SPRIND finanziert Validierung umweltfreundlicher Redox-Flow-Batterien
Junges Innovatorinnenteam: Nach dem Abi zu SPRIND
Die dringend nötige Energiewende gehört seit längerem zu den Kernthemen der deutschen Politik. Um die erste CO2-neutrale Nation zu werden, muss Deutschland auf die Nutzung von fossilen Energieträgern verzichten. Eine gute Alternative stellt der Umstieg auf erneuerbare Energien dar, jedoch reicht ihr alleiniger Ausbau nicht aus: Sie liefern nur fluktuierenden Strom und somit ein instabiles Netz. Ein Beispiel dafür ist die Dunkelflaute, also Tage, an denen keine Sonne scheint und Windräder sich aufgrund fehlenden Windes nicht drehen. Allein im Jahr 2022 gab es insgesamt 42 Tage, an denen der Beitrag der erneuerbaren Energien am gesamten Strombedarf weniger als 20 Prozent betrug. Hier rücken moderne Speichertechnologien in den Vordergrund. Ihre Aufgabe ist es, überschüssigen Strom während einer Produktionsspitzenzeit zu speichern, und diesen in Lastspitzenzeiten wieder an das Netz abzugeben.
Doch es existiert keine Speichertechnologie, die die Bedürfnisse des Marktes ausreichend stillen kann – bis jetzt. Die SPRIND unterstützt seit Beginn dieses Jahres ein Projekt zur Entwicklung eines neuen Großspeichers. Die Erfindung der jungen Gründerinnen Mariella Benkenstein und Marit Kock beruht auf der schon für die Energiespeicherung bekannten Redox-Flow-Technologie.
In einer Redox-Flow-Batterie zirkulieren Elektrolyte in zwei durch eine Membran voneinander getrennten Kreisläufen und werden jeweils oxidiert oder reduziert. Nach der Reaktion werden die Elektrolyte in separaten Tanks gespeichert. Da der geladene Elektrolyt getrennt von der Elektrode gelagert wird, weist der Akkumulator eine sehr geringe Selbstentladung und einen äußerst geringen Verschleiß auf. Die räumliche Trennung ermöglicht auch die separate Skalierbarkeit von Leistung und Kapazität. Aufgrund ihrer Konstruktion eignen sich auch bisherige Redox-Flow-Batterien hervorragend als Groß- und Langzeitspeicher.
Doch es existiert keine Speichertechnologie, die die Bedürfnisse des Marktes ausreichend stillen kann – bis jetzt. Die SPRIND unterstützt seit Beginn dieses Jahres ein Projekt zur Entwicklung eines neuen Großspeichers. Die Erfindung der jungen Gründerinnen Mariella Benkenstein und Marit Kock beruht auf der schon für die Energiespeicherung bekannten Redox-Flow-Technologie.
In einer Redox-Flow-Batterie zirkulieren Elektrolyte in zwei durch eine Membran voneinander getrennten Kreisläufen und werden jeweils oxidiert oder reduziert. Nach der Reaktion werden die Elektrolyte in separaten Tanks gespeichert. Da der geladene Elektrolyt getrennt von der Elektrode gelagert wird, weist der Akkumulator eine sehr geringe Selbstentladung und einen äußerst geringen Verschleiß auf. Die räumliche Trennung ermöglicht auch die separate Skalierbarkeit von Leistung und Kapazität. Aufgrund ihrer Konstruktion eignen sich auch bisherige Redox-Flow-Batterien hervorragend als Groß- und Langzeitspeicher.
Die große Neuerung der beiden Erfinderinnen beruht auf der Wahl der Elektrolyte. Sie verwenden statt umweltschädlichem Vanadium lediglich Kohlenstoffdioxid und Wasser – Rohstoffe, die weder begrenzt noch in hohem Maße umweltschädlich sind.
„Unser Elektrolyt besteht aus gasförmigem CO2 am Pluspol und aus Wasser am Minuspol der Batterie. Beim Ladevorgang wird das CO2 mit dem Strom zu einem energiereicheren Stoff umgesetzt. So wandeln wir elektrische Energie in chemische um. Beim Entladevorgang wird die gespeicherte Energie dann wieder freigesetzt und es entsteht wieder CO2. Der Vorgang kann dann bis zu 20.000 Mal wiederholt werden“, erklärt Mariella Benkenstein. Des Weiteren ist die Batterie der Selbst- und Tiefenentladung gegenüber resistent. Anders als Lithium-Ionen-Akkumulatoren oder Vanadium-Redox-Flow-Batterien funktioniert ihre Batterie metallfrei und ist damit umweltfreundlich und kommt ohne die Verwendung von kritischen Rohstoffen aus. Speziell ausgewählte und erforschte Katalysatoren ermöglichen schnell ablaufende Reaktionen und damit eine hohe Sensitivität des Systems gegenüber Stromschwankungen im Netz.
