Einleitung

Deutschland setzt im Rahmen der Energiewende verstärkt auf erneuerbare Energien wie Solar- und Windkraft. Doch das Problem bleibt: Sie sind oft unzuverlässig. Während es in den nördlichen Regionen zeitweise zu einer Überproduktion durch Sonnenstrahlen kommt, kann es auch Phasen ohne jegliche Energieerzeugung geben – die sogenannte Dunkelflaute. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, ist die Entwicklung leistungsfähiger Stromspeicher von entscheidender Bedeutung. Deshalb wurde ein Wettbewerb initiiert, um kosteneffiziente, einfache und leistungsfähige Langzeitbatterien für die Industrie zu finden.

Der Wettbewerb

Vier Unternehmen aus Deutschland, Großbritannien, den Niederlanden und der Schweiz messen sich im Rahmen dieses Wettbewerbs, organisiert durch die Sprunginnovationsagentur des Bundes (Sprind). Die Technologien, die in Betracht gezogen werden, sind teilweise bekannt, jedoch bislang nicht im industriellen Maßstab einsetzbar. Dazu gehören Redox-Flow-Batterien und Systeme, die Strom in Wasserstoff und umgekehrt umwandeln können. Ein innovatives Team nutzt sogar Rost als Teil ihrer Technologie.

Sprunginnovation Definition

„Eine Sprunginnovation muss nicht immer eine komplett neue Erfindung sein“, betont Jano Costard, der für den Wettbewerb verantwortlich ist. „Sie kann auch eine vorhandene Technologie entscheidend weiterentwickeln und somit einen Marktdurchbruch erzielen.“ Das Konzept der Redox-Flow-Batterie ist bereits erprobt, aber weiterhin teuer und das verwendete Material oft selten und in einigen Fällen giftig.

Marktanalyse und Anforderungen

Der Markt für Stromspeicher ist enorm, vor allem wenn Deutschland plant, nahezu vollständig auf erneuerbare Energien umzusteigen. Schätzungen des Fraunhofer Instituts für Solarenergie besagen, dass bis 2030 eine Speicherkapazität von 103,8 Gigawattstunden erforderlich sein wird, bis 2045 sogar 178 Gigawattstunden. Aktuell sind in Deutschland nur etwa 17 Gigawattstunden an Batteriespeichern installiert, und 84 Prozent davon sind kleinere Speicher für Haushalte.

Lithium-Ionen-Batterien und Alternativen

Die gängigsten Speicher sind Lithium-Ionen-Batterien, die auch in Smartphones und Elektrofahrzeugen verwendet werden. Doch diese sind kostspielig und potenziell gefährlich, weshalb die Industrie dringend nach größeren und sichereren Alternativen sucht, die in der Lage sind, große Mengen Strom über längere Zeiträume zu speichern.

Finanzierung der Projekte

Für die Entwicklung von Prototypen erhalten die teilnehmenden Firmen bis zu 4 Millionen Euro. Im Wettbewerb befinden sich noch vier Teams. In der ersten Runde erhielt jedes Team eine Million Euro zur Konzeptentwicklung. In der zweiten Runde können bis Mai 2025 jeweils bis zu drei Millionen Euro gewonnen werden. „Ziel der Challenge ist es, erfolgreiche Prototypen zu entwickeln, die belegen, dass diese Technologien bereit für die Serienproduktion sind“, erklärt Costard. Private Investoren sollen nach der Sprind-Challenge einsteigen und das Wachstum der Start-ups weiter fördern. Erfreulicherweise haben bereits erste Finanzierungsrunden begonnen.

Unternehmen im Wettbewerb

Reverion aus Eresing (40 Kilometer westlich von München) arbeitet an einer neuartigen Kombination aus Brennstoffzelle und Elektrolyseur, die eine Umwandlung von Strom in Wasserstoff und zurück ermöglicht. Der angestrebte Wirkungsgrad von über 80 Prozent ist besonders vielversprechend. Die Jury von Sprind konnte bereits einen Container mit dem Prototypen begutachten.

Zu den weiteren Teilnehmern gehören Unbound Potential aus der Nähe von Zürich und Haliogen Power, eine Ausgründung der Universität Manchester, die an Redox-Flow-Batterien arbeiten. Ihr System, das auf der Trennung von zwei Flüssigkeiten basiert, hat das Potenzial, die Kosten stark zu reduzieren, da die Membran, die normalerweise einen beträchtlichen Teil der Ausgaben ausmacht, weggelassen werden könnte.

Ore Energy aus Delft verfolgt einen einzigartigen Ansatz, indem es Eisen, Wasser und Luft für seine Batterie nutzt. Diese funktioniert, indem ein Eisenpol rostet und dabei Energie freisetzt, während das Wasser als Elektrolyt dient. Auch wenn die Theorie einfach klingt, bleibt die praktische Umsetzung herausfordernd, da es kompliziert ist, Rost zurück in Eisen umzuwandeln. Doch die Materialkosten sind extrem niedrig.

Gemeinsame Intention und Kunden

Die gemeinsame Intention aller vier Konzepte ist die Trennung von Energieumwandlung und Speicherung. Wasserstoff oder die Flüssigkeiten der Redox-Flow-Batterien können in separaten Tanks gelagert werden, was eine flexible Skalierung ermöglicht.

Potenzielle Kunden für diese innovativen Batteriesysteme sind beispielsweise Logistikunternehmen, die über Solarzellen verfügen und tagsüber erzeugten Strom für die Nacht speichern möchten.

Schlussfolgerung

„Es ist von entscheidender Bedeutung, dass wir Lösungen finden, die nicht nur in Deutschland entwickelt werden müssen“, stellt Costard fest. „Für die Zukunft der deutschen Industrie ist es unerlässlich, jederzeit Zugang zu sauberem und günstigen Strom zu haben. Die Technologie kann woanders entstehen, aber es ist natürlich schöner, wenn sie aus Deutschland kommt.“