Weltenergiespeichertag rückt Kreislaufwirtschaft in den Mittelpunkt

Mit dem Wachstum der erneuerbaren Energien und der Elektrofahrzeuge ist die Energiespeicherung der Schlüssel für das zukünftige Strom- und Energieökosystem
Der Weltenergiespeichertag wird jedes Jahr am 22. September von Branchenvertretern, politischen Entscheidungsträgern, Denkfabriken und Verbänden begangen, um seine globale Bedeutung zu würdigen.

Angesichts der zunehmenden Bedeutung der effektiven Integration erneuerbarer Energien, der Wichtigkeit von Elektrofahrzeugen und einer zuverlässigen, belastbaren Energieversorgung wird die Energiespeicherung zu einem integralen Bestandteil des zukünftigen Strom- und Energie-Ökosystems. Klicken Sie hier, um die Sitzungen live zu verfolgen (nach Anmeldung).

Die Energiespeicherung ist eine wichtige Voraussetzung für die fortschreitende Elektrifizierung kohlenstoffintensiver Sektoren, insbesondere der Automobil- und Energiebranche. Die Entwicklungen werden durch die zunehmende Verbreitung von Elektrofahrzeugen und den Ausgleich von Stromnetzen mit erneuerbaren Energien vorangetrieben, um Strom in Zeiten geringer Sonnen- und Windeinstrahlung bereitzustellen.

Energiedichte Batterietechnologien wie Lithium-Ionen haben neue Wege für tragbare elektronische Geräte, Elektromobilität und stationäre Speicher eröffnet. IDTechEx hat prognostiziert, dass die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien allein für Elektrofahrzeuge über 2500 GWh erreichen wird. Die Einführung von Lithium-Ionen-Batterien ist jedoch nicht ohne Kosten verbunden, und sie werfen nach wie vor sowohl technologische als auch ökologische Probleme auf.

Recycling und die Kreislaufwirtschaft

Die Gewinnung von Kobalt und Lithium für Lithium-Ionen-Batterien ist alles andere als umweltfreundlich. Das meiste Kobalt stammt aus Minen in der Demokratischen Republik Kongo, wo die Umweltverschmutzung durch den Bergbau noch durch Menschenrechtsverletzungen verstärkt wird.

Der Lithiumabbau hat große Auswirkungen auf Regionen mit knappen Wasserreserven, da für den Abbau große Mengen Wasser benötigt werden. Die herkömmliche Lieferkette für Batterien hat noch weitere Auswirkungen auf die Umwelt, wenn man den Land- und Seeweg bedenkt, den einige Materialien zurücklegen, bevor sie den Hersteller der Batteriezellen erreichen und zu fertigen Produkten verarbeitet werden.

Das Recycling löst dieses Problem, indem es den Kreislauf in der Lieferkette „schließt“. Unternehmen können wertvolle Metalle aus Altbatterien und Schrott aus der Batterieherstellung zurückgewinnen und entwickeln dazu derzeit umweltfreundlichere Verfahren.

Die von IDTechEx untersuchten Recycler, darunter Battery Resourcers und American Manganese, setzen in ihren hydrometallurgischen Verfahren Säurelaugung und Lösungsmittelextraktion ein. Diese Verfahren haben einen geringeren Energiebedarf als rein pyrometallurgische Techniken, die von den Recyclern in der Vergangenheit eingesetzt wurden und bei denen das Metall eingeschmolzen wird, was zu Wertverlusten führt. Diese Lösung kann weiter optimiert werden, indem Batterierecyclinganlagen mit Produktionsanlagen zusammengelegt werden, um mehr Recycling von Produktionsabfällen zu ermöglichen.

Die zunehmende Kreislaufwirtschaft in der Lieferkette von Lithium-Ionen-Batterien wird die Umweltbedenken in Bezug auf diese Technologie verringern. Es müssen jedoch noch weitere Maßnahmen ergriffen werden, um die Nachhaltigkeit der Metallgewinnung für Batterien zu verbessern, bis ausreichende Mengen im Versorgungsnetz zirkulieren. Da sich die Batteriechemie weiterentwickelt, müssen die Recycler ihre Prozesse entsprechend anpassen, und die Verschwendung unerwünschter Metalle könnte unvermeidlich sein.

