt Hasenauer. Doch ei- ternehmen weltweit an der Technolo- gentlich rät er ausdrücklich ab: »Viel gie forschten. »Aber das Zeug ist nicht stabil gewesen und einfach zerbröselt, Dass die Idee, eine derartige Akkufa- wenn es längere Zeit mit Natrium in brik zu bauen, dennoch nicht aus der Kontakt gekommen ist.« Eine weitere Luft gegriffen ist, zeigen derzeit zwei Hürde: Das Na trium bewegt sich nicht Firmen in den USA. Die eine heißt Ce- von alleine aus seinem Reservoir Rich- ramatec Inc. und sitzt in Salt Lake City. tung Schwefel, sondern muss mit Gas- Die andere ist der US-Konzern General druck hinausbefördert werden. An Electric Company. Ceramatec forscht solchen Problemen sind viele, die der- derzeit an Natrium-Phosphat-Akkus, einst an NaS-Akkus geforscht haben – bei denen die beiden Elemente in ge- der Automobilkonzern Ford genauso bundener, flüssiger Form vorliegen. Im wie der Technologiekonzern Hitachi –, Jahr 2013 möchte Chett Boxely, Che- gescheitert. Lediglich ABB und später miker bei Ceramatec, die Zelle auf den NGK haben die in Deutschland entwi- Markt bringen, zu Kosten von 100 US- ckelte Technologie in den Griff bekom- Dollar (79 Euro) pro Kilowattstunde Ka- pazität. Das wäre ein Wort. Doch es ist Dass die Akkus nur langsam weiter- zu hören, dass die Keramik, die bei Ce- entwickelt wurden, hat jedoch auch ramatec das Natrium leitet, noch längst Vorteile: Fast alle wichtigen Paten- nicht ausgereift ist.
te stammen aus den frühen 80er-Jah- General Electric ist da schon weiter. ren, die 25-jährige Schutzfrist ist da- Das Unternehmen errichtet seit Mai mit vielfach abgelaufen. Außerdem ist 2009 im rund 250 Kilometer nördlich PHOTON Oktober 2010
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von New York gelegenen Niskayuna Der Natrium-Nickelchlorid-Akku ist ein naher Verwand-
eine Fabrik für Natrium-Nickelchlorid- ter der Natrium-Schwefel-Zelle. Als Stromspeicher fürs
Akkus. Diese ähneln Natrium-Schwe- Auto geplant, konnte er sich nie durchsetzen, unter ande-
fel-Akkus in mancherlei Hinsicht. Sie rem wegen der erforderlichen sehr hohen Betriebstem-
arbeiten bei ähnlich hohen Temperatu- peraturen. Doch im stationären Bereich sieht das anders
ren, und der keramische Separator be- aus. Der US-Konzern General Electric baut daher derzeit
steht aus dem gleichen Material, denn ein neues Werk für solche Akkus.
auch hier wandern Natrium-Ionen, da- Warum nicht Lithium?
mit ein Strom fließt. »Wir haben fünf Jahre an der Chemie und der Verkap- Die Verfügbarkeit der Rohstoffe ist selung gearbeitet«, sagt Patrick Jarvis, der wesentliche Nachteil einer Techno- Pressesprecher von General Electric. logie, der derzeit öffentlich das meis- Zwei Jahre dauere nun noch der Bau des te Potenzial zugeschrieben wird: dem neuen Werkes. Die Produktionskosten Lithium-Ionen-Akku in seinen zahl- werden dort auf etwa 70 Euro pro Ki- reichen Varianten. Das Alkalimetall lowatt geschätzt, diese Variante wäre Lithium ist zwar häufiger in der Erd- damit im Endpreis kaum teurer als der kruste enthalten als Blei, allerdings Natrium-Schwefel-Akku. Allerdings ist seine Verteilung ungünstig: Weni- ist der Rohstoff Nickel längst nicht so gen wirtschaftlichen Fördergebieten leicht zu gewinnen, wie der in NaS- Rolf Schulten / photon-pictures.com in Südamerika, den USA und China Akkus eingesetzte Schwefel – würden steht eine sehr breite Verstreuung mit wirklich große Mengen dieser Akkus die man dafür braucht, sind nahezu un- entsprechend geringer Konzentration produziert, würde das Material wohl begrenzt verfügbar. Im rohstoffarmen über den Rest des Erdballs gegenüber. knapp werden und sein Preis explodie- Japan war das der Hauptgrund dafür, Am Fraunhofer-Institut für System- ren. Hier liegt der große Vorteil der Na- dass Tepco die Entwicklung dieser Ak- und Innovationsforschung geht man trium-Schwefel-Akkus. Alle Rohstoffe, kus forciert hat.
