Geladen - der Batteriepodcast zur Energiewende

Wenn Sie, liebe Hörerinnen und Hörer, auch gerne von Ihren eigenen Erfahrungen berichten möchten, können Sie das in unserer nächsten Folge am 5. Mai tun: Senden Sie uns dazu einfach Ihre Video- oder Tonaufnahme bis zum 4. Mai (15.00 Uhr) an [email protected] oder [email protected] zu. Bitte erläutern Sie uns, wie Ihr Heimspeicher daheim funktioniert? Wie viel Ihr Heimspeicher gekostet? Lohnt sich Ihre Anschaffung? Was haben Sie sich davon versprochen? Sind Sie zufrieden? Für welchen Anbieter haben Sie sich entschieden und warum? Warum kommt ein Heimspeicher für Sie (nicht?) in Frage? Warum gerade jetzt? Wir sind super gespannt auf Ihre Videos und Tonaufnahmen! Bei größeren Dateimengen können gerne Clouddienste wie "https://www.wetransfer.com" oder Ähnliches verwenden.

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Der Absatz von Photovoltaikanlagen in Kombination mit Heimspeichern ist seit dem Ukrainekrieg noch einmal stark angestiegen – viele Menschen erhoffen sich eine größere Energie-Unabhängigkeit. Beim Auftakt zu einer dreiteiligen Serie zum Thema „Heimspeicher“ sprechen wir mit einem Anbieter von PV- und Stromspeicherlösungen, Dr. Olaf Wollersheim - Geschäftsführer der Solarwatt Innovation GmbH sowie mit einem sehr versierten Nutzer, Marcus Michalla, der seit Jahren eine große PV-Anlage mit verschiedenen Komponenten, wie Heimspeicher und Wallbox nutzt. Wir diskutieren in dieser Folge die Kosten von Heimspeichern, mögliche Fördergelder, die Sicherheit und den Zelltyp und gehen auf Zukunftskonzepte, wie Vehicle-to-Grid (V2G) ein.

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Der Krieg in der Ukraine hat für Deutschland massive Konsequenzen: Längst ist Energiepolitik zu einer Frage der nationalen Sicherheit geworden. Viele Menschen fordern weiterhin einen Boykott von russischem Gas und russischem Öl. Aber ist ein Gasboykott wirtschaftlich vertretbar?

Unser Studiogast Prof. Dr. Claudia Kemfert hat verschiedene Szenarien entwickelt, wie das deutsche Energiesystem im europäischen Kontext schnellstmöglich von russischen Gas-Importen unabhängig werden könnte: https://www.diw.de/documents/publikationen/73/diw_01.c.838841.de/diw_aktuell_83.pdf

Dr. Manuel Baumann ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS) am KIT. Dort arbeitet er in der Forschungsgruppe für „Nachhaltige Energietechnologien“. Auch er befürwortet einen raschen Umstieg auf erneuerbare Energiequellen.

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Es gibt sie immer noch - die Gegner des E-Autos und die Mythen rund um Batterien. Zwar schwindet die Zahl der Skeptiker der Elektromobilität Jahr für Jahr. Dennoch fragen sich immer noch viele Menschen: Ist das E-Auto wirklich nachhaltiger als ein Verbrenner-Pkw?

Die eigentliche Frage sollte lauten: Warum wird die Wissenschaft rund um die Themen Elektromobilität, Energiesystemen und Batteriematerialien oftmals als "Meinung" abgetan - und weniger als veritable Forschung? Denn: Die Forschung ist sich einig! Seit Jahren!

Prof. Dr. Maximilian Fichtner geht die Argumente nacheinander durch:

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E-Fuels (Elektro-Kraftstoff) sind synthetische Kraftstoffe, die mit elektrischem Strom aus Wasser und CO2 hergestellt werden. Zwar erzeugt die Verbrennung dieser E-Kraftstoffe genauso viel umweltschädliche Abgase wie normale Kraftstoffe - allerdings wird das notwendige CO2 aus der Atmosphäre bzw. Biomasse entnommen, sodass E-Fuels als klimaneutral beschrieben werden können. Nicht unterschlagen werden sollte aber auch, dass bei Herstellung & Nutzung von E-Fuels verlustintensive Umwandlungsstufen durchlaufen werden: Die Energiebilanz von E-Fuels gilt daher schlechter verglichen mit anderen Antriebsarten.

