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Neue Wasserstoff- "Wasserbatterie" könnte Wind und Solargrüner machen
May 15, 2018

Neue Wasserstoff- "Wasserbatterie" könnte Wind und Solar grüner machen

von Tina Casey am Montag, 7. Mai 2018 KLIMA & UMWELT

 

Ein neues Gerät, das Wasser in Wasserstoff umwandelt, könnte dazu beitragen, ein sich abzeichnendes CO2-Emissionsdilemma für Unternehmen und andere Stromverbraucher zu lösen. Unternehmen wünschen sich viel Lob für den Wechsel zu Wind- oder Solarenergie, aber hier in den USA ist diese Wahl nicht unbedingt so grün wie sie sein könnte. Solange Kohle und Erdgas den Löwenanteil der Stromerzeugung in den USA ausmachen, können Unternehmen, die sauberen Strom aus dem Stromnetz bestellen, unwissentlich auch ein Polster fossiler Brennstoffe im Stromnetz unterstützen.

 

Ein Teil des Problems besteht darin, dass die Versorgungsunternehmen auf die Hinzufügung von Wind- und Solarenergie reagieren, indem sie neue Erdgaskraftwerke hinzufügen, um Angebots- und Nachfrageknollen auszugleichen. Grid-Stakeholder können auch Energiespeicher nutzen, um Erdgas und Kohle weiter ins Netz zu leiten. Das liegt daran, dass sie nachts Energie speichern können, wenn die Preise niedrig sind, und dann den Strom mit geringer Kosten verkaufen oder nutzen, während der Tagesbedarf an Spitzen-Netzpreisen steigt.

 

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Eine flüssige Lösung für das Kohlenstoffemissionsproblem

 

Die gute Nachricht ist, dass das Problem der CO2-Emissionen nicht immer für immer in Kraft sein muss. Wenn mehr erneuerbare Energie in das Netz eingespeist wird, wird das Profil von Erdgas und Kohle weiter schrumpfen.

 

Bisher war Erdgas der Haupttreiber, der Kohle verdrängte. In jüngerer Zeit gewinnen Wind und Sonne auch gegenüber Erdgas und Kohle an Bedeutung (die Kernenergie ist eine ganze Reihe von Würmern).

 

Das ist großartig, aber es wirft immer noch das Problem der Zuverlässigkeit auf die Runden von Versorgungsunternehmen und Netzbetreibern.

 

Ein Teil der Lösung besteht darin, die Nachfrage zu steuern. Das kann kompliziert sein, weil es auf Verhaltensänderungen ankommt, aber Lösungen beginnen bereits zu entstehen. Einige Beispiele sind "virtuelle Kraftwerke", die die Verbraucher dazu bewegen, ihre Gewohnheiten zu ändern. Anreize für Energieeffizienz sind ein weiterer Faktor, der hochgefahren werden könnte.

 

Auch Elektrofahrzeuge können als mobile Energiespeicher eine größere Rolle spielen. Eigentümern könnte ein Anreiz geboten werden, bei geringer Nachfrage aufzuladen, und sogar ihre gespeicherte Energie beizutragen, um Zuverlässigkeitsprobleme während Spitzenlastzeiten zu vermeiden.

 

Das Ding über Elektrofahrzeuge führt gleich wieder zum Energiespeicherproblem. Mit der Dekarbonisierung der Wirtschaft wird die Nachfrage nach Energiespeichern steigen. Verteilte Lösungen wie EV-Batterien können einen Teil der Last ziehen, aber Energieeingeweihte scheinen sich darüber einig zu sein, dass auch in absehbarer Zukunft ein Versorgungs- oder Massenspeicher benötigt wird.

 

Zu diesem Zeitpunkt besteht Konsens darüber, dass die Pumpwasserkraft die einzige verfügbare Strategie ist, die für die Speicherung von Wind- oder Solarenergie in großen Mengen wirtschaftlich sinnvoll ist.

 

Wasserstoffgas ist eine weitere wasserbasierte Energiespeicherlösung, die Triple Pundit ausführlich untersucht hat, und hier setzt die neue Stanford-Forschung an.

 

Von Wasser zu Wasserstoff zu Energiespeicher

 

Für diejenigen, die neu in diesem Bereich sind, wird Wasserstoff häufig in der Lebensmittelverarbeitung und anderen Industrien verwendet. Es wird auch für Raketen und andere Weltraumoperationen verwendet (die NASA ist ein großer Fan) und es wird zunehmend verwendet, um Brennstoffzellen zu versorgen, die Elektrizität durch eine chemische Reaktion erzeugen.

