Die Technologie im Bereich der erneuerbaren Energien schreitet zügig voran. Es gibt neue Solar- und Speicherideen, innovative Ansätze für die Wärmewende, aber auch Umweltprobleme. Einige jüngere Anregungen stellen wir an dieser Stelle vor:
1. Feststoffbatterien können die Elektromobilität: Projekt Alano
Leicht und leistungsstark, kostengünstig und sicher – Akkumulatoren für Elektroautos müssen verschiedene Anforderungen vereinen. Batterieforschende und Automobilhersteller setzen daher seit einiger Zeit verstärkt auf Feststoffbatterien. Bei dieser Bauform bestehen sowohl beide Elektroden als auch der Elektrolyt aus festen Materialien. Besonders der feste Elektrolyt verspricht Vorteile für die Sicherheit: Er ist schwer entflammbar und kann nicht auslaufen. Das neue Verbundvorhaben Alano (Alternative Anodenkonzepte für sichere Feststoffbatterien) befasst sich mit Lithium-Batterien der nächsten Generation und fokussiert sich auf die Lithiummetall-Anode als zentrale Komponente. Alano zielt darauf, die Energiedichte einer Feststoffbatterie zu erhöhen, und zwar bei hoher Sicherheit. „Lithiummetall als Anodenmaterial besitzt das Potenzial, die Energiedichte auf Zellebene erheblich zu steigern und damit die Reichweite von Elektroautos deutlich zu verlängern“, erklärt Stefano Passerini, Direktor des an Alano beteiligten Helmholtz-Instituts Ulm (HIU) und Leiter der Forschungsgruppe Elektrochemie der Batterien am HIU. Im Projekt evaluieren Partner aus Forschung und Industrie unterschiedliche auf Lithiummetall basierende innovative Anodenkonzepte für Feststoffbatterien, um die Reaktivität, Sicherheit und Leistungsfähigkeit der Anode zu optimieren und diese in einer robusten Zelleinheit mit hoher Energiedichte zu integrieren. Entscheidend ist dabei die Kombination mit einem festen Elektrolyten. Im Gegensatz zu konventionellen Flüssigelektrolyten, die stark mit Lithiummetall reagieren, sind Festelektrolyte weniger reaktiv und eröffnen damit die Möglichkeit, kinetisch stabile Grenzflächen auszubilden. Dies wiederum verspricht weitere Vorteile: „Erstens wird die Sicherheit wesentlich verbessert, da die Zellen keine flüssigen und leicht brennbaren Bestandteile enthalten“, erläutert Dominic Bresser, Leiter der Forschungsgruppe Elektrochemische Energiespeichermaterialien am HIU. „Zweitens erhöht sich die Robustheit der Zellen, wodurch Handhabung, Kühlung und Systemintegration leichter werden.“ So lassen sich die Kosten auf Zell-Die SunOyster erreicht einen hohen Wirkungsgrad auf kleiner Fläche.
2. Sunoyster: Hoher Wirkungsgrad auf kleiner Fläche
Das Herzstück der Sunoyster (siehe Grafik unten) ist ein Hybridreceiver, der von einem Borosilikatglasrohr geschützt wird. Im Inneren der Röhre bündeln spezielle Glaslinsen das Licht ein zweites Mal, um die 500-fache Leistung der Sonne zu erreichen. Hocheffiziente (44 %) Solarzellen, die für Raumfahrzeuge entwickelt wurden, wandeln diese Energie direkt in Strom um. Die Flüssigkeit kann Temperaturen von bis zu 110°C erreichen. In der Version des rein thermischen Receivers können höhere Temperaturen von bis zu 170°C erreicht werden, z.B. für Prozesswärme. Durch die Erzeugung hochwertiger Wärme kann die Sunoyster ein breites Spektrum an Wärmeanwendungen liefern: von Warmwasser, Raumheizung, Entsalzung, Prozesswärme, ORC-Maschinen, Hochtemperaturspeicher und Vorwärmung von Dampfkraftwerken. Insbesondere kann sie auch zur solaren Kühlung eingesetzt werden. In sonnenreichen Regionen soll sie überall dort, wo Wärme oder Kälte benötigt wird, den günstigsten Solarstrom erzeugen.