Fortgeschrittenes Lithium und darüber hinaus

Lithium-Ionen-Batterien stoßen langsam an ihre Leistungsgrenzen. Es gibt immer einen Kompromiss zwischen Energie, Leistung und Zykluslebensdauer. Lithium-Ionen-Batterien sind eine relativ gut entwickelte Technologie, aber Alternativen wie Festkörper-, Natrium-Ionen- und Redox-Flow-Batterien bringen neue Innovationen in diesen Bereich.

Bei Festkörperbatterien wird der entflammbare flüssige Elektrolyt durch feste Alternativen ersetzt, wodurch sicherere Batterien entstehen. Im Allgemeinen sind die beliebtesten Typen Oxid-, Sulfid- und Polymersysteme, aber es gibt noch verschiedene andere Lösungen, die jeweils ihre eigenen Vor- und Nachteile haben.

Sie können mit Hochspannungskathodenmaterialien und Lithium-Metall-Anoden mit hoher Kapazität kompatibel sein, was es ermöglicht, die Energiedichte über 1000 Wh/L hinaus zu erhöhen und die Sicherheit zu verbessern. IDTechEx prognostiziert, dass der Markt für Festkörperbatterien die Lieferkette beeinflussen und bis 2031 ein Volumen von über 8 Milliarden US-Dollar erreichen wird. Weitere Einzelheiten zu Festkörperbatterien finden Sie im IDTechEx-Bericht Solid-State and Polymer Batteries 2021-2031: Technology, Forecasts, Players.

Neben Lithium haben Natrium-Ionen-Batterien in letzter Zeit an Interesse gewonnen, was zum Teil auf den öffentlichen Eintritt von CATL in den Natrium-Ionen-Markt zurückzuführen ist. Diese Batterien haben das Potenzial, eine hohe Rate und eine lange Zykluslebensdauer zu erreichen. Da Natrium jedoch ein größeres Ion ist, ist die Energiedichte geringer, obwohl die gravimetrische Energiedichte von Natrium-Ionen-Zellen mit der von Lithium-Ionen-Batterien des Typs LFP vergleichbar sein kann.

Im Vergleich zu Lithium ist Natrium leichter verfügbar und demokratisch über die Welt verteilt. Ein weiterer Vorteil der Natrium-Ionen-Batterie besteht darin, dass sie nach ähnlichen grundlegenden Funktionsprinzipien wie die Lithium-Ionen-Batterie funktioniert, so dass die Kommerzialisierung beschleunigt werden kann, wenn die Erkenntnisse aus der Lithium-Ionen-Entwicklung übertragen werden können.

Redox-Flow-Batterien (RFBs) sind eine ungiftige und nicht entflammbare stationäre Speicheralternative zu Lithium-Ionen-Batterien, bei der Leistung und Energie unabhängig voneinander skaliert werden können. Aufgrund dieses höheren Sicherheitsniveaus in Verbindung mit einer längeren Zykluslebensdauer und einer besseren Eignung für die Langzeitspeicherung rechnet IDTechEx mit einer breiten Einführung von RFBs gegen Ende des nächsten Jahrzehnts, wie in Redox-Flow-Batterien 2021-2031 beschrieben.

In der Vergangenheit hatten es RFBs schwer, mit den etablierten Lithium-Ionen-Batterien zu konkurrieren. Dies ändert sich jedoch, und in diesem aktualisierten Bericht erläutert IDTechEx die mögliche Rolle, die die Redox-Flow-Batterie in der Zukunft spielen wird, und geht darauf ein.

Mehr Arbeit an Leistungsmetriken

Die Lithium-Ionen-Batterie hat sich als Schlüsseltechnologie und Wegbereiter der Energiewende etabliert, ist aber keine vollständige Lösung. Es müssen weitere Fortschritte bei der Entwicklung einer Kreislaufwirtschaft und bei der Bewältigung der konkurrierenden Faktoren in Lithium-Ionen-Batterien erzielt werden, um die Leistungskennzahlen weiter zu verbessern. Auch andere Energiespeichertechnologien als Lithium-Ionen-Batterien können eine Rolle spielen, insbesondere für stationäre Energiespeichersysteme.