Energiespeicherung
Der Strom, den wir verbrauchen, wird klassischerweise erst kurz vor seiner Nutzung erzeugt. Die Planung des veränderlichen Energiebedarfs stellt die heutige Energieindustrie vor eine Herausforderung. Angesichts des künftigen Energiebedarfs, z. B. für die Elektromobilität, und der erneuerbaren Energien aus wetterabhängigen Quellen wie Wind, Sonne und Wellen wird der Ausgleich von Angebot und Nachfrage noch schwieriger werden.
Effizientere Technologien für die Energiespeicherung ermöglichen die Einspeisung größerer Mengen Strom aus regenerativen Quellen in die Netze und helfen so dabei, den Strom aus fossilen Energieträgern zu ersetzen. Ein breites Spektrum von Technologien zur Energiespeicherung befindet sich derzeit in unterschiedlichen Entwicklungsstadien.
Zu den Hauptkategorien zählen die mechanische Speicherung wie Pumpspeicherkraftwerke und Druckgasspeicher, thermische Speicher unter Nutzung von Wasser, Feststoffen oder Dampf sowie elektrochemische Lösungen einschließlich Batterien, die durch Technologien wie Superkondensatoren ergänzt werden können.
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Elektrochemische Energiespeicherung (Batterien und Superkondensatoren)
88 % der gesamten Patentierungstätigkeit im Bereich der Stromspeicher entfallen auf elektrochemische Erfindungen (z. B. Batterietechnik), mit sehr großem Abstand gefolgt von elektrischen (9 %), thermischen (5 %) und mechanischen (3 %) Lösungen. Das Marktwachstum bei Elektrofahrzeugen und stationären Stromspeichern macht elektrochemische Lösungen für die Zukunft noch wichtiger.
Die Internationale Energieagentur (IEA) geht in ihrem Nachhaltigkeitsszenario aus 2020 davon aus, dass wir 2040 über das gesamte Energiesystem hinweg pro Jahr eine Energiespeicherkapazität von annähernd 10 000 GWh in Form von Batterien und sonstigen Speichern benötigen werden, während heute nur rund 200 GWh verfügbar sind.
Die Patentierungstätigkeit hat sich bei einer Reihe von Erfindungen intensiviert, etwa bei Bleisäure- und Redox-Flow-Batterien und Batterien auf Nickelbasis. Angeführt wird die Innovation auf diesem Gebiet jedoch von Lithium-Ionen-Batterien mit einem Anteil an der Patentierungstätigkeit von 45 % im Vergleich zu lediglich 7,3 % für andere Chemikalien, der Rest entfällt auf Herstellungs- und technische Aspekte.
Nickel-Mangan-Kobalt (NMC) als Kathodenmaterial
Während bislang Lithium-Kobalt-Oxid eingesetzt wurde, hat sich aufgrund der Bedenken im Zusammenhang mit den Kosten und der Versorgung der Schwerpunkt auf nickel- und/oder manganhaltige Materialien (zusammen mit Lithium-Eisenphosphat oder LFP) verlagert.
Lithium-Nickel-Kobalt-Oxid mit Aluminium oder Magnesium (NCA-Mg) als Kathodenmaterial
Natrium-Ionen-Batterien
Zu den Kandidaten, die das Potenzial haben, die Anforderungen an Technologien für Hochleistungsbatterien zu erfüllen, gehören Lithium-Metall-Festkörper-, Lithium-Schwefel-, Natrium-Ionen- und sogar Lithium-Luft-Batterien, die im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien eine Verbesserung in Bezug auf Kosten, Dichte und Lebensdauer sowie eine bessere Verfügbarkeit darstellen könnten. Natrium-Ionen-Batterien beruhen auf leicht verfügbaren Basismaterialien und bieten somit potenziell eine unbegrenzte Kapazität.
