Iron-Redox-Flow-Stromspeicher für jedes Einfamilienhaus?

Die Hochschule Landshut forscht nun im Rahmen des Projekts "All-lron Redox-Flow Batterie als umweltfreundlicher und kostengünstiger Energiespeicher" (FERRUM) gemeinsam mit dem Unternehmen VoltStorage an einer neuen Generation von Stromspeichern für den Privatgebrauch in Ein- und Mehrfamilienhäusern auf Basis der Iron-Redox-Flow-Technologie (IRFB) – zu deutsch: Eisen-Redox-Flow-Technologie.

Die Eisen-Redox-Flow-Batterie ist im Vergleich zur weitverbreiteten Lithium-Ionen-Technologie wesentlich umweltfreundlicher und preisgünstiger und damit unter Nachhaltigkeitsaspekten klar allen anderen Speichertechnologien überlegen.

Das Projekt „FERRUM – All-lron Redox-Flow Batterie als umweltfreundlicher und kostengünstiger Energiespeicher“ läuft bis Ende Februar 2022 und wird von der Hochschule Landshut in Kooperation mit dem Unternehmen VoltStorage am Technologiezentrum Energie in Ruhstorf an der Rott durchgeführt. Die Projektleitung liegt bei Prof. Dr. Karl-Heinz Pettinger. Die Förderung übernimmt das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi).

Eine Eisen-Redox-Flow-Batterie besteht aus einer Eisen-Anode und einer flüssigen Kathode. Das Elektrolyt der Batterie besteht aus Hydroxiden, die seit langer Zeit bekannt, sicher und leicht zu entsorgen sind, weil sie keine giftigen Chemikalien enthalten – dies im Gegensatz zu Flow-Batterien, die auf Brom, Vanadium oder starken Säuren beruhen.

„Von der neuen Technologie könnten sowohl Hauseigentümer als auch Unternehmen und Wohnungsbaugesellschaften profitieren“, erklärt Pettinger, „gleichzeitig könnte der Standort Deutschland hier eine Schlüsselposition einnehmen und konkurrenzfähig gegenüber Niedriglohnländern wie beispielsweise China werden.“

Im ersten Schritt entwickelt das Forscherteam ein Speichersystem mit einer Kapazität von acht Kilowattstunden. Dieses soll in jedes Haus passen oder im Außenbereich aufgestellt werden und voll kompatibel mit erneuerbaren Energiesystemen wie etwa Solarstrom- oder Windkraftanlagen sein.

Im Laufe des Projekts bauen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das Iron-Redox-Flow-System als Prototyp auf und werten es aus. Am Ende soll schließlich ein Iron-Redox-Flow-Speichersystem mit einer Kapazität von 50 Kilowattstunden stehen, das als Gewerbe- und Industriespeicher für KMUs, Mehrfamilienhäuser und Versorger zum Einsatz kommt.

Ein entscheidender Vorteil der IRFB-Technologie gegenüber den bisher verbreiteten Stromspeichern ist, dass die zur Produktion notwendigen Materialien umweltfreundlich, kostengünstig und innerhalb Deutschlands oder der EU in großem Umfang verfügbar sind.

Das Elektrolyt der Batterie besteht aus Hydroxiden – Hydroxide sind salzähnliche Stoffe, die Hydroxid-Ionen ([OH]^-) als negative Gitterbausteine (Anionen) enthalten - die seit langer Zeit bekannt, sicher und leicht zu entsorgen sind, weil sie keine giftigen Chemikalien enthalten – dies im Gegensatz zu Flow-Batterien, die auf Brom, Vanadium oder starken Säuren beruhen.

„So werden für die Herstellung und den Betrieb keinerlei giftige, brennbare oder umwelt- und wasserschädliche Materialien verwendet – im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Akkus, die mit ökologischen und politischen Nachteilen verbunden sind“, so Pettinger. Darüber hinaus könnte die IRFB-Technologie die Kosten im Vergleich zu den bisher verfügbaren Batterien bis zur Hälfte reduzieren.

Warum diese Technologie trotz ihrer unschlagbaren Vorteile bis heute in kein marktreifes Batteriesystem überführt wurde, liegt daran, dass der energetische Wirkungsgrad sowie die langfristige Stabilität bisher zu gering waren. Diese technologischen Hürden will das Projekt FERRUM nun überwinden und ein marktfähiges Speichersystem auf IRFB-Basis entwickeln.

Ziel der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ist am Ende ein System mit einer Kapazität von 50 kWh, das voll kaskadierbar ist und sich damit für alle möglichen Anwendungen zur Zwischenspeicherung von Erneuerbaren Energien oder der Entlastung der Stromnetze eignet.

Dabei können die Forschenden auf das bereits vorhandene Know-how im Bereich Energiespeicher aufbauen. So beschäftigten sich die beiden wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen des Forschungsprojekts Christina Zugschwert und Saskia Dinter in den vergangenen Jahren intensiv mit zukünftigen Energiespeichern am TZ Energie. Dabei waren sie unter anderem am Aufbau der grenzüberschreitende Forschungsplattform FSTORE mitbeteiligt, auf der sich Batteriehersteller, Netzbetreiber und Forschende aus ganz Europa zur Redox-Flow-Technologie austauschen.

Aber nicht nur VoltStorage arbeitet am Eisen-Redox-Flow-Stromspeicher für jeden Haushalt, auch international gibt es Konkurrenz. So meldete bereits 2015 das israelische Unternehmen Electric Fuel Energy (EFE) die Entwicklung einer neuartigen Eisen-Redox-Flow-Energiespeicher-Technologie, die kostengünstiger, sicherer und umweltfreundlicher sein soll als andere Großspeicherlösungen.