 

Die Brennstoffzellenanbindung - für Gabelstapler, Pkw und sogar Sattelschlepper sowie für stationäre Stromquellen - bedeutet, dass Wasserstoff eine Energiespeicherquelle ist.

 

Wasserstoff ist billig und reichlich, aber es kommt nicht natürlich vor. Die Hauptquelle für Wasserstoff ist heute Erdgas. Das ist ein Problem von immensem Ausmaß in Bezug auf lokale Umweltauswirkungen und Treibhausgasemissionen.

 

Glücklicherweise hat Erdgas keine Sperre für die Wasserstoffproduktion. Energie-Stakeholder beginnen, die Nutzung von Biogas zu erforschen, und Teams von Forschern und Industriepartnern auf der ganzen Welt sind auf der Suche nach einer Technologie, die einen elektrischen Strom nutzt, um Wasserstoff aus Wasser zu "spalten".

 

Im Idealfall würde dieser Strom durch Wind, Sonne oder andere erneuerbare Energien erzeugt werden. Das Ergebnis ist erneuerbarer Wasserstoff.

 

Endlich kostengünstiger Wasserstoff-Energiespeicher

 

Wasserspaltung ist eine bewährte Technologie. Die Herausforderung besteht darin, es effizienter zu machen und es für Massenspeicher zu skalieren, während es weniger teuer wird.

 

Das Stanford-Team ging die Herausforderung an. Wie in der letzten Ausgabe der Zeitschrift Nature Energy berichtet wurde, entwickelten sie ein neues wasserbasiertes Energiespeichergerät, das mehrmals aufgeladen werden kann, um Wasserstoffgas zu erzeugen.

 

Bisher haben sie ein Modell im Prototyp-Maßstab demonstriert, das Wasserstoffgas durchblasen kann, wenn es einem elektrischen Strom ausgesetzt wird. Sobald diese Reaktion erschöpft ist, kann die Wasserbatterie wieder aufgeladen werden, um den Prozess erneut zu starten.

 

Das Forschungsteam setzte eine Art Salz ein, das Mangansulfat genannt wird, um die Aufgabe zu erfüllen. Es erfüllt die Anforderungen an die Kostengünstigkeit und Fülle, und es ist bereits eine bekannte Substanz im kommerziellen Gebrauch heute.

 

Das Salz löst sich in Wasser auf, wenn die Batterie aufgeladen wird, wodurch Mangandioxidpartikel auf den Elektroden zurückbleiben (die Elektroden sind die Teile der Batterie, die einen elektrischen Strom aufnehmen und abgeben).

 

Wenn diese Reaktion erschöpft ist, verbinden sich die Partikel erneut mit Wasser, um sich wieder zu Mangansulfat umzuwandeln, und der Prozess kann von vorne beginnen. In der neuen Studie berichtete das Team, dass der Prototyp erfolgreich 10.000 Mal aufgeladen wurde.

 

Eine Schwierigkeit besteht darin, dass der Prototyp einen Platinkatalysator enthält, um die chemische Reaktion anzustoßen. Die hohen Kosten von Platin verhindern seine Verwendung für Massenspeicherung von Energie.

 

Nachdem das Stanford-Team ein kostengünstiges, wiederaufladbares Wasserstoff-Produktionssystem demonstriert hat, können sie sich jetzt darauf konzentrieren, einen weniger teuren Katalysator zu integrieren.

 

Sie haben bereits mehrere Kandidaten im Auge, die unter die Marke von 100 Dollar pro Kilowattstunde kommen würden. Das ist das Ziel der Abteilung für kommerziell machbare Massenspeicher zur Maximierung der Wind- und Solarressourcen.

 

Der nächste Schritt besteht darin, das System in realen Grid Storage-Szenarios zu testen, also bleiben Sie dran.

 

Weitere Details finden Sie in der Studie "Eine Mangan-Wasserstoff-Batterie mit Potenzial für die Speicherung im Rastermaßstab" in Nature Energy.

 

Und für die Aufzeichnung, die Studie wurde vom US-Energieministerium finanziert, so lasst uns eine Gruppenumarmung für die Steuerzahler und ein Shoutout an das Stanford-Forschungsteam von Senior Autor Yi Cui und Co-Autoren Guodong Li, Hongxia Wang, Jiayu Wan, Lei Liao, Guangxu Chen, Jiangyan Wang, Hao Zhang, Zheng Liang, Yuzhang Li und Allen Pei.


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