Sonnenenergie nachhaltig speichern mit Zink und Luft
FH Münster nimmt selbst entwickelten Zink-Luft-Speicher bei den Stadtwerken Steinfurt in Betrieb
Freuten sich über den erfolgreichen Projektabschluss: (v. l.) Nils Höing und Hendrik Hanßen von der FH Münster, Christoph Eckelmeyer von den Stadtwerken Steinfurt, Jan-Ole Thranow von der FH Münster, Markus Kunkel von Kunkel + Partner Ingenieure GmbH, Dr. Andre Löchte, Felix Winters und Prof. Dr. Peter Glösekötter von der FH Münster sowie Dr. Melanie Dürr vom Projektträger Jülich. (Foto: FH Münster/Jana Bade)
Dr. Andre Löchte von der FH Münster (l.) erläuterte Projektpartner Markus Kunkel bei der Inbetriebnahme das Überwachungssystem des Zink-Luft-Demonstrators. (Foto: FH Münster/Jana Bade)
Der Zink-Luft-Speicher ist in sechs sogenannte Stacks unterteilt: Je zwölf Einzelzellen sind in einer Schublade zu einem Modul zusammengeschaltet. (Foto: FH Münster/Jana Bade)
Münster/Steinfurt (30. November 2022). Bis 2050 sollen mindestens 80 Prozent des in Deutschland verbrauchten Stroms aus nachhaltigen Quellen wie Wind- oder Sonnenenergie stammen. So sieht es das Erneuerbare-Energien-Gesetz vor. Für ein flexibles Stromsystem, das auch bei Flauten und bedecktem Himmel stabil bleibt, sind effiziente Energiespeicher zukünftig daher unverzichtbar. Einen vielversprechenden Ansatz verfolgt ein Team der FH Münster: In Kooperation mit dem Ingenieurbüro Kunkel + Partner entwickelten Prof. Dr. Peter Glösekötter und seine Mitarbeiter am Fachbereich Elektrotechnik und Informatik einen leistungsstarken und nachhaltigen Energiespeicher auf Basis von Zink und Luft. Zum Abschluss ihres Forschungsprojekts werden sie nun in den kommenden Monaten in Zusammenarbeit mit den Stadtwerken Steinfurt einen funktionsfähigen Demonstrator testen und seine Leistungsfähigkeit verifizieren.
Insgesamt 72 Einzelzellen mit einer Speicherkapazität von mehr als sieben Kilowattstunden umfasst der fertige Zink-Luft-Speicher, der optisch an einen futuristischen Gefrierschrank mit Glastür erinnert und in einer Garage auf dem Gelände der Stadtwerke untergebracht ist. Die erfolgreiche Inbetriebnahme ist ein Meilenstein für das Projektteam. „Hinter uns liegen insgesamt sechs Jahre Forschung und zwei aufeinander aufbauende Projekte, in denen wir unter anderem die Zellgeometrie und die Elektrolytzusammensetzung optimiert und ein Batterie-Management-System für Zink-Luft-Speicher entwickelt haben“, resümiert Projektmitarbeiter Dr. Andre Löchte bei der Vorstellung des Demonstrators. In der aktuellen Formatierungsphase wird die Batterie zunächst zweimal aufgeladen und wieder entladen, bevor sie ihre eigentliche Aufgabe, Sonnenenergie tagsüber zu speichern und nachts wieder abzugeben, aufnimmt. Der praktische Einsatz wird begleitet von einer umfassenden Datenanalyse. „Die Batterie wird rund um die Uhr überwacht. Mehrere Sensoren messen die Zellspannungen und -ströme, aber auch die Elektrolytkonzentration und Temperatur“, betont Löchte.
Zink-Luft-Batterien gibt es bereits seit den 1970er-Jahren. Bisher kamen sie aufgrund ihrer hohen Energiedichte und langen Haltbarkeit zum Beispiel als Knopfzellen in Hörgeräten zum Einsatz. Ihr Manko: Sie sind bislang Einwegprodukte, also nicht wiederaufladbar, und damit als Energiespeicher im Kontext der Energiewende unbrauchbar. Der neue Ansatz von Glösekötter ermöglicht nun ein Auf- und Entladen der Zink-Luft-Batterien. „Wir sehen großes Potenzial in dieser Technologie. Mit unserer Forschung möchten wir eine umweltverträgliche, effizientere und günstigere Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien aufzeigen“, erklärt Glösekötter. So sei Zink weltweit sehr verbreitet und käme sogar in Deutschland in der Erdkruste vor. In einem ersten Projekt, das 2016 startete, entwickelten die Wissenschaftler gemeinsam mit den Unternehmen EMG Automation und 3e Batterie-Systeme GmbH zunächst den Prototyp für einen wiederaufladbaren Zink-Luft-Speicher. Im nun abgeschlossenen Folgeprojekt optimierten die Elektroingenieure das Design und den Aufbau der Zellen, um die sogenannte Leistungsdichte und Zyklenfestigkeit zu erhöhen.
Der nächste Schritt ist schon in Arbeit: Glösekötter und sein Team schmieden aktuell Pläne zur Ausgründung. „Unser Ziel ist, den Demonstrator in ein marktfähiges Produkt zu überführen“, betont der Hochschullehrer. „Dazu möchten wir den Speicher langfristig weiter komprimieren. Die Testphase in Zusammenarbeit mit den Stadtwerken hilft uns außerdem, Schwachstellen im aktuellen System zu identifizieren und auszubessern.“
Zum Thema: Das Projekt „Leistungsdichteoptimierter Zink-Luft-Speicher – P-ZLS“ wurde im Rahmen des Klimaschutzwettbewerbs „EnergieSystemWandel.NRW“ mit rund 1,2 Millionen Euro durch den EFRE.NRW und das Bundesministerium für Bildung und Forschung unter der Fördernummer „EFRE-0801585“ gefördert. Prof. Dr. Peter Glösekötter lehrt am Fachbereich Elektrotechnik und Informatik der FH Münster in den Bereichen Embedded Systems, System on Chip, Ultra Low-Power Design und Energy Harvesting.