Trotzdem gelten E-Fuels als unabdingbar in den Bereichen Langstrecken-Flugverkehr, Schifffahrt, Erzeugung von Grundstoffen für die (chemische) Industrie, Rohstahlerzeugung aus Eisenerz, Herstellung von Glas, Keramik, Zement, Langstrecken-Schwerlastverkehr auf Straßen sowie die Wärmeversorgung von Gebäuden.

Ein großer Teil der Unternehmen, die eine Produktion von E-Fuels planen, konzentriert sich heute auf Kraftstoffe für den Flugverkehr. Eine Ausnahme ist die Anlage "Haru Oni" in Chile (Porsche & Siemens), die vorrangig Methanol produzieren und zusätzlich ca. 55.000 Liter E-Fuel (2022) für den Autoverkehr herstellen soll. Diese Menge soll in der Zukunft noch gesteigert werden.

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Wissen ist Macht! Der Deutsche Podcastpreis 2022 zeichnet in der Kategorie "Publikumspreis Wissen" den besten deutschen Wissenspodcast aus, der den Horizont mit "spannenden Science-Themen erweitert, dabei die kleinen und großen Geheimnisse unserer Welt erklärt und manchmal vielleicht etwas randständige (aber umso unterhaltsamere) Fakten verbreitet."

Die Mission des Geladen-Podcasts: Im unübersichtlichen Onlinezeitalter klären wir als Wissenschaftspodcast über Batterie- und Energiespeicher auf. Wir beleuchten in 33 Episoden, welche dieser zukünftigen Speichertechnologien sich für die nachhaltige Energiewende anbieten - und welche eher nicht. In unseren Gesprächen mit Batterieforschenden decken wir populäre Mythen auf und sorgen für mehr Klarheit und Orientierung beim Thema E-Auto, Heimspeicher, Batterien und Elektromobilität.

Besten Dank für die Unterstützung!

Die Antwort für das Problem fluktuierender Energie aus Wind und Sonne könnten riesige Lithium-Ionen-Batteriekraftwerke sein. Batteriespeicher, die überschüssige Energie aufnehmen und genau dann ins Netz einspeisen, wenn eine höhere Nachfrage besteht, werden immer wirtschaftlicher, spielen jedoch in den Klimaplänen der Bundesregierung nur eine untergeordnete Rolle. Welche Rolle werden sie in der Energiewende zukünftig einnehmen? Taugen sie auch als saisonale Langzeitspeicher und welche Batterietypen werden sich in diesem Bereich durchsetzen? Darüber sprechen wir in dieser Folge mit Prof. Volker Quaschning und Prof. Maximilian Fichtner.

Studie von der HTW: Solarstromausbau für den Klimaschutz

Podcast von Prof. Volker Quaschning:

Der chinesische Batteriezellenhersteller CATL arbeitet an einer neuen Technologie für leistungsfähigere Elektroautos. Nach der "Cell to Pack"-Technologie, bei der die Zellen ohne den Zwischenschritt von Batteriemodulen direkt in das Batteriepack integriert werden, liegt der Fokus nun auf "Cell to Chassis". Hierbei werden die Batteriezellen direkt in die Karosserie von Elektroautos integriert, was bedeutet, dass nicht nur die Module, sondern auch die Packs entfallen. Damit würden die sperrigen Gehäuse, die heute üblicherweise in den Unterboden von Autos eingebaut werden, überflüssig. Durch den Wegfall der Module und des Packs spart man Raum und erhöht die Reichweite. Ob die beiden Technologien auch Nachteile bei Sicherheit und Wartung mit sich bringen könnten, besprechen wir mit Benno Leuthner von der Fa. CUSTOMCELLS.

