Neuer Energiespeicher 24.09.2021, 11:26 Uhr

Schwerkraftspeicher: Wie aus Kränen und Beton eine Batterie wird

Das Schweizer Unternehmen Energy Vault hat eine Batterie entwickelt, die auf die Lageenergie massiver Betonplatten setzt. Dabei ist die Realisierung im Vergleich zu anderen Giga-Batterien nicht nur kostengünstiger, sondern auch umweltfreundlicher.

Batterie der Zukunft setzt auf Beton. Foto: Energy Vault

Batterie der Zukunft setzt auf Beton.

Foto: Energy Vault

Inzwischen gibt es viele Technologien, die die Kraft erneuerbarer Energiequellen wie Sonne, Wind oder Wasser in elektrische Energie umwandeln können. Ein großer Nachteil dessen ist es jedoch, dass diese Art der Stromgewinnung im Gegenzug zu fossilen Energieträgern an äußere Einflüsse gebunden ist. Kohle, Erdöl und Co. können zu jeder Zeit und je nach Bedarf Energie an das Stromnetz abgeben. Das ist beim Thema erneuerbare Energien nicht immer so einfach. Um auch diese Quellen ökonomisch nutzen zu können, ist es vonnöten, überschüssige Energie sinnvoll speichern zu können. In manchen Gegenden der Welt kommen dazu riesige Batteriespeicher zum Einsatz. Jedoch werden dafür seltene Rohstoffe, wie zum Beispiel Lithium und Kobalt benötigt.

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Ingenieure des Schweizer Technologieunternehmens Energy Vault verfolgten einen anderen Ansatz zur Speicherung überschüssiger Energie. Mit Erfolg. Das Aussehen der Erfindung besticht durch ein schlichtes und pragmatisches Design und besteht im Wesentlichen nur aus einer Art Krangebilde, sich stapelnden Beton-Gewichten und Generatoren. Bereits 2017 stellte das Team das Konzept vor und verbrachte die letzten Jahre damit, einen funktionsfähigen Prototyp zu konstruieren.

Alternative Batterie: Physikalischer Ansatz und Finanzierung

Im Grunde genommen beruht die Erfindung der Schweizer Ingenieure auf dem physikalischen Prinzip der Lageenergie, ähnlich wie bei einem Wasserkraftwerk. Der eigentliche Vorgang ist simpel beschrieben: Wird Energie gespeichert, werden die Blöcke angehoben. Sollte es zu einer Flaute im Stromnetz kommen, treiben die Gewichte beim Herabsinken die Generatoren an, um auf diese Weise weiterhin Energie erzeugen zu können.

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Was zunächst nur belächelt wurde, fand dennoch großen Zuspruch in Hinblick auf die Finanzierung. Sponsoren investierten zunächst eine Gesamtsumme von 100 Millionen Dollar, im späteren Verlauf des Projekts kamen weitere 110 Millionen hinzu. Ende letzten Jahres stellte das Technologieunternehmen dann den geplanten Prototypen im schweizerischen Bellinzona fertig. Dieser soll künftig an seinem Standort für seinen Erfindungszweck zum Einsatz kommen.

Batterie-Leistung in Zahlen

Das Gute vorweg: Der Schwerkraftspeicher ist in der Lage, insgesamt bis zu 80 Megawattstunden zu speichern. Die Speicherdauer beträgt dabei etwa 8 bis 16 Stunden. Das bedeutet allerdings auch, dass die gespeicherte Energie nur kurze Flauten überdauern und damit nicht als Langzeitspeicher dienen kann. Es ist also nicht möglich, die Sonnenenergie des Sommers bis über den Winter hinweg einzulagern, um sie dann abzurufen.

Jedoch kann die am Tag gewonnene Energie in der Nacht schrittweise in das Stromnetz eingespeist werden. Laut Energy Vault werden die Kräne durch einen Algorithmus bewegt, der dafür sorgt, dass die Energieeffizienz bei mindestens 90% liegt.

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Ein weiterer Vorteil sei die geringe Anlaufzeit (Latenz) von nur 2,9 Sekunden, um ein 100-prozentiges Leistungsvolumen abrufen zu können. Darüber hinaus spielt auch die Lage des Schwerkraftspeichers keine entscheidende Rolle. Es ist also keine spezielle Umgebung notwendig, um die Riesen-Akkus zu errichten und zu betreiben. Lediglich ausreichend Platz sollte vorhanden sein.

Batteriespeicher aus grünen Rohstoffen

Die Rohstoffe, die zur Errichtung der Schwerkraftspeicherplattform benötigt werden, sind im Großen und Ganzen auch mit dem Thema Umwelt vereinbar. Die rund 5.000 Betonblöcke, die pro Kran benötigt werden und ein Gesamtgewicht von rund 35 Tonnen aufweisen, werden aus alternativem Zement und Abfallstoffen hergestellt. Sollten diese nicht mehr benötigt werden, lassen sich die Gewichte sogar umweltfreundlich recyceln.

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Die Kräne selbst messen eine Höhe von ungefähr 100 Metern und benötigen eine Fläche von der ungefähren Größe eins Fußballfeldes. Der Schwerkraftspeicher schlägt mit rund 8 bis 10 Millionen Dollar zu Buche und ist damit im Vergleich zu anderen Giga-Batterien relativ kostengünstig. Als Äquivalent mit einer Speicherkapazität von ebenfalls 80 Megawatt kann Teslas Mira-Loma-Substation in Ontario (Kalifornien, USA) dienen. Die Errichtung des Stromspeichers wurde mit 40-45 Millionen US-Dollar veranschlagt. Die genauen Kosten, die das Projekt verschlang, sind der Öffentlichkeit bis heute nicht bekannt.

Altes Konzept für Batterie der Zukunft

Die Inspiration der Erfindung greift im Wesentlichen wie bereits angeschnitten auf ein bereits bestehendes Konzept zurück, das speziell in Gebirgs-Wasserkraftwerken zum Einsatz kommt. Dort wird überschüssig erzeugter Strom dazu genutzt, Wasser in höhere Lagen zu befördern, um einen höheren Wasserdruck zu generieren, der durch die Freisetzung der potenziellen Energie bei Bedarf Generatoren antreibt.

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Dennoch könnte die Kombination im Zusammenspiel mit weiteren wichtigen Faktoren zu einer Kehrtwende in der Relevanz der Speicherung von Energie aus erneuerbaren Quellen führen. Dafür spricht beispielsweise die lange Lebensdauer des Lageenergiespeichers. Mit rund 30 bis 60 Jahren können riesige Massen an Energie, die über herkömmliche Methoden verloren gehen würden, gespeichert und gestaffelt in das Stromnetz abgegeben werden.

Im Jahr 2020 wurde Energy Vault vom World Economic Forum zum wichtigsten Start-up-Unternehmen des Jahres ernannt. Die ersten kommerziellen Batterie-Anlagen sollen noch im Laufe dieses Jahres in verschiedenen Teilen des Globus errichtet werden, darunter beispielsweise Australien, die USA und auch Europa.

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Ein Beitrag von:

  • Silvia Hühn

    Porträt Silvia Hühn

    Silvia Hühn ist freie Redakteurin mit technischem Fokus. Sie schreibt unter anderem über die Rekorde dieser Welt und verfasst Ratgeber.

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