davon aus, dass die Akkus für künftige PHOTON Oktober 2010
Elektroautos etwa die Hälfte der derzeit ren Speichersystem, das eine Leistung Der Preis der großen Speichersyste- bekannten Lithiumreserven bis 2050 von einem Megawatt hat und 700 Kilo- me, etwa beim Li-Tec-System, geht der- verschlingen könnten, heißt es in einer wattstunden Strom aufnehmen kann. zeit noch weit über 1.000 Euro pro Kilo- knapp ein Jahr alten Studie. Insgesamt Die Anlage, die das Format eines See- wattstunde hinaus. Dieter Hasenauer, geht es dabei um fast sieben Millionen containers aufweist, wird am saarlän- der sich inzwischen bei General Motors Tonnen Lithium. Gemessen daran sind dischen Kraftwerk Fenne errichtet und mit der Entwicklung von Elektroautos rund 60.000 Tonnen Lithium, die für soll vor allem kurzfristige Regelenergie beschäftigt, führt solche Preise vor al- einen 200 Gigawattstunden fassenden liefern. Allerdings denkt man bei Li-Tec lem auf die niedrigen Stückzahlen zu- Solarspeicher gebraucht würden, nicht bereits über eine Verzehnfachung von rück, in denen große Lithiumzellen besonders viel. Die Fraunhofer-For- Kapazität und Leistung nach, und auch immer noch gefertigt werden. Würde scher um Martin Wietschel warnen je- die Lastverteilung über den Tag ist ein man hingegen kleine Standardakkus doch davor, »dass die Lithiumreserven Thema. Ein ähnliches Produkt versucht – sogenannte 18650-Zellen – zusam- sich auf wenige Länder fokussieren«. der direkte Konkurrent Saft Industrial menschalten, könnte man die Strom- Darunter China, Bolivien, Argentini- Battery Group auf den Markt zu brin- speicher deutlich billiger machen. Der en, Chile und die USA.
gen, wobei der Fokus hier deutlich stär- Elektroautobauer Tesla Motors Inc. fer- Wer aus geostrategischen Überle- ker auf den Ausgleich der unsteten Leis- tigt seine Akkupacks schon heute aus gungen weg vom Öl will, fährt mit Li- tung erneuerbarer Energien liegt. Der- den Minizellen. Künftige Elektroau- thium also kaum besser. »Hier könnte zeit bewirbt sich das Unternehmen um tos von Daimler und Volkswagen sol- es wirklich zu einem Kartell kommen. einen Auftrag auf der Insel La Réunion. len ebenfalls mit Batterien aus Tausen- Die Opec ist ein Kindergarten dage- Auf dem französischen Übersee-Dépar- den solcher Zellen betrieben werden. gen«, warnt auch Dirk Uwe Sauer. tement im Indischen Ozean will man Nur im stationären Bereich waren die Dennoch setzen ungleich mehr Her- bis 2025 seinen kompletten Strombe- Standardprodukte bislang kein Thema. steller für ihre Akkus auf Lithium denn darf aus erneuerbaren Energiequellen Doch auch das ändert sich: Einer der auf Natrium und Schwefel.
