Drei Newcomer basteln an der Energiewende

Das zugrundeliegende Verfahren, die Hydrothermale Karbonisierung (HTC-Verfahren), wurde bereits vor mehr als 100 Jahren von dem späteren Nobelpreisträger Friedrich Bergius entdeckt. Das spanische Startup Ingelia hat das HTC-Verfahren in industriellem Maßstab weiterentwickelt. Bei Temperaturen von rund 200 Grad Celsius und einem Druck von 20 bar werden beispielsweise Klärschlamm und biologische Abfälle getrocknet und die Flüssigkeit abgesaugt. Übrig bleibt nach dem rund achtstündigen Prozess ein trockenes Material, das später zu Pellets gepresst wird: sogenannte Pflanzenkohle.

95 Prozent des Kohlenstoffs aus den genutzten Abwässern wird nutzbar gemacht; Stoffe wie Schwefel und Chlor, die in hohen Dosen problematisch sind, werden mit der Flüssigkeit abgeschieden. Die Pflanzen- oder Biokohle kann bei der Strom- und Wärmeerzeugung fossile Brennstoffe ersetzen. Sie gilt als CO₂-neutral, weil sie Kohlenstoff aus Abwässern und Abfällen nutzt. Ab dem Jahr 2022 könnten nach Berechnung des Unternehmens jährlich bis zu 220.000 Tonnen Kohle ersetzt werden.

„Mit dem Verfahren können wir in kurzer Zeit CO₂-neutrale Biobrennstoffe herstellen“, sagt Marisa Hernández, die das Startup Ingelia mitgegründet hat.

Seit 2010 ist die erste HTC-Fabrik im industriellen Maßstab im spanischen Valencia im Betrieb, im Jahr 2014 wurde sie mit einem zweiten Reaktor erweitert. Im vergangenen Jahr kam eine Anlage in Großbritannien hinzu, die weiter ausgebaut werden soll.

Weitere Anlagen in Italien und in Belgien sind in Planung. Das Startup sucht nach Kooperationen mit Entsorgern. Biokohle könnte – wenn im großen Maßstab hergestellt – auch in Kraftwerken oder in der Stahlproduktion eingesetzt werden.

Das spanische Unternehmen mit Sitz in Valencia hat zwölf festangestellte Mitarbeiter.

Bei Redox-Flow-Batterien wird die elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt und kann so in einem sogenannten Elektrolyten gespeichert werden. Dieser flüssige Elektrolyt wird in Tanks gespeichert – Redox-Flow-Batterien werden deshalb auch Flüssigbatterie oder Flussbatterie genannt. Volterion hat sich auf die Entwicklung und Herstellung des Energiewandlers (Stack) spezialisiert. Das Startup will den Stack, der als Kernkomponente des Systems gilt, kompakter und kostengünstiger machen, um die Einsatzmöglichkeiten von Redox-Flow-Batterie zu erweitern.

Redox-Flow-Batterien haben mehrere Vorteile gegenüber Lithium-Ionen-Akkus, die beispielsweise in E-Autos zum Einsatz kommen. Der wichtigste: Sie haben eine lange Lebensdauer und können fast unbegrenzt be- und entladen werden. Die eingesetzte Flüssigkeit entweicht nicht und ist nicht brennbar. Außerdem kann die Kapazität verhältnismäßig einfach und preiswert erhöht werden, indem größere Mengen Elektrolyt sowie größere Tanks eingesetzt werden. Einen Nachteil haben Redox-Flow-Batterien allerdings: Die Energiedichte ist deutlich geringer als bei Kraftstoffen oder Lithium-Ionen-Akkus, die Batterien sind also verhältnismäßig groß und schwer. Für die Elektromobilität ist die Technik daher nicht geeignet.

„Mit unserer Redox-Flow-Batterie wollen wir den niedrigsten Preis pro gespeicherte Kilowattstunde im stationären Bereich erreichen“, sagt Thorsten Seipp, verantwortlich für die Bereiche Produktentwicklung und Verfahrenstechnik und einer der Gründer von Volterion.

In Deutschland existieren mehrere Pilotprojekte von zumeist örtlichen Versorgern, in denen der Einsatz von Redox-Flow-Batterien getestet wird. Größere Projekte sind in Planung.

Die Technologie ist laut dem Startup vor allem für Industrie- und Gewerbekunden interessant, die selbst Strom durch Erneuerbare-Energie-Anlagen erzeugen. Vor allem Anwendungen mit hoher Zyklenzahl und hoher Leistung könnten Geld verdienen mit dieser Speichertechnologie. Das sind zum Beispiel Betriebe, die viele Leistungsspitzen zu verzeichnen haben. Eine andere Anwendung: Wenn in Zukunft mehr E-Autos auf den Straßen unterwegs sind, könnte die Batterien Verbrauchsspitzen in den Verteilernetzen abfedern.

Wissenschaftler des Fraunhofer Instituts UMSICHT haben das Startup gegründet, nachdem sie jahrelang zu der Technologie geforscht haben. Einschließlich Studenten arbeiten 18 Personen bei Volterion in Dortmund.

Die Anlage nutzt überschüssigen Strom aus Erneuerbaren-Energie-Anlagen, um Methanol herzustellen. In einem elektrochemischen Reaktor, der ungefähr so große wie eine Gastherme ist, wandeln Enzyme Wasser und Kohlendioxid in den Kraftstoff um. Das Kohlendioxid wird zuvor aus der Luft herausgefiltert. Die Ausgangsstoffe werden bei niedrigen Temperaturen und geringen Druck umgewandelt – ein Prozess, der  so problemlos im Eigenheim stattfinden kann. Das so gewonnene Methanol wird zunächst in einem Tank gelagert und kann dann auf verschiedene Arten genutzt werden.

Methanol kann zum Heizen (in einem Mikro-Blockheizkraftwerk) oder zur Stromerzeugung (in einer Brennstoffzelle) verwendet werden. Der erzeugte Kraftstoff gilt als klimafreundlich, wenn der Strom regenerativ erzeugt worden ist und das CO₂ aus der Außenluft herausgefiltert wird. Der komplette Prozess ist damit CO₂-neutral. Der Vorteil von Methanol ist, dass es in einfachen Tanks langfristig ohne Verluste gelagert werden kann. Energie aus Erneuerbaren kann mithilfe der Technik also langfristig gespeichert werden und steht dann zur Verfügung, wenn sie am dringendsten gebraucht wird.

„Mit der milden Umwandlung von Energie und CO₂ zu Methanol sind wir weltweit einzigartig und haben uns diese Technologie auch patentieren lassen. Im Vergleich zu herkömmlichen Batteriespeichern, welche sich mit der Zeit entladen und eine begrenzte Speicherkapazität haben, ist unser Speicher bloß durch die Größe des Tanks begrenzt“, erklärt Moritz Basler vom Business Development.

Seit Ende 2014 existiert ein Prototyp. Eine Pilotanlage befand sich 2017 erstmals im Einsatz und wird derzeit weiterentwickelt. Marktfähig ist die Technologie bislang nicht – die Anschaffungs- und Betriebskosten sind noch zu hoch.

Die Power-to-Liquid Anlage ist für Privathaushalte konzipiert, die selbst Strom erzeugen – beispielsweise durch eine Photovoltaik-Anlage auf dem Dach. Das Startup sucht nach Förderprogrammen und Partnern, um die Technik zu verbessern und durch höhere Stückzahlen preiswerter zu machen.

Das Team willpower energy besteht aus 15 Mitarbeitern, es gehört zu dem Unternehmen Gensoric GmbH mit Sitz in Rostock.