Batterien einer neuen Ära könnten das tägliche Leben revolutionieren

Die Massenproduktion von Elektroautos hängt weitgehend von den Herstellern von Lithium-Ionen-Batterien ab, oder besser gesagt von den Kosten ihrer Produktion.

Das Thema der Speicherung fossiler Brennstoffe ist immer relevant und provoziert Streitigkeiten zwischen Umweltschützern und Unternehmen, und jetzt entwickelt sich ein neues Diskussionsfeld. Fast alle großen Technologiefirmen sind an der Entwicklung von Stromspeichern, oder Batterien, beteiligt, um Daten und Energie zu speichern, die neue mobile, Beleuchtungs-, Hybrid- und Elektrogeräte sowie Fahrzeuge antreiben. Bei der Entwicklung dieser Technologie, die globale Gewohnheiten verändern könnte (wenn die Öl-Lobbys uns das erlauben), ist es wert zu fragen, ob kroatische Hersteller eine wichtige Rolle bei der Schaffung von Batterien einer neuen Ära spielen können. Nämlich, wir haben keine Perspektiven im Öl (oder wir haben keine Ahnung, dass wir Öl haben), aber man sagt, wir haben Potenzial für elektrische Energie, also ist das eine Gelegenheit.

Wenn jemand gehofft hatte, dass wir zumindest ein regionaler Faktor in der Stromspeicherung werden könnten, bringen uns die Antworten unserer Gesprächspartner, fürchten wir, wieder auf den Boden der Tatsachen zurück. Und wer wäre besser geeignet, als jemand, der möglicherweise am meisten an der Erfindung von Hochkapazitätsbatterien in Kroatien interessiert ist. Deshalb klopften wir an die Tür von Rimac Automobili, einem Unternehmen, das Mate Rimac gehört, dem Mann, der sein Elektroauto erfunden hat. Rimac war nicht da, aber sein Entwicklungsingenieur für Batteriesysteme, Damir Cindrić, erkannte unsere Neugier und bot uns Antworten auf unsere Fragen an. Er sagt, dass die Möglichkeiten zur Entwicklung von Batterien grenzenlos sind und dass wir in etwa zehn Jahren, vielleicht ein wenig mehr, bedeutende Fortschritte erzielen könnten. In diesem Kontext meinen wir die gesamte Menschheit, nicht nur die Kroaten. Cindrić erklärt, dass Batteriezellen und Batteriepacks kleiner, leichter und im Verhältnis zu Volumen oder Masse eine höhere Kapazität haben werden, abhängig von der Industrie, die sie produziert, und dass wir erwarten können, dass sich dieses Verhältnis verbessert. Nämlich, erklärt er, werden Batteriepacks gemäß den Projektanforderungen produziert und können alles liefern, was man möchte.

Eine andere Richtung

Fast alle großen Technologiefirmen sind an der Entwicklung von Batterien beteiligt, die Daten und Energie speichern, die neue mobile, Beleuchtungs-, Hybrid- und Elektrogeräte sowie Fahrzeuge antreiben. Deshalb fragen wir Cindrić, ob kroatische Hersteller eine wichtige Rolle bei der Schaffung von Batterien einer neuen Ära spielen können.

– Wir arbeiten derzeit an einem Batterypack für ein Projekt, das das beste Verhältnis von Leistung zu Masse auf dem Markt haben wird. Leider können wir nicht über die Details sprechen, aber ja, wir können mit globalen Herstellern bei der Schaffung von Batterien einer neuen Ära konkurrieren – behauptet er.

Sein Optimismus ist lobenswert und schließlich, warum sollten wir nicht versuchen, so etwas zu produzieren? Wir gehen davon aus, dass wir das Wissen haben, aber der andere, ebenfalls wichtige Faktor ist Geld. Deshalb schlägt Dr. Javor Škare, stellvertretender Direktor für technische Angelegenheiten bei Končar Electronics und Informatics, eine andere Richtung für kroatische Hersteller vor. Es ist ein komplexer Prozess, der, so sagt er, die kontinuierliche und langfristige Entwicklung neuer Arten von elektrochemischen Quellen elektrischer Energie umfasst.