Superkondensatoren
Superkondensatoren können Lithium-Ionen-Batterien durch die Abdeckung spezifischer Anforderungen ergänzen. Superkondensatoren können innerhalb von Sekunden ge- und entladen werden. Im Gegensatz zu Batterien können sie jedoch keine großen Mengen Strom speichern. Ihre Fähigkeit zur Bereitstellung von Stromschüben macht sie beispielsweise in Elektrofahrzeugen in Kombination mit anderen Batteriearten mit höherer Kapazität wertvoll.
Anorganische Feststoffbatterien
Ein großer Teil der heutigen Innovationen bei Festkörperelektrolyten ist darauf ausgerichtet, Alternativen zu den Flüssigkeiten und Polymergelen zu finden, die derzeit in Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden und sehr leicht brennbar sind. Neben einer verbesserten Sicherheit können Festkörperelektrolyten ein hohes Niveau an spezifischer Energie und gleichzeitig einen hohen Grad an Stabilität und Haltbarkeit bieten.
Redox-Flow-Batterien
Für einige Anwendungen können Redox-Flow-Batterien eine sicherere, langlebigere und skalierbare Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien darstellen. In Redox-Flow-Batterien werden poröse Elektroden eingesetzt, bei denen eine Ionenaustauschmembran die aktiven Materialien in Form von positiven und negativen flüssigen Lösungen mit redoxaktiven Spezies trennt.
Für Redox-Flow-Batterien können verschiedene Chemikalien verwendet werden, wobei Vanadium das am häufigsten eingesetzt redoxaktive Kation ist. Ihre Skalierbarkeit macht sie besonders interessant für Haushaltsanwendungen und große stationäre Anwendungen.
Batterie-Kreislaufwirtschaft
Batterie-Kreislaufwirtschaft bezieht sich auf einen systematischen Ansatz der Entwicklung, Verwendung und Handhabung von Batterien, der zum Ziel hat, den Materialwert über mehrere Lebenszyklen hinweg zu erhalten. Dies wird durch Reduzieren der Materialverluste und durch Rückgewinnung der Materialien über den gesamten Lebenszyklus der Batterien hinweg erreicht – von der Entwicklung bis zum Batterielebensende. In der Praxis bedeutet dies, beim Entwickeln der Batterie besonderen Wert auf die Langlebigkeit und einfache Zerlegung der Batterie zu legen, die Wiederverwendung in der ursprünglichen oder in anderen Anwendungen zu ermöglichen und wirksame Recyclingprozesse zu gewährleisten, mit denen wertvolle Materialien wieder der Produktion zugeführt werden können.
Im breiteren Kontext gewinnt die zirkuläre Batteriewirtschaft an Bedeutung bei der Sicherung der Verfügbarkeit von kritischen Rohstoffen, die knapp oder nur in geografisch begrenzten Gebieten vorhanden sind. Zirkuläre Ansätze stärken die Belastbarkeit der Supply Chain und tragen zum Erreichen von Nachhaltigkeits- und Produktionszielen bei, indem sie die Abhängigkeit vom primären Abbau und die ökologischen und gesellschaftlichen Folgen des Bergbaus mindern. Vor dem Hintergrund der wachsenden Nachfrage nach Batterien ist eine Kreislaufwirtschaft nicht nur eine Strategie der Abfallwirtschaft, sondern eine grundlegende Säule für einen nachhaltigen und sicheren Energiewandel. Das Recycling von Materialien zur Rückgewinnung kritischer Rohstoffe wird auch als "Urban Mining" bezeichnet.
- Vorbehandlung
Die Vorbehandlung umfasst alle Verarbeitungsschritte zwischen der Sammlung und den Hauptrecyclingprozessen. In diesem Schritt, der die Sicherheit der Batterien für die weiteren Prozesse gewährleisten soll, werden die Batterien getestet und in eine geeignete Form für die Wiederverwendung, Reparatur oder weitere Verarbeitung gebracht.