Weitere Infos:

Teslas CEO Elon Musk sagte einmal über Lithium-Ionen-Batterien: “Our batteries should be called Nickel-Graphite, because its mostly Nickel and Graphite.” Graphit wird als Batteriematerial tatsächlich häufig unterschätzt, spielt jedoch eine bedeutende Rolle. Die Deutsche Rohstoffagentur sieht darin sogar einen "Schlüsselrohstoff für die Verkehrswende". In den nächsten Jahren ist mit einem stark steigenden Bedarf für den Einsatz in Lithium-Ionen-Batterien für E-Autos zu rechnen. Der Rohstoff kommt als Anodenmaterial zum Einsatz. Dabei wird synthetischer Graphit und natürlicher Graphit genutzt. Der steigende Bedarf sowie die Konzentration beim Abbau und der Aufbereitung auf ein Land haben jedoch das Potenzial für Lieferengpässe.

Weitere Infos zu Graphit bei der Deutschen Rohstoffagentur: https://www.bgr.bund.de/DERA/DE/Aktuelles/rohstoff_graphit.html

In Deutschland werden derzeit ca. 40 Redox-Flow-Batterien betrieben. Die meisten von ihnen dienen noch der Wissenschaft, um ihre Performance weiter zu erforschen und zu optimieren. Zugegeben, es ist nicht einfach, dabei Redox-Flow-Batterien einerseits chemisch (aus Sicht der Materialwissenschaften), andererseits aus Perspektive der Ingenieurswissenschaften und letztlich auch eines betriebswirtschaftlichen Zukunftsmarkts zu bewerten. Hier ein Versuch:

Die Vorteile des noch jungen Batteriesystems: Die Langlebigkeit, Sicherheit, keine Selbstentladung (!), nachhaltige rezyklierbare Materialien. Und: Superflexible Möglichkeiten in der Weiterentwicklung.

Die Nachteile sind allerdings: Noch sehr hohe Kosten, eine geringe Energiedichte, hohe Pumpverluste und Effizienzprobleme sowie eine gewisse Toxizität. Derzeit sind nur großformatige Lösungen angedacht.

Doch die größte Herausforderung für Redox-Flow-Batterien ist allerdings längst nicht mehr die funktionierende Batteriechemie oder gar die Konstruktion der Batterien. Es ist der Markt selbst: In Deutschland ist es schlichtweg noch zu unrentabel, größere Batteriesysteme für eine großformatige, saisonale Stromspeicherung zu betreiben - auch wenn das energieökonomisch im Moment äußerst nachgefragt wäre.

Daher bleiben für die meisten Flow-Systeme nur die Nischen des Frequenzregelmarktes oder Off-Grid-Nischen, in denen sie wiederum in direktem Wettbewerb zu den Lithium-Ionen-Speichern stehen.

Hier stehen die ersten Redox-Flow-Batterien:

Weiterführender Link: Clean Electric-Podcast

Batterieforschende wie Dennis Kopljar (DLR Stuttgart) beschäftigen sich mit einer „Zero-Emission-Mobilität“ in der Luftfahrt. Wenn es nach ihm ginge, sollten auch Flugzeuge eines Tages komplett CO2-frei fliegen (oder zumindest ganzheitlich wirtschaften).

Doch noch gibt es zur technischen Umsetzung dessen viele verschiedene denkbare Wege: So identifizierte das „Sustainable Aero Lab“ (ein Hamburger Accelerator), der emissionfreie Luftfahrt-Startups betreut insg. 20 Startups weltweit, die im Bereich Elektro- oder Wasserstoff eigene Flugobjekte entwickeln.

Als Mitarbeiter des Instituts für Technische Thermodynamik und stellvertretender Forschungsgruppenleiter für Batterietechnik erklärt Dennis Kopljar, welche Batteriechemien in der Luftfahrt zu erwarten sind. Sein Kollege Dr. Johannes Hartmann (DLR Hamburg) malt den großen Bogen der Antriebe in der Luftfahrt und gewährt einen kurzen Einblick in alternative Antriebstechnologien wie E-Fuels und Wasserstoffantriebe.

Weiterer Link: Clean Electric-Podcast