3. Wie sich Lithium-Ionen-Batterien auf das Wasser auswirken
Rund 500 E-Scooter liegen auf dem Grund des Rheins. Betrieben werden sie mit Lithium-Ionen-Batterien, die nun im Wasser auszulaufen drohen. Reinhart Job, Dekan am Fachbereich Elektrotechnik und Informatik, Dozent an der Hochschule unter anderem Energiespeichertechnologie, erklärt, welche Auswirkungen dies auf das Wasser haben kann. „Im Wasser können verschiedene Stoffe, aus denen die Batterien zusammengesetzt sind, auslaufen und freigesetzt werden und sie landen so in der Natur. Je nach Batterietyp sind das verschiedene Elektrolyte. Dabei könnte je nach eingesetztem Elektrolyt zum Beispiel auch Flusssäure entstehen.“ Letztendlich akkumulierten sich immer die Schadstoffe im Wasser – auch wenn sie verdünnt werden: Die metallenen Gehäuse der Scooter verrotten, die Gummireste zersetzen sich, es entstehe Mikroplastik. Da komme einiges zusammen, was für das Wasser und auch zum Beispiel für die Fische, die darin leben, schädlich ist. Lithium werde außerdem auch in einigen Psychopharmaka verwendet – das sollte besser nicht im Wasser landen. Und der Rhein sei eine wichtige Ressource für Grund- und Trinkwasser. Es gibt aber nachhaltigere Alternativen zur Lithium-Ionen-Batterie. Etwas nachhaltiger wären Nickel-Metall-Hybrid-Batterien. Sie sind laut Job umweltverträglicher, haben aber eine schlechtere Performance – sprich: Sie speichern nicht so große Energiemengen wie Lithium-Ionen-Batterien. Natürlich sind aber auch darin Schwermetalle und gesundheitsschädliche Elektrolyte enthalten. „Die Lithium-Ionen-Batterien sind heutzutage die leistungsfähigsten, wieder aufladbaren Batterien mit der größten spezifischen Energiedichte. Sie sind leicht und liefern lange Energie – letztlich genau das, was für mobile Einsätze gebraucht wird, zum Beispiel bei Smartphones, Notebooks oder Tablets und insbesondere auch für Elektrofahrzeuge.“ Im Hinblick auf einen nachhaltigen und umweltschonenden Umgang mit Hightech-Geräten, die in der Regel immer auch problematische und knappe Rohstoffe enthalten, komme letztendlich den Konsument*innen eine große Verantwortung zu. Als Konsument*innen müsse man sich immer darüber im Klaren sein, dass wenn ressourcenintensive Produkte gekauft werden, die Bevölkerung und die Umwelt in den Abbauländern massiv darunter leiden.
4. Klimafreundliche Wärmeversorgung der Altstadt
Zum neuen Quartierskonzept von Bad Waldsee in Baden-Württemberg gehört der Bau eines Nahwärmenetzes mit 4.100 Metern neuer Wärmetrassen, das nach Fertigstellung alle kommunalen Gebäude in der Innenstadt sowie weitere 44 private und gewerbliche Gebäude mit 10,5 Millionen Kilowattstunden (kWh) Wärme jährlich versorgen wird und durch ein Förderprogramm vom Landesministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft mit insgesamt 200.000 Euro gefördert wurde. Einen Teil stellt ab der Inbetriebnahme im Oktober die neugebaute Heizzentrale Bad Waldsee Mitte mit Blockheizkraftwerk (BHKW) und angeschlossener Wärmepumpe bereit. Zusätzlich dazu verfügt der Neubau über ein im Februar installierten, 200.000 Liter fassenden, Wärmespeicher.
Nach Abschluss des Projektes 2022 wird die Heizzentrale im Verbund mit Wärmepumpen, BHWKs sowie weiteren Energiesystemen wie Solar- und Geothermieanlagen für eine zuverlässige Wärmeversorgung in kommunalen Gebäuden, der lokalen Rehaklinik Maximilianbad, Mehrfamilienhäusern, Genossenschaftsbauten und anderen Wohngebäuden sorgen. Einige Bauabschnitte wurden bereits abgeschlossen und sollen ab Oktober mit der Wärmeversorgung aus der Heizzentrale beginnen. So erreicht die Wärme klimafreundlich und wartungsarm die Wohnungen der Bürger*innen und versorgt ganze Stadtteile mit Raumwärme und Warmwasser.
SunOyster