Kontrolliertes elektrisches Entladen
Beim kontrollierten elektrischen Entladen wird die verbleibende Energie aus der Altbatterie entfernt, zum Beispiel mit dedizierten Stromkreisen oder Widerständen. Es verhindert gefährliche Kurzschlüsse, die zu Überhitzung, Brand oder internen Schäden führen können, welche wiederum das nachfolgende Recycling erschweren würden.
Isolierung und Immobilisierung
Die Isolierung und Immobilisierung gewährleistet, dass die Altbatterien voneinander und von anderen leitenden Gegenständen getrennt bleiben, um die Gefahr eines Kurzschlusses zu vermeiden. Zu diesem Zweck werden Mittel wie nichtleitende Verpackungen, Klemmenabdeckungen und Verpackungsmaterialien eingesetzt, die ein Verrutschen der Batterie im Transportkasten bzw. -container verhindern.
Fernbedienungstechnologien
Fernbedienungstechnologien bezeichnen die Verwendung von Robotern oder von Werkzeugen mit großer Reichweite, damit gefährliche Batterien nicht direkt vom Arbeiter gehandhabt werden müssen. Das Aufschneiden, Öffnen oder Bewegen beschädigter Geräte kann so aus sicherer Entfernung gesteuert werden und mindert Gefährdungen durch elektrischen Schlag, Brand oder entweichende Gase.
Sicherheitstests
In Sicherheitstests während der Vorbehandlung werden die Batterien bzw. das Batteriealtmaterial vor der weiteren Behandlung untersucht. Bei diesen Tests werden beispielsweise Restspannung, Temperatur oder Gasentwicklung gemessen oder die grundlegende Zusammensetzung ermittelt. Je nach Untersuchungsergebnissen können die Geräte und Materialien dann dem geeigneten Verarbeitungsverfahren zugeführt werden und unsichere Objekte werden rechtzeitig identifiziert.
Charakterisierung von Batterietypen
Für die weitere Verarbeitung müssen auch die chemische Zusammensetzung, die Größe, die Form und der interne Aufbau der Batterie bekannt sein. Diese Informationen dienen als Leitfaden für die sichere Handhabung und Sortierung und die Wahl des am besten geeigneten Recycling- oder Wiederverwendungsweges.
Analyse des Gesundheitszustands
Bei der Analyse des Gesundheitszustands wird die verbleibende Nutzungsdauer einer Batterie ermittelt. Die Analyse beruht auf Messungen (beispielsweise der Kapazität und des Innenwiderstands der Batterie) und in einigen Fällen auch auf der Gebrauchshistorie der Batterie und dient als Grundlage für die Entscheidung, ob eine Batterie wiederverwendet, repariert oder recycelt werden sollte.
Speicherlösungen
Speicherlösungen gewährleisten die Sicherheit beim Sammeln und Verarbeiten der Batterien. Dies kann die Verwendung feuerbeständiger Container, die Trennung nach verwendeten Chemikalien und Zustand und die Lagerung in gekühlten oder überwachten Räumen zur Reduzierung der Brandgefahr umfassen.
Wiederverwendung
Durch Wiederverwendung erhalten Altbatterien ein "zweites Leben", anstatt direkt recycelt zu werden. Alte Batteriepakete aus Elektrofahrzeugen können beispielsweise auch mit herabgesetzter Leistung noch als stationäre Energiespeicher wiederverwendet werden.
Rückverfolgung
Zu den Rückverfolgungstechnologien zählen Barcodes, RFID-Transponder und digitale Produktpässe. Sie ermöglichen die Rückverfolgung der Batterie über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg, von der Herstellung bis zum Recycling. Die Rückverfolgung erleichtert die Bestimmung der Zusammensetzung und Herkunft der Batterie und die Wahl der geeigneten Handhabungs- und Verarbeitungsmethoden.
- Konditionierung
Konditionierung bezieht sich auf Verarbeitungsschritte, mit denen Batteriekomponenten zurückgewonnen oder aufgerüstet werden, sodass sie wiederverwendet werden können, statt komplett zerlegt werden zu müssen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Reparatur von Batteriezellen, der Reinigung der Stromabnehmer und der Verjüngung aktiver Materialien.