– Klassische Arten von Akkumulatorbatterien, z.B. Blei, Nickel-Cadmium, sind für diese Anwendungen nicht die geeignetsten. Daher denke ich, dass kroatische Hersteller sich auf die Produktion von Umrichtern und komplexen Antrieben konzentrieren könnten, während Batterien von renommierten und zuverlässigen Herstellern unter Verwendung der geeignetsten Technologien bezogen werden sollten – sagt Škare.

Für den Moment sprechen wir von Anlagen mit einer Leistung von einem bis 50 Megawatt mit der Möglichkeit, fünf bis 250 Megawattstunden elektrischer Energie zu speichern, die zur Frequenzregelung, Spannungsstabilisierung, Regelung der Blindleistung und Spannung, zum Ausbalancieren von Lastdiagrammen, zum ‚Abflachen‘ von Spitzenlasten und zur Bereitstellung von Notstrom für große Industrieanlagen dienen.

Große Anlagen

Die Nutzung großer Batteriewerke zur Stromspeicherung wächst weltweit kontinuierlich. Škare sagt, dass ihre Anwendung als Unterstützung für den Betrieb von Windparks und Photovoltaikanlagen besonders interessant ist, und es ist auch interessant, dass die während des reduzierten Verbrauchs gespeicherte Energie, erklärt er, zur Stabilisierung der Stromlieferung dient. So kann sie vollständig mit der täglichen Wettervorhersage abgestimmt werden.

– Der Anstoß zur Erhöhung der Nutzung großer Batteriewerke war auch die Entwicklung der Technologie in den letzten zwanzig Jahren. Auf dem heutigen Stand der technologischen Entwicklung sind Batterien mit den besten Eigenschaften für die Anwendung in großen Batteriewerken Natrium-Schwefel- und Vanadium-Redox-Batterien. Natrium-Schwefel-Batterien wurden an Hunderten von Standorten weltweit installiert, und die installierte Leistung aller Anlagen übersteigt 400 Megawatt. Die jährliche Produktion dieser Art von Batterie steigt ständig und liegt derzeit bei 150 Megawatt. Vanadium-Redox-Batterien wurden noch nicht in so vielen Anlagen installiert, aber die Ergebnisse, die nach ihrer Installation in mehreren Batteriewerken erzielt wurden, haben gezeigt, dass man sich auf sie verlassen kann, insbesondere zur Unterstützung des Betriebs erneuerbarer Quellen – sagt Škare.

Was sagt die Wissenschaft dazu? Natürlich viel, denn ohne sie kann die Entwicklung von Batterien einer neuen Ära nicht einmal vorgestellt werden. Wir besuchten die Fakultät für Elektrotechnik und Informatik in Zagreb, um mit Prof. Davor Grgić zu sprechen, der sich mit Energie beschäftigt. Er verwies uns an seinen Kollegen Dr. Hrvoje Pandžić, der unter anderem mit Energiespeicherung beschäftigt ist, wozu Batterien gehören. In unserem Gespräch sagte er uns, dass angesichts der Natur neuer Technologien und unseres aktuellen Standes es sehr unwahrscheinlich ist, dass wir aktiv an der Entwicklung einer neuen Generation von Batterien teilnehmen könnten, was, wie wir gesehen haben, auch Škares Haltung ist. Er bemerkte, dass die Möglichkeiten im Energiebereich breiter betrachtet werden müssen, um zu verstehen, worum es geht.

Systemregulator

– Energiespeicherung und Batterien als Teil davon werden jetzt hauptsächlich mit der Sicherstellung des Gleichgewichts zwischen Stromproduktion und -verbrauch im Stromsystem und zunehmend mit der Speicherung von aus erneuerbaren Quellen erzeugter Energie in Verbindung gebracht, deren erzeugte Leistung extrem wetterabhängig ist. Ein weiterer Aspekt, der nicht unbedingt vom ersten getrennt ist, ist der Übergang zu Elektrofahrzeugen – sagt Professor Grgić.
Wir baten Dr. Hrvoje Pandžić, einen Assistenzprofessor am FER, die Verwendung dieser Batterien in einfacheren Worten zu erklären. Wir waren an ihrer Anwendung in Windparks und Photovoltaikanlagen sowie an der Anpassung des Verbrauchs gemäß der Wettervorhersage interessiert, die Škare erwähnt hat. Pandžić geht davon aus, dass es sehr wichtig ist zu wissen, dass eine ständige Gleichheit von Stromproduktion und -verbrauch notwendig ist. Der Systembetreiber weiß aufgrund von Erfahrungen und Wettervorhersagen sehr gut, wie sich der Verbrauch im Laufe des Tages ändern wird.

