Die heißeste Batterie der Welt

Fourth Power, ein von MIT abgespaltenes Startup, bereitet sich darauf vor, eine kommerzielle Wärmebatterie auf den Markt zu bringen, die Strom als Wärme in massiven Kohlenstoffblöcken speichert, die auf ungefähr 4.350 Grad Fahrenheit erhitzt werden — fast die Hälfte der Temperatur der Sonnenoberfläche. Die Technologie, die von MIT-Wärmeübertragungsprofessor Asegun Henry entwickelt wurde, stellt einen grundlegend anderen Ansatz zur Energiespeicherung im Netzmaßstab dar, der erhebliche Kosten- und Dauer-Vorteile gegenüber Lithium-Ionen-Batterien für langfristige Anwendungen bieten kann.

Der Name des Unternehmens kommt aus dem Stefan-Boltzmann-Gesetz: Bei diesen extremen Temperaturen erhöht sich die Lichttransmission um den Faktor 16 — zur vierten Potenz — wenn die Wärme verdoppelt wird, was die Effizienz, mit der Wärme durch thermophotovoltaische Zellen zurück in Strom umgewandelt wird, dramatisch verbessert.

Wie Wärmespeicherung funktioniert

Das System arbeitet nach einem konzeptionell einfachen, aber technisch anspruchsvollen Prinzip. Wenn überschüssiger Strom verfügbar ist — von Solarpanels am Mittag oder Windkraftanlagen in Zeiten geringer Nachfrage — werden die Kohlenstoffblöcke mithilfe von elektrischem Widerstand erhitzt. Der Kohlenstoff wird in einer isolierten Hülle gehalten, wo er thermische Energie mit einem Verlust von nur etwa einem Prozent pro Tag speichert.

Wenn Strom benötigt wird, strahlen die heißen Kohlenstoffblöcke intensive thermische Strahlung aus. Diese Strahlung wird von thermophotovoltaischen Zellen eingefangen — spezialisierte Halbleiter, die Wärmestrahlung in Strom umwandeln und wie Solarpanels funktionieren, aber für Wärmeenergie. Die TPV-Zellen wandeln die Strahlung mit einer Effizienz von über 40 Prozent in Strom um — ein Rekord, den Henrys Team unter Laborbedingungen nachgewiesen hat. Der Wärmeaustausch zwischen den Kohlenstoffblöcken und den TPV-Zellen wird durch ein System von geschmolzenen Zinnpumpen verwaltet — eine Innovation, die Henry 2017 einen Guinness-Weltrekord für die heißeste Flüssigkeitspumpe einbrachte.

Warum Kohlenstoffblöcke statt Metall

Die Wahl von Graphit-Kohlenstoff als Speichermedium ist zentral für die Wirtschaft des Systems. Die meisten thermischen Speicheransätze verwenden Metalle wie Eisen oder Aluminium, die bei den für eine hocheffiziente Umwandlung erforderlichen Temperaturen teuer und strukturell problematisch werden. Graphit kann extreme Hitze ohne Schmelzen oder Korrosion standhalten, reagiert nicht mit der geschmolzenen Zinni-Wärmeübertragungsflüssigkeit und ist reichlich vorhanden und relativ kostengünstig als Rohstoff.

Diese Materialvorteil ermöglicht es Fourth Power, Speicherkosten deutlich unter Lithium-Ionen im kommerziellen Maßstab anzustreben. Das Unternehmen schätzt, dass seine Technologie in der kommerziellen Bereitstellungsskala langfristige Speicherung zu einem Bruchteil der Lithium-Ionen-Kosten bieten kann — entscheidend für den Nutzen- und Netzmaßstab-Markt, wo Dauer genauso wichtig ist wie Round-Trip-Effizienz.

Die Lücke bei der langfristigen Speicherung

Lithium-Ionen-Batterien haben die kurzfristige Netzspeicherung revolutioniert — Systeme, die Energie für zwei bis vier Stunden speichern müssen, um Schwankungen bei erneuerbaren Energien auszugleichen. Da sich das Netz jedoch zunehmend auf Solar- und Windenergie stützt, wächst der Bedarf an Speicherung für mehrtägige Phasen niedriger Stromerzeugung. Das System von Fourth Power ist speziell für diese Lücke konzipiert: Eine Basiskonfiguration bietet 10 Stunden Speicherung, und das Hinzufügen weiterer Speichermodule erweitert die Dauer linear. Eine vollständig ausgestattete Installation würde 25 Megawatt Leistung und 250 Megawattstunden Speicherung bieten.

Das Unternehmen plant, später in 2026 ein Pilotsystem mit einer Megawattstunde zu demonstrieren, gefolgt von vollständigen kommerziellen Bereitstellungen, wenn die Technologie in großem Maßstab validiert wird. Wenn die Demonstration die geplanten Kosten und die Leistung bestätigt, könnte Wärmespeicherung bei diesen Temperaturen ein Schlüsselteil der Infrastruktur werden, die erneuerbare Energie über Jahreszeiten und Wettermuster hinweg zuverlässig macht — die lange gesuchte Lösung für das Intermittenzproblem, das die zentrale Herausforderung der Energiewende war.

Dieser Artikel basiert auf Berichten von Interesting Engineering. Lesen Sie den ursprünglichen Artikel.