Zellenreparatur/-austausch
Bei Zellenreparatur und -austausch werden schwache oder defekte Batterien in einem Paket identifiziert und repariert oder ersetzt. Dies kann die Betriebsdauer der Pakete und Module verlängern und die Notwendigkeit eines energieintensiven Recyclings verzögern.
Relithiierung und Wiederherstellung der Kristallstruktur
Bei der Relithiierung und Wiederherstellung der Kristallstruktur wird das Kathodenmaterial "geheilt", anstatt zerlegt zu werden. Durch Wiederherstellen des verlorenen Lithiums und Reparieren beschädigter Kristallstrukturen lassen sich die ursprünglichen Eigenschaften des behandelten Materials weitgehend wiederherstellen.
Neuverpackung für stationäre Anwendungen
Nachdem sie getestet und konditioniert wurden, können die Batteriezellen zu neuen Batteriepaketen für den stationären Gebrauch, zum Beispiel für Heim- oder Netzspeicherlösungen, zusammengebaut werden. Diese Anwendungen sind weniger anspruchsvoll als Elektrofahrzeuge, sodass die Batteriezellen noch viele weitere Jahre nutzbringend verwendet werden können.
Konditionierung von Stromabnehmern
Stromabnehmer sind dünne Kupfer- und Aluminiumfolien, die den Strom in der Batterie leiten. Bei der Konditionierung werden die Beschichtungen und Fremdstoffe entfernt, damit die Metalle direkt verwendet oder verkauft werden können.
Wiedergewinnung von Graphit
Durch Entfernen des Binders und der Elektrolytrückstände lässt sich das Graphit aus den Anoden der Batterie zurückgewinnen und erneuern. Ziel ist es, Graphit zurückzugewinnen, das ausreichend rein zur Wiederverwendung in Neubatterien ist.
- Sortierung und Trennung
Bei der Sortierung und Trennung wird gemischter Batterieabfall in reinere Abfallströme unterteilt. Eine bessere Trennung ermöglicht eine höhere Qualität der zurückgewonnenen Materialien und eine effizientere anschließende chemische Behandlung.
Entfernung von Bindern und Elektrolyten
In diesem Schritt werden Polymerbindemittel in der Batterie, die aktive Pulver an den Metallfolien binden, mithilfe von Chemikalien aufgelöst. Chemikalien können auch zum Herauswaschen von Elektrolyten verwendet werden. Die Pulver und Folien sind anschließend einfacher zu trennen, sodass reinere Metalle und Ströme für aktive Materialien möglich sind.
Extraktion mit superkritischem CO2
Superkritisches Kohlenstoffdioxid – Kohlenstoffdioxid in flüssiger Form, das gleichzeitig die Eigenschaften eines Gases und einer Flüssigkeit aufweist – kann in Batteriematerialien eindringen und organische Lösungsmittel und bestimmte Salze extrahieren. Dies erleichtert das kontrollierte Entfernen von Elektrolyten aus der Batterie und ermöglicht die Zurückgewinnung des Lösungsmittels, ohne es zu verbrennen.
Zerlegung
Durch Zerlegen der Batteriepakete und -module, was oft das Entfernen von Schrauben, Schweißnähten und Steckverbindern umfasst, können reinere Ströme erzeugt werden, indem Gehäuse, Sammelschienen und Zellen getrennt werden. Dieser Prozess ist jedoch meist langsam und nur schwer automatisierbar.
Mechanische Zerkleinerung
Zerkleinerung ist der allgemeine Begriff, der das Aufteilen von Batterien in kleinere Teile durch Zerschnitzeln, Mahlen oder Zerstampfen umfasst. Hierbei werden Metalle, Kunststoffe und Pulver freigesetzt, jedoch auch miteinander vermischt, weshalb die Zerkleinerung zwingend durch anschließende Trennungsschritte ergänzt werden muss. Beim feinen Zerschnitzeln von Batterien entsteht ein oft als "schwarze Masse" bezeichnetes dunkles, körniges Material, das Lithium, Cobalt, Nickel, Mangan und Graphit enthalten kann. Diese Materialmasse kann weiterverarbeitet werden, um die separaten Stoffe zu entziehen.
