“Flüssige Batterie” könnte Speichern von Solarstrom revolutionieren
Erneuerbare Energien haben das Problem, dass sie nicht konstant verfügbar sind. Sonnenstrom lässt sich etwa nur tagsüber generieren und im Winter ist die Ausbeute deutlich niedriger als im Sommer. Speichertechnologien, wie Batterien und Wasserstoff, sollen den Energieüberschuss, der bei Sonnenschein erzeugt wird, auch dann verfügbar machen, wenn es finster ist.
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Die Universität Stanford experimentiert an einer neuen Speichertechnologie - sogenannte flüssige organische Wasserstoffträger (LOHC, Liquid Organic Hydrogen Carriers), die Wasserstoff binden können. Das Ziel ist, dass LOHCs irgendwann als "flüssige Batterien", wie es die Forschende nennen, eingesetzt werden können.
Wasserstoffgas lässt sich nur schwer lagern und transportieren. Als kleinstes Element im Periodensystem ist Wasserstoff äußerst flüchtig und kann auch durch massive Tanks und Leitungen durchdringen.
Um das Gas effizienter zu speichern, kann es verflüssigt werden. Dazu muss es entweder extrem stark gekühlt oder unter Druck gesetzt werden. Beides erfordert einen hohen Energieaufwand.
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Aceton bindet Wasserstoff und wird zu Isopropanol
Aus Wasserstoff lässt sich allerdings auch Isopropanol, also Reinigungsalkohol, herstellen. Isopropanol ist ein LOHC und lässt sich leichter lagern und transportieren.
Die Umwandlung von Wasserstoff zu Isopropanol ist nicht sehr effizient, es geht dabei viel Energie verloren. Zunächst wird aus grünem Strom via Elektrolyse Wasserstoff (H2) hergestellt, der dann mit Aceton (C3H6O) gemischt und mithilfe eines Katalysators in Isopropanol (C3H8O) umgewandelt wird.
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"Aber man will gar keinen Wasserstoff in diesem Prozess", sagt Stanford-Forscher Robert Waymouth. Denn es wäre effizienter, Isopropanol ohne diesen Zwischenschritt herzustellen. Das ist den Forscher*innen nun gelungen. Mit dem Metall Iridium als Katalysator war es möglich, Isopropanol direkt herzustellen.
Auf der Suche nach neuen Katalysatoren
Die Reaktion wurde zudem deutlich effizienter, wenn man die metallorganische Verbindung Kobaltocen als Co-Katalysator hinzufügte. Das Metall Kobalt ist allerdings bereits stark nachgefragt, da es ein gängiges Material in Batterien ist. Das Stanford-Team forscht daher an Co-Katalysatoren aus Eisen, was die Herstellung von LOHCs günstiger machen würde.
"Es handelt sich hier um Grundlagenforschung, aber wir glauben, dass wir eine neue Strategie für eine Speicherung elektrischer Energie in flüssigen Treibstoffen haben", ist Waymouth überzeugt. Dieser Brennstoff könnte dann mit einer Brennstoffzelle wieder in Elektrizität umgewandelt werden, wenn er gebraucht wird.
Wenn die Technologie reif ist, könnten damit große Mengen an Energie sehr günstig gespeichert werden, etwa direkt bei großen Solar- oder Windfarmen. Im noch größeren Maßstab könnten Energieversorger riesige solcher flüssigen Batterien errichten, in der die Energie von mehreren Farmen gebündelt wird. Damit könnten Lastspitzen im Netz ausgeglichen werden und man ist weniger von Gas-, Kohle- und Atomkraftwerken abhängig, um bei wenig Sonne und Wind den Strombedarf zu decken.