Kombinierte Speichertechnologien für mehr Flexibilität

Der Name des im Januar gestarteten Forschungsprojektes ist kurz, das Anliegen dahinter um einiges länger: „Smyhles“ steht für „Safe, sustainable and modular hybrid systems for long-duration Energy storage and grid services“. Den Forschungspartnern geht es um die Entwicklung nachhaltiger und sicherer Hybrid-Energiespeichersysteme auf Salz- und/oder Wasserbasis. Durch die Kombination mehrerer Speichertechnologien wollen die Wissenschaftler eine langfristige Energiespeicherung bei gleichzeitig hoher Leistungsdichte erreichen.

„Moderne Energiespeichersysteme müssen Versorgungssicherheit, Leistung und Sicherheit gewährleisten, über eine flexible Management-Software verfügen und möglichst nachhaltig und umweltverträglich hergestellt und betrieben werden“, erklärt Edoardo Macchi. Er ist der Koordinator von Smhyles und Head of Battery and Electrification Technologies Unit bei der „Fondazione Bruno Kessler“, einem Forschungsinstitut in Trient, Italien.

Zur Problematik erklären die Forschungspartner: Die verschiedenen Speichertechnologien wiesen jeweils verschieden technische und wirtschaftliche Merkmale auf, die sie für eine bestimmte Anwendung prädestinieren. Energie- und Leistungsdichte, Reaktionszeit, Umweltverträglichkeit seien etwa solche Merkmale. Redox-Flow- und Salz-Batterien etwa besäßen eine hohe Speicherkapazität, ließen sich aber nur langsam auf- und entladen. Ein Superkondensator hingegen verfüge zwar über kurze Ladezeiten, könne aber nicht viel Energie über lange Zeit speichern. Erst durch eine effiziente Kombination der Eigenschaften erhalte ein Energiespeicher die nötige Leistung und Flexibilität im Einsatz.

Die Partner wollen einen Superkondensator auf Wasserbasis und eine Redox-Flow-Batterie beziehungsweise eine Salz-Batterie zu neuartigen Energiespeichersystemen kombinieren. Ihre selbst gesetzten Vorgaben sind umfangreich. So sollen die entwickelten Speichersysteme Energie über einen mittleren bis langen Zeitraum speichern und sehr schnell bereitstellen können. Gleichzeitig sollen sie anwendungssicher, sprich nicht leicht entflammbar sein. Des Weiteren kostengünstig und wiederverwertbar. 

Ein weiteres Kriterium ist der reduzierte Einsatz von kritischen Rohstoffen. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen sollen diese neuen Speichersysteme einen um 40 Prozent gesenkten CO2-Fußabdruck sowie eine um 20 Prozent höhere Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit aufweisen. 

In drei Pilotanlagen in Portugal und Deutschland wollen die Forschungspartner die Systeme schließlich in verschiedenen Anwendungsfälle für zwölf Monate testen:

• in einem Inselnetz auf der portugiesischen Insel Graciosa: Ein netzunabhängiges Energiesystem bestehend aus einem Nickel-Kohlenstoff-Superkondensator auf Wasserbasis und einer Salz-Batterie soll das Stromnetz der 60,65 Quadratkilometer großen und etwa 4.100 Einwohner zählenden Azoren-Insel unterstützen.
• in einem industriellen Mikronetz der nordportugiesischen Küstenstadt Maia: Dort wollen die Forscher eine Vanadium-Redox-Flow-Batterie weiterentwickeln und mit einem wasserbasierten Superkondensator kombinieren. Ihr Ziel ist es, den Anteil grüner Energiequellen am Energiemix zu erhöhen und das Aufladen von Elektrofahrzeugen zu unterstützen.
• in einer zu erweiternden Pilotanlage in Pfinztal, einer Gemeinde bei Karlsruhe (Baden-Württemberg): Hier soll die Kapazität einer Redox-Flow-Batterie erweitert werden. Zudem ist die Kombination mit einem Superkondensator und einer Windkraftanlage vorgesehen. Letztere soll eine mehrtägige Energiespeicherung ermöglichen.

Das Smhyles-Projekt läuft bis zum Dezember 2027. Projektkoordinator ist das Forschungsinstitut Fondazione Bruno Kessler des Centre for Sustainable Energy (Italien). Die Forschungspartner kommen aus Deutschland, Italien, Portugal, Schweiz, Spanien, Tschechen und Tunesien. Aus Deutschland mit dabei sind etwa die Hochschule für angewandte Wissenschaften Landshut und das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT. Die EU fördert das Vorhaben mit rund 6 Millionen Euro.