Organic Flow: Batterien nach dem Vorbild der menschlichen Energieversorgung

Mehrere Stacks und zwei Tanks bilden zusammen eine Organic-Flow-Batterie.

Im bayrischen Alzenau wird eine vielversprechende Energiespeichertechnologie entwickelt: Organische Redox-Flow-Batterien. Das Modell für die ressourcenschonende Speicherlösung stammt aus der Humanmedizin.

Autor RESET , 08.08.19

Übersetzung RESET :

Redox-Flow-Batterien sind nicht neu, die Grundlagen der Technologie wurden bereits Mitte des 20. Jahrhunderts an der TU Braunschweig erarbeitet: Zwei unterschiedliche, flüssige Elektrolyte werden in separaten Tanks für die positive und die negative Elektrodenseite gelagert. Im sogenannten „Stack“, einem Energiewandler zwischen den Tanks, kann die Flüssigkeit dann durch zwei Halbzellen zirkulieren, wo eine elektrochemische Reaktion zur Ladung oder Entladung stattfindet. 

Die CMBlu Energy AG hat dieses Konzept aufgegriffen, jedoch mit einem zentralen Unterschied: Die hier seit 2014 entwickelte Lösung kommt völlig ohne die sonst üblichen Schwermetalle und seltenen Erden aus. Stattdessen werden organische Elektrolyte aus Lignin verwendet. Diese chemische Verbindung ist in jeder Pflanze mit Struktur wie Holz oder Gras enthalten und gibt ihnen Stabilität. Doch wie kam das Unternehmen in Unterfranken darauf, Lignin zur Energiespeicherung zu nutzen?

Inspiriert von der Erforschung menschlicher Gehirnzellen

Der Gründer von CMBlu, Dr. Peter Geigle, ist selbst Humanmediziner und beschäftigt sich seit Jahrzehnten mit der Energieversorgung von Gehirnzellen. Auch die Umsetzung von Nahrung in Energie im Körper ist eine Redox-Redaktion auf Basis organischer Ringmoleküle. Diese Ringmoleküle sind in der Lage, Energie aufzunehmen, zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben. Die grundlegende Idee von CMBlu war es also, diesen biologischen Vorgang nachzubilden. 

„Lignin hat sich schnell als mögliche Ressource ergeben, da es sehr viele Ringmoleküle enthält und bisher nicht industriell genutzt wird“, erklärt Stefan von Westberg von CMBlu gegenüber RESET. Allein in der Zellstoff- und Papierproduktion fallen jährlich mehr als 50 Millionen Tonnen Lignin als Abfallprodukt an und werden mangels Verwendungszweck fast ausschließlich verbrannt. Laut von Westberg müssten für die Energiespeicherlösung von CMBlu also (zunächst) nicht einmal zusätzlich Bäume gepflanzt werden. „Die Verwendung eines Holzabfallprodukts reduziert schließlich auch die Kosten drastisch, so dass man deutlich unter den aktuellen Marktpreisen für große Energiespeicher bleiben kann“, so von Westberg. Außerdem könne Lignin nach Ende der Lebensdauer vollständig recycelt werden; somit sei eine natürlich nachwachsende und dauerhaft verfügbare Quelle für die großtechnische Energiespeicherung gesichert. 

Ein weiterer Vorteil sei, so das Unternehmen, die unabhängige Skalierbarkeit der Technologie. Durch ihren modularen Aufbau können theoretisch Energiespeicher in beliebiger Größe gebaut werden. Dafür müsse nur die Anzahl der Stacks erhöht werden und es könnten ganze Regionen sicher und nachhaltig mit Strom versorgt werden.

Organische Batterien für die Energiewende?

Organic-Flow-Batterien sind großtechnische Energiespeicher ab 100 kW, zum Einsatz kommen soll die Technologie demnach vor allem für große stationäre Stromspeicher, zum Beispiel im Rahmen der Energiewende, und auch als Ausfallabsicherung und Lastspitzenpuffer in Industriebetrieben. Als Stromspeicher für einen einzelnen Haushalt eignet sich die Technologie nicht, jedoch wären gemeinsame Speicher für eine Siedlung denkbar. Auch für Elektrofahrzeuge, wo Gewicht und Platzbedarf essenziell sind, wären die Batterien nicht einsetzbar, da sie eine geringere Energiedichte als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien besitzen. Für die Ladeinfrastruktur außerhalb der Fahrzeuge seien sie laut CMBlu jedoch hervorragend geeignet, um hohe Leistungen auch ohne Netzausbau zur Verfügung zu stellen.

Die organischen Redox-Flow-Batterien des Alzenauer Unternehmens befindet sich zurzeit in der Phase der Prototypentwicklung. Dabei arbeitet CMBlu mit Hochschulen aus Gießen und Mainz sowie mit Industriepartnern zusammen. Laut von Westberg ist die Auslieferung erster Prototypen an ausgewählte Pilotkunden bereits im kommenden Jahr vorgesehen, die Markteinführung sei dann für 2021 geplant. Bis dahin gilt es noch einige Herausforderungen zu überwinden. Die größte Hürde der Entwicklung sieht CMBlu in den hohen Kapitalkosten für die Industrialisierung der Energiespeicher und das Erreichen der Massenproduktion. Auch gebe es regulatorische Herausforderungen, welche von nationalen Gesetzen abhängen und die Entwicklung und den Marktzugang für Speichersysteme in einigen Ländern einschränken können.

Erst nach der Markteinführung wird sich zeigen, wie groß das Potenzial der Organic-Flow-Batterien tatsächlich ist. Sollte die Technologie in Bezug auf Nachhaltigkeit und Energieeffizienz halten, was CMBlue verspricht, so könnte sie die Energiewende jedoch entscheidend voranbringen.

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