decken, vor allem aus Photovoltaik. größten Produzenten der 18650-Zellen, Die Evonik-Tocher Li-Tec Battery Speicher sind daher dringend vonnö- der Elektronikriese Sony Corp., bringt GmbH etwa arbeitet an einem stationä- ten, und Saft will hier mitspielen. derzeit 1,2-Kilowattstunden fassende Renewable Energy Solutions PHOTON Oktober 2010
Akkupacks auf den Markt, in deren Innerem Lithium-Ei-sen-Phosphat-Zellen stecken, die besonders sicher sind und sich mehrere Tausend mal la-den und entladen lassen. Dass Standardware billig ist, sieht man dort gar nicht mal als Hauptvorteil. Viel entscheidender sei, dass dadurch die Performance des Systems steige. Massen- Dieser 1,2-Kilowatt-Speicher wird demnächst vom
produkte haben »nur sehr wenige Streu- Elektronikkonzern Sony angeboten. In ihm stecken ro-
ungen und das führt zu einem besseren System. Das ist für uns der entscheiden- temhäuser sollen mit dem Akkupack Eigenverbrauchs-
de technische Vorteil«, erläutert Martin Maulwurf, der bei der Sony Deutsch- land GmbH in Aschheim bei München Es klingt so, als wolle man bei Sony erst arbeitet. Mit seinen 19-Zoll-Industrie- einmal herausfinden, was der Markt zu gehäusen lässt sich der Sony-Akku ähn- zahlen bereit ist, ehe man sich auf einen lich einsetzen wie die Speicher von Saft Preis festlegt. Auch ein Zeichen dafür, und Li-Tec. Allerdings denkt man bei dass der Speichermarkt noch kaum aus- Sony offenbar eher an kleine häusliche geprägt ist.
Systeme – Sony will die Akkupacks am liebsten an Systemintegratoren verkau- fen, die daraus Speicher für den Eigen- Das Rennen ist daher offen, jede verbrauch bauen. Zur entscheidenden Technologie hat ihre Vor- und Nach- Frage, was die Kilowattstunde Speicher teile. Bleiakkus sind zwar billig und in denn kostet, will Maulwurf jedoch erst Massen verfügbar, doch sie bieten ver- in einigen Monaten Stellung beziehen. gleichsweise wenig Potenzial für Kos- tensenkungen. Vor allem aber basie- ren sie auf einem giftigen Schwerme- tall, das die Solarindustrie eigentlich gerne loswerden möchte – und deshalb beispielsweise auf bleifreie Lötpasten setzt. Fraglich ist auch, ob die Europä- ische Batterieverordnung Bleiakkus auf alle Ewigkeiten erlaubt – die ebenfalls um-Akkus wurden schon vor Jahren verboten. Diese Problematik gibt es bei Natrium-Schwefel-Akkus nicht, zudem sind alle Rohstoffe in Hülle und Fülle auf der Erde vorhanden. Nur an Firmen, die genug Know-how haben, solche Ak- kus zu bauen, mangelt es. Das wieder- um kann man von Lithiumakkus nicht sagen. Zudem werden in diesen Bereich erhebliche Forschungsmittel gesteckt. Allerdings könnte die Zugänglichkeit zu den wichtigen Rohstoffen für diese Technologie dereinst zum entscheiden-  

Udo Geisler / photon-pictures.com den Faktor werden. China beispielswei-se will von 2012 an keine seltenen Erden Natrium-Schwefel-Akkus könnten sich eignen, mehr aus dem Land lassen – das zeigt, um praktisch beliebig viel Strom zu recht gerin- wie die Zukunft auch in Bezug auf Li- gen Kosten zu speichern. Allerdings gilt ihre Pro- thium aussehen könnte. Angesichts die- duktion als trickreich, was allerdings nur bedingt ser Gemengelage werden wohl alle drei richtig ist: Ein funktionsfähiges einfaches Modell Technologien auf absehbare Zeit ne- lässt sich sogar im Schullabor herstellen. PHO- beneinander existieren – bis eine ihren TON hat den Versuch gewagt. Über unsere Erfah- Durchbruch erlebt, weil sie kaum noch rungen berichten wir in der nächsten Ausgabe.
etwas kostet. Unser Tipp: Blei- und Lithi-umakkus sind es nicht. Christoph Podewils PHOTON Oktober 2010

Source: http://www.e3000.at/web/UserFiles/File/Photon_D.pdf