- Chemische Umwandlung
Dieses Konzept umfasst Verfahren, die Altbatterien/Batterieteile oder "schwarze Masse" in aufbereitete Rohmaterialien umwandeln. In diesen Verfahren werden Metallsalze, Legierungen und raffinierte Pulver dieser Rohmaterialien erzeugt, beispielsweise Lithium, Graphit, Nickel, Cobalt oder Mangan, die dann zur Herstellung neuer Batterien oder in anderen Anwendungen verwendet werden können.
Hydrometallurgie
Bei der Hydrometallurgie wird zerkleinertes Batteriematerial mit flüssigen Chemikalien, oft Säuren mit Oxidationsmitteln, zersetzt. Metalle wie Lithium, Cobalt, Nickel und Mangan werden dann getrennt und gereinigt, üblicherweise durch Fällung und Lösemittelextraktion.
Pyrometallurgie
Pyrometallurgie bezeichnet ein Verfahren, bei dem gemischte Batterieabfälle bei hohen Temperaturen unter Zugabe von Additiven geschmolzen werden, wobei Metalllegierungen und Schlacke entstehen. Die Additive fördern den Schmelzvorgang und erleichtern das Trennen der Metalle von Verunreinigungen. Das Verfahren eignet sich gut für gemischte Rohmaterialien und erfordert nur eine relativ einfache Vorbehandlung. Es ist jedoch auch energieintensiv und bestimmte Elemente können in der Schlacke verloren gehen.
Elektrochemische Extraktion
Bei der elektrochemischen Extraktion werden Metalle durch Abscheidung an Elektroden aus Lösungen zurückgewonnen. Mit diesem Verfahren können wertvolle Metalle selektiv zurückgewonnen werden, was den Bedarf einer weiteren chemischen Trennung reduziert.
- Enabling-Technologien
Enabling-Technologien sind Vorrichtungen, Maßnahmen und Designentscheidungen, die eine wirksamere und sicherere Batteriesammlung, -trennung und -wiederverwertung ermöglichen. Diese Technologien umfassen bessere Produktdesigns, Sicherheitssysteme und Prozesskontrollen.
Kreislauffreundliches Design von Batterien und Prozessen
Das Ziel liegt hier darin, die Wiederverwendung und das Recycling der Materialien von Anfang an in der Entwicklung zu berücksichtigen. Ein kreislauffreundliches Design kann standardisierte Geräteformate, die Vermeidung schwer zu entfernender Klebstoffe, eine klare Angabe der verwendeten Chemikalien und die Definition von Prozesslayouts, die das Zerlegen erleichtern, umfassen.
Emissionsregelung
Viele Lithium-Ionen-Batterien enthalten Fluor in ihren Elektrolyten, die bei Erwärmung oder im Falle eines Brands hochkorrosive Säuren wie Flusssäure bilden können. Die Kontrolle dieser Säuren und flüchtigen Bestandteile umfasst Belüftungs- und Reinigungssysteme sowie widerstandsfähige Materialien, um ein sicheres Auffangen oder Neutralisieren der Stoffe zu ermöglichen.
Minderung von Brand- und Gasgefahren
Zum Schutz von Gefährdungen durch thermisches Durchgehen und Gasfreisetzung können Früherkennungs-, Belüftungs- und Unterdrückungsanlagen eingesetzt werden. Ziel ist es, zu vermeiden, dass eine einzige defekte Batterie einen größeren Brand oder eine Explosion verursacht, und die Luftqualität zu schützen.
