Die flüssige Währung der Energiewende

Düsseldorf/Dortmund, 03.11.2023 •  Recyclingfähig, nicht brennbar, zyklenfest und gut skalierbar: Stationäre Redox-Flow-Batterien aus Dortmund ermöglichen Gewerbe- und Industriebetrieben ein flexibles Lastmanagement. Als ein Baustein der Energiewende gleichen sie zudem Schwankungen im Stromnetz aus und machen die Betreiber unabhängiger vom Strompreis.

Strom kann man auf vielerlei Arten speichern. Man kann Wasserstoff erzeugen und später wieder verstromen, Luft in einen Speicher pressen oder Wasser einen Berg hinauf pumpen. Der bekannteste Stromspeicher ist wohl der Akku. Allerdings sind die gängigen Modelle spezialisiert auf mobile Anwendungen, allen voran die leichten und speicherstarken Lithium-Ionen-Akkus. Doch was ist jenseits von Smartphone und Elektroauto? Vor allem dort, wo Akkus ortsfest verbaut werden, zum Beispiel in einem Gebäude, spielen Gewicht und Größe keine zentrale Rolle mehr. Bei der Wahl der passenden Batterietechnik gelten dann andere Prioritäten: Insbesondere zählt die sogenannte Zyklenfestigkeit.

„Ein Lithium-Ionen-Akku schafft etwa 800 bis 1.000 Ladezyklen, bevor seine Kapazität spürbar nachlässt. Unsere stationären Stromspeicher laufen dagegen über 20 Jahre. 20.000-mal geht Energie rein und wieder heraus, ohne dass die Kapazität leidet“, sagt Dr. Thorsten Seipp, Gründer und Geschäftsführer der Volterion GmbH & Co. KG aus Dortmund. Der Grund für diese Langlebigkeit ist im Bauprinzip zu finden: Volterion hat sich spezialisiert auf Redox-Flow-Batterien. Diese sind vor allem für den stationären Einsatz in Energie-Infrastrukturen interessant.

Schon heute werden die Batterien aus Dortmund eingesetzt, um selbst produzierten Solar- oder Windstrom für den Eigenbedarf zwischenzuspeichern. Solche Speicher werden zunehmend systemrelevant. Das hängt mit den erneuerbaren Energien zusammen, die in den kommenden Jahren massiv ausgebaut werden. Diese liefern sehr viel Energie, wenn der Wind weht und die Sonne scheint. Umgekehrt fällt die Stromproduktion ab, wenn Wind und Sonne nachlassen. Deshalb gibt es in Deutschland immer mehr Tage, an denen so viel erneuerbare Energie im Stromnetz ist, dass Anlagen abgeregelt werden müssen. Und wenig später kann es dann sein, dass konventionelle Kraftwerke einspringen müssen, um den Bedarf zu decken. Entsprechend schwanken die Strompreise.

Um diese Dynamik auszugleichen, braucht es ein gut ausgebautes Stromnetz – und sehr viele Stromspeicher. „Da sind Betriebe mit eigener PV-Anlage, die geben ihren Strom tagsüber für 5-6 Cent ans Stromnetz ab und kaufen abends für 30-40 Cent welchen zurück. Mit einem eigenen Speicher lässt sich das vermeiden und man kann rund um die Uhr mit selbst erzeugtem Strom arbeiten. Das steigert auch die Wirtschaftlichkeit einer eigenen PV-Anlagen enorm“, beschreibt Seipp. Und wagt in Anbetracht der Zusammenhänge die Prognose: „Speicher sind die neue Währung der Energiewende – der Bedarf an stationären Energiespeichern wird in den nächsten fünf Jahren gigantisch wachsen.“

Um diesen Bedarf zu decken, sind Redox-Flow-Batterien eine von mehreren Technologien, die sich anbieten. Ihre Besonderheit: Beim Redox-Flow-Prinzip wird elektrische Energie in einer Flüssigkeit gespeichert. Um den Akku zu laden oder zu entladen, wird diese Flüssigkeit durch zwei Reaktionskammern gepumpt. Dabei nimmt sie an den Elektroden elektrische Energie auf bzw. gibt diese wieder ab. Und während feste Batterien – wie die Lithium-Akkus – aus versiegelten Zellen mit klar definierter Speicherkapazität bestehen, kann durch die Reaktionskammern einer Redox-Flow-Batterie im Prinzip eine beliebige Menge Flüssigkeit geleitet werden. Je größer der Tank, desto mehr Energie kann gespeichert und wieder abgegeben werden.

In der Praxis bedeutet das: Kapazität und Leistung einer Redox-Flow-Batterie können günstig auch den großen Bedarf eines Gewerbe- oder Industriebetriebs decken. „Beim Lithium-Akku müssen Leistung und Kapazität immer gleichzeitig gesteigert werden, das ist bei Redox-Flow-Batterien anderes. Deswegen erhöhen sich die Kosten auch nicht so stark, wenn Sie mehr Kapazität benötigen“, sagt Seipp. Hinzu kommt eine gewisse Robustheit der Technologie: Die Elektrolytflüssigkeit besteht zu 80 Prozent aus Wasser, ist nicht brennbar und nutzt sich auch nicht ab. Neben der hohen Lebensdauer bedeutet das auch, dass sie recycelt werden kann. „Wir arbeiten daran, die entsprechenden Recyclingprozesse auch für große Mengen zu standardisieren, das ist ein ökologisch und ökonomisch wichtiges Thema für uns.“

Diese Vorzüge in ein vermarktbares Produkt zu verwandeln, ist eine Aufgabe, die Thorsten Seipp schon lange begleitet. Mit zwei Kollegen hat er die Volterion 2015 als Ausgründung des Fraunhofer UMSICHT gestartet, wo Seipp schon zu Redox-Flow-Batterien geforscht und seinen Doktor gemacht hatte. Das besondere Know-how der Dortmunder verbirgt sich im sogenannten Stack, jenem Teil der Batterie, indem die elektrochemische Reaktion stattfindet. „Unser Stack ist sehr langlebig, zuverlässig und für die Massenproduktion geeignet. Zudem ist er viel leichter und damit wirtschaftlicher. Unser 4-kW-Stack wiegt gerade mal 26 Kilo, ein herkömmlicher Stack mit dieser Leistung rund das Fünffache.“

Die ersten Start-up-Jahre hat das Unternehmen erfolgreich hinter sich gelassen und verkauft heute Stacks und fertig montierte Batteriesysteme. Dabei bilden insbesondere die Stacks, die von unterschiedlichen Kunden nach individuellem Bedarf zu Redox-Flow-Batterien montiert werden, eine Schlüsseltechnologie der Energiewende. Nach dem Zusammenschluss mit der Boysen-Gruppe, einem Automobilzulieferer und Fertigungsspezialisten, steht der Start einer automatisierten Produktion in großen Stückzahlen bevor. „Wir verkaufen unsere Stacks von Australien bis in die USA, das ist wirklich ein deutsches Erfolgsprodukt“, sagt Seipp. Daneben arbeiten die Dortmunder derzeit an einer schlüsselfertigen Redox-Flow-Batterie für Gewerbe- und kleine Industriebetriebe. Sie wird über eine Kapazität von 150 kWh verfügen und kann als einfaches add-on zur bestehenden (Eigen-)Stromversorgung als Containerlösung auf dem Betriebsgelände aufgestellt werden. Und auch der notwendige Umbruch im Energiesystem ist nach Thorsten Seipps Einschätzung auf dem Weg: „Wir sitzen neben dem alten Hochofen auf Phönix West, da stehen wir jeden Tag, dass Transformation gelingen kann.“