Überdies bietet die Redox-Flow-Batterie die 20- bis 50-fache Energiedichte eines Lithium-Ionen-Akkumulators. Dadurch benötigt die Batterie weniger Platz und ist unabhängiger von Standortfaktoren. So könnte sie auch als Heimspeicher unter der häuslichen Photovoltaik-Anlage ihre Arbeit verrichten. Gleichzeitig kann sie in einer anderen Konstruktion aber auch als Zwischenspeicher bei Wind- und Solarparks dienen oder auch als Plug-in-System auf einem Container unkompliziert dorthin gebracht werden, wo die Speicherkapazität gerade benötigt wird.
Überdies bietet die Redox-Flow-Batterie die 20- bis 50-fache Energiedichte eines Lithium-Ionen-Akkumulators. Dadurch benötigt die Batterie weniger Platz und ist unabhängiger von Standortfaktoren. So könnte sie auch als Heimspeicher unter der häuslichen Photovoltaik-Anlage ihre Arbeit verrichten. Gleichzeitig kann sie in einer anderen Konstruktion aber auch als Zwischenspeicher bei Wind- und Solarparks dienen oder auch als Plug-in-System auf einem Container unkompliziert dorthin gebracht werden, wo die Speicherkapazität gerade benötigt wird.
Es begann mit Jugend forscht
Mariella Benkenstein und Marit Kock begannen 2019 bereits zu Schulzeiten im Rahmen eines Jugend-Forscht-Projektes, die Technologie zu entwickeln. Innerhalb von drei Jahren trieben sie ihre Forschung so weit, dass sie 2021 anfingen, erstes externes Interesse für ihre Arbeit zu generieren.
„Unsere Schule hat uns immer sehr unterstützt. Gerade unser Schulleiter und natürlich unsere Lehrerinnen und Lehrer haben uns immer bestärkt und an uns geglaubt, auch wenn es gerade mal nicht so gut lief“, erzählt Marit Kock. Im Jahr 2022 beschlossen sie dann, sich bei der SPRIND zu bewerben – seit Januar 2023 wird ihr Projekt von der Bundesagentur im Rahmen eines Validierungsauftrags finanziert: „Wir sind der SPRIND sehr dankbar, dass sie das Potential unserer Idee erkennt. Das ist eine Riesenchance und eröffnet uns die Möglichkeit, uns direkt nach unserem Abitur im vergangenen Jahr völlig auf unsere Technologie zu konzentrieren.“
„Unsere Schule hat uns immer sehr unterstützt. Gerade unser Schulleiter und natürlich unsere Lehrerinnen und Lehrer haben uns immer bestärkt und an uns geglaubt, auch wenn es gerade mal nicht so gut lief“, erzählt Marit Kock. Im Jahr 2022 beschlossen sie dann, sich bei der SPRIND zu bewerben – seit Januar 2023 wird ihr Projekt von der Bundesagentur im Rahmen eines Validierungsauftrags finanziert: „Wir sind der SPRIND sehr dankbar, dass sie das Potential unserer Idee erkennt. Das ist eine Riesenchance und eröffnet uns die Möglichkeit, uns direkt nach unserem Abitur im vergangenen Jahr völlig auf unsere Technologie zu konzentrieren.“
SPRIND PODCAST #52: MARIELLA BENKENSTEIN UND MARIT KOCK
Vom 27. März 2023
Was ist eine Redox-Flow-Batterie? Wie kann sie die Kosten für die Speicherung von Energie radikal senken? Und warum könnten ausgerechnet zwei 19-jährige Abiturientinnen aus Schleswig-Holstein einen entscheidenden Beitrag zum technischen Durchbruch leisten? Unser Host Thomas Ramge spricht mit Mariella Benkenstein und Marit Kock, Gründerinnen eines Batterie-Start-ups.
Zur Podcastfolge
Was ist eine Redox-Flow-Batterie? Wie kann sie die Kosten für die Speicherung von Energie radikal senken? Und warum könnten ausgerechnet zwei 19-jährige Abiturientinnen aus Schleswig-Holstein einen entscheidenden Beitrag zum technischen Durchbruch leisten? Unser Host Thomas Ramge spricht mit Mariella Benkenstein und Marit Kock, Gründerinnen eines Batterie-Start-ups.
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