Mechanische Energiespeicherung
Elektrische Energie kann in verschiedene Formen mechanischer Energie umgewandelt werden, z. B. in potenzielle Energie der Gravitation und kinetische Energie. Sie kann auch zur Komprimierung eines Gases, wie z. B. von Luft, verwendet werden. Einige dieser Energieformen eignen sich für große Langzeit-Energiespeicher (LDES). Mechanische Energiesysteme haben tendenziell einen großen ökologischen Fußabdruck und erfordern oft günstige geologische Bedingungen, um überhaupt tragfähig zu sein.
Pumpspeicherkraftwerke
Pumpspeicherkraftwerke sind eine Form der Schwerkraftspeicherung, bei der Wasser aus einem tiefer gelegenen Stausee auf ein höheres Niveau gepumpt wird. Wenn Strom benötigt wird, z. B. zum Lastausgleich, läuft das gespeicherte Wasser zur Stromerzeugung durch Turbinen. Auf diese Technologie entfallen derzeit rund 90 % der vorhandenen Speicher für Stromnetze. Die bestehenden Pumpspeicherkraftwerke könnten auch eine größere Rolle beim Ausgleich von Angebot und Nachfrage bei anderen Technologien zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen spielen.
Flüssigluftspeicherung (LAES)
LAES ist eine Form der kryogenen Energiespeicherung: Dabei wird Luft in flüssiger Form bei einer sehr niedrigen Temperatur, aber nahezu Umgebungsdruck gespeichert. Zur Stromerzeugung wird die flüssige Luft zu einem Gas erwärmt, das dann zum Antrieb einer Turbine verwendet wird.
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Druckluftspeicherung (CAES)
Bei der Druckluftspeicherung (CAES) wird Druckluft unterirdisch in Höhlen oder oberirdisch in Tanks gespeichert. Einige CAES-Systeme speichern auch die Wärme, die beim Komprimieren der Luft entsteht. CAES ist als mögliche Option für die Energiespeicherung im Netz umfassend diskutiert worden, ihrem großflächigen Einsatz stehen jedoch erhebliche Hindernisse im Weg, unter anderem die hohen Kosten.
Thermopotenzialspeicher (PTES)
Bei diesen Systemen wird eine Wärmepumpe eingesetzt, um Strom in Wärme umzuwandeln. Die Wärme wird anschließend in einem Medium wie Wasser, Kies oder Sand in einem wärmeisolierten Tank gespeichert. Mithilfe einer Wärmepumpe wird die Wärme dann bei Bedarf wieder in Strom umgewandelt.
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Trockene Schwerkraftspeichersysteme (GES)
GES verwenden einen Elektromotor, um eine Masse, z. B. eine sehr schwere Gesteinsmasse, anzuheben, um ihr potenzielle Energie zuzuführen. Diese Energie wird dann durch Absenken der Masse und Nutzung des Motors als Stromgenerator freigesetzt.
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Schwungrad-Energiespeichersysteme (FES)
In diesen Systemen wird ein Rotor (Schwungrad) mithilfe eines Motors auf eine hohe Drehzahl beschleunigt, um die kinetische Rotationsenergie im System zu speichern. Wenn Energie benötigt wird, wird die Drehgeschwindigkeit des Schwungrads reduziert und dabei Strom erzeugt.
Thermische Energiespeicherung
Thermische Energiespeicherung (TES) bedeutet die Speicherung von Energie in Form von Wärme. Die auf diese Weise gespeicherte Energie kann kurzfristig, d. h. täglich, oder längerfristig, auch saisonal, genutzt werden, wobei im Sommer erzeugte Wärme in einem bestimmten Medium gespeichert und im Winter zur Beheizung von Gebäuden wiederverwendet wird. Außerdem können Materialien bei niedrigeren Temperaturen zu Klimatisierungszwecken gelagert werden.
Alternativ kann Energie beim Phasenübergang von Wasser oder einem anderen Medium, z. B. einem Salz oder einem Polymer, aufgenommen oder freigesetzt werden, um latente Wärme zu speichern bzw. abzugeben.