– Wenn wir jedoch unkontrollierbare erneuerbare Energiequellen wie Wind und Sonne auf der Produktionsseite haben, sind die Manövriermöglichkeiten geringer, da weniger kontrollierbare Kraftwerke in Betrieb sind, die ausgeglichen werden müssen, ebenso wie der Verbrauch, aber auch unkontrollierbare Quellen. Daher wird von konventionellen oder kontrollierbaren Generatoren wie Gas, größeren Wasserkraftwerken und thermischen Einheiten viel mehr Flexibilität erwartet als zuvor. Darüber hinaus ist das Problem, dass die Windgeschwindigkeit und damit die Produktion von Windparks relativ schnell und scharf schwankt, sodass die Idee, eine Energiespeicherung zu haben, die aufgeladen wird, wenn wir viel in Windparks produzieren und/oder einen plötzlichen Anstieg verzeichnen, und im umgekehrten Fall entleert wird, attraktiv erscheint. Umkehrbare Pumpspeicherkraftwerke, wie das RHE Velebit, sind eine sehr gute Option, aber sie sind durch geografische Standorte begrenzt, daher entsteht die Idee, große Hochleistungsbatterien in das Stromsystem zu integrieren, um ein System mit vielen Windparks zu regulieren – erklärt Pandžić.

Batteriespeicherung

Solche Batterien mit einer Kapazität von 70 Megawattstunden wurden bereits in Italien installiert, und das FER hat ein ähnliches Projekt mit dem kroatischen Übertragungsnetzbetreiber. Er sagt, dass für uns die interessanteste Massenproduktion von Elektroautos weitgehend von den Herstellern von Lithium-Ionen-Batterien abhängt, oder besser gesagt von den Kosten der Produktion dieser Batterien.

– Um den Preis so niedrig wie möglich zu halten, wird die Massenproduktion angestrebt, was der Hauptgrund für die Existenz von Teslas Megafabrik für Lithium-Ionen-Batterien ist. Nämlich, obwohl es noch Dinge gibt, die fraglich sind, wird die globale Produktion von Lithium-Ionen-Batterien nach ihrer Inbetriebnahme sich verdoppeln. Auch in China werden Fabriken gebaut, wenn auch etwas weniger. Alles in allem können kroatische Hersteller nicht mit globalen Herstellern konkurrieren, da sie die Produktion nicht steigern können, während sie gleichzeitig die Kosten senken, aber auch aufgrund des Zugangs zu Herstellern von Elektrofahrzeugen – sagt Pandžić.

In ihnen sind Energiedichte und Lebensdauer zufriedenstellend und sie sind äußerst beliebt in der Unterhaltungselektronik und bei Elektroautos. In etwa zehn Jahren, sagt Pandžić, kann mit einem etwas höheren Anteil an Elektrofahrzeugen gerechnet werden, obwohl Standardfahrzeuge weiterhin dominieren werden. Allerdings, wie er ausdrückte, werden Elektrofahrzeuge nicht ‚exotisch‘ sein, sodass es mehr Hersteller geben wird, da auch kleinere Unternehmen sie relativ leicht konstruieren können.

– Im Stromsystem können wir aufgrund politischer und umweltlicher Druck für eine weitere Integration erneuerbarer Quellen sicherlich mit dem Auftreten von Batteriespeichern rechnen. In Kroatien haben wir keine größeren Engpässe im Übertragungsnetz, aber Batteriespeicher können auf der Ebene des Verteilungsnetzes erwartet werden. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass die Frage des Eigentums an solchen Batteriespeichern im Stromnetz im Marktumfeld, das wir in Kroatien haben, noch nicht rechtlich geklärt ist, sodass Vorschriften entwickelt werden müssen und diese Speichereinheiten in einen bestimmten Kontext eingeordnet werden müssen – schließt Pandžić.