Aktuell beläuft sich der Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung Deutschlands auf 23 Prozent, bis 2020 sind es voraussichtlich 35 Prozent. Nach einer Studie des Bundesumweltamtes¹ kann die Stromversorgung bis 2050 vollständig auf erneuerbare Energien umgestellt sein. »Das Ziel ist ehrgeizig. Damit es erreicht werden kann, müssen die unterschiedlichen Erzeugungsarten der erneuerbaren Energien sowie Speicher und Lastmanagement genau aufeinander abgestimmt werden«, erklärt Peter Schwerdt, Abteilung Chemische Energiespeicher bei Fraunhofer UMSICHT.

Nordrhein-Westfalen als Europas bedeutendste Energieregion beheimatet eine Vielzahl stromabnehmender Betriebe, eine hohe Verbraucherdichte und entsprechende Erzeugungskapazität. Im Zuge der Umstellung des Energiesystems ist es wichtig, ausreichend Strom  vor Ort zu erzeugen. Der Ausbau der erneuerbaren Energien lässt sich umso besser gewährleisten, wenn produzierende Betriebe ihren eigenen Strombedarf durch regenerative Erzeugungstechnologien decken.

Thermisch verschweißbare Bipolarplatten

Um aus fluktuierenden erneuerbaren Energien wie Solarenergie erzeugten Strom auch nachts und während sonnenarmer Stunden abrufen zu können, werden Energiespeicher benötigt. Zurzeit dominieren Batteriespeicher auf Basis von Blei oder Lithium den Markt, die entweder sehr teuer sind, eine geringe Zyklenfestigkeit besitzen oder bei denen eine Brandgefahr besteht. Eine kostengünstige und sichere Alternative, insbesondere für stationäre, dezentrale Speicher mit einer weiten Leistungsspanne, ist die Vanadium-Redox-Flow-Batterie. Bei der von Fraunhofer UMSICHT eingesetzten Redox-Flow-Technologie wird ein flüssiger Energieträger (Elektrolyt) in zwei Tanks gespeichert und durch eine elektrochemische Zelle gepumpt. Eine Vergrößerung der Kapazität kann durch Erweiterung der Speichertanks erfolgen. Dadurch lassen sich Leistung und Kapazität der Batterie unabhängig voneinander skalieren.

Fraunhofer UMSICHT entwickelt und fertigt für die Batteriespeicher thermisch verschweißbare Bipolarplatten, die einen neuartigen Aufbau erlauben. Ein aus vielen Einzelzellen bestehender Batterie-Stack kann nun dicht verschweißt und ohne Dichtungen aufgebaut werden, was die Zuverlässigkeit im Vergleich zu bisherigen Technologien deutlich steigert. Schwerdt: »Es lassen sich erstmalig günstig elektrische Speichersysteme herstellen, die auch für das Marktsegment der industriellen Anwendungen relevant sind.«

Modellstandort Nordrhein-Westfalen

In Rahmen des Projekts »VanRedFlow« testen Forscher von Fraunhofer UMSICHT in Kooperation mit dem Fertigungs- und Schweißfachbetrieb Technoboxx GmbH & Co. KG und der InnovationCity Ruhr/Modellstadt Bottrop die Kopplung von Redox-Flow-Batterien mit einem regenerativen Energiesystem. Technoboxx verfügt am Firmenstandort in Bottrop seit 2011 über eine eigene Photovoltaikanlage mit 70 kWp Leistung, die einen wesentlichen Beitrag zur Deckung des Stromverbrauchs der Maschinen, Gebäudetechnik und Büros liefert. Durch Installation eines Speichers mit 15 kW Leistung und 75 kWh Kapazität, was etwa 5000 Liter Elektrolyt erfordert, soll der Eigenstromanteil auf bis zu 75 Prozent gesteigert werden. Es muss entsprechend weniger Energie mit dem Netz ausgetauscht werden, und der CO₂-Fußabdruck des Unternehmens verringert sich weiter.

Die Projektpartner wollen einen nordrhein-westfälischen Modellstandort für die Systemkopplung Redox-Flow-Batterie – solare Stromversorgung schaffen. Das Speichersystem soll mittelständische Unternehmen mit nennenswertem Stromverbrauch und bisher geringem Eigenstromanteil auf Basis regenerativer Energien im Wettbewerb unterstützen.

¹http://www.umweltbundesamt.de/publikationen/energieziel-2050

Förderhinweis

Das Projekt »VanRedFlow« wird gefördert mit einer Zuwendung des Landes Nordrhein-Westfalen unter Einsatz von Mitteln aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) 2014-2010 »Investitionen in Wachstum und Beschäftigung«. Projektträger: LeitmarktAgentur.NRW – Projektträger ETN Forschungszentrum Jülich.