Thermochemisch (chemische Reaktion, Adsorption, Absorption)
Die thermochemische Wärmespeicherung beruht auf einer reversiblen exothermen/endothermen chemischen Reaktion mit thermochemischen Materialien (TCM) wie Kaliumoxid, Kalziumhydroxid oder Nitrosylchlorid. Je nach Reaktanten kann diese Technik eine noch höhere Speicherkapazität als Latentwärmespeicher ermöglichen. Die exotherme/endotherme Adsorption beispielsweise von Wasserdampf durch Zeolithe kann eine praktische Methode zur Wärmespeicherung mit einer potenziell unbegrenzten Lebensdauer darstellen.
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Flüssig (heißes Wasser, Salzschmelzen)
Wasser hat eine relativ hohe Wärmekapazität und eignet sich daher besonders gut für die Speicherung von Wärme in Flüssigkeiten. Salzschmelzen können jedoch bei einer Temperatur von bis zu 1 400 °C für die Energiespeicherung in einem sogenannten MSES-Anlage (Molten Salt Energy Storage) gelagert werden. Sie können anschließend bei Bedarf z. B. zur Erzeugung von Heißdampf genutzt werden, der wiederum Turbinengeneratoren zur Stromerzeugung antreiben kann. Die nachstehende Smart Search konzentriert sich auf flüssige Wärmespeichermedien, die zur Speicherung erneuerbarer Energien eingesetzt werden.
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Fest (Kiesel, Stein, Beton, Metall)
Heiße Gesteine, Steine und Beton – etwa in Form von Granulatschüttungen – können eine kostengünstige, aber großvolumige Energiespeicherung ermöglichen, die hohen Temperaturen standhält. Ihre Nutzung kann beispielsweise durch Wärmepumpen zur Speicherung bzw. Entziehung der Wärme verbessert werden. Auch Metalle einschließlich Legierungen können als Speichermedium, das eine schnelle Wärmeübertragung begünstigt, genutzt werden. Die nachstehende Smart Search konzentriert sich auf die Wärmespeichermedien, die zur Speicherung erneuerbarer Energien eingesetzt werden.
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Latent (Phasenwechselmaterial)
Zu den Phasenwechselmaterialen zählen Salze, Polymere, Gele und Legierungen. Ihre unterschiedlichen Schmelzpunkte ermöglichen einen maßgeschneiderten Einsatz für eine sinnvolle, bedarfsgerechte Wärmespeicherung. Außerdem werden eisbasierte Technologien für Kühlzwecke genutzt. Diese werden häufig in Kombination mit Wärmepumpensystemen eingesetzt. Die nachstehende Smart Search konzentriert sich auf zusammen mit erneuerbaren Energien eingesetzte Phasenwechselmaterialen.
Dampfkraftwerke mit Dampf- oder Wärmespeichern
Dampfspeicher verwenden eine Kombination aus Wasser und Dampf und können in industriellem Maßstab eingesetzt werden. Der Dampf, der zum Antrieb von Dampfturbinen verwendet wird, kann auch zu Speicherzwecken genutzt werden, wenn man ihn teilweise kondensieren lässt, wodurch eine gewisse latente Wärmekapazität entsteht. Dampfkraftwerke können auch mit einer lokalen Wärmespeicherung unter Verwendung anderer Technologien kombiniert werden. Die nachstehende Smart Search konzentriert sich auf Wärmespeicher für Dampfkraftwerke, die in Kombination mit der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien eingesetzt werden.
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Solarthermische Kraftwerke mit Wärmespeichern
Solarthermische Kraftwerke können mit Wärmespeichern ausgestattet werden, um die Schwankungen der Solarenergie (und Windkraft) auszugleichen. Dies kann durch Dampferzeugung und -speicherung oder auch durch thermische Energiespeicherung mit Salzschmelzen (Molten Salt Energy Storage, MSES) erreicht werden. Anschließend kann bedarfsgerecht Strom erzeugt werden.