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Physikalischer Stromspeicher als Lösung des Energieproblems

22.06.2012
Neben dem als Akkumulator bekannten elektrochemischen Stromspeicher gibt es seit einigen Jahren auch die Möglichkeit, elektrische Energie physikalisch also direkt, ohne den Umweg über einen chemischen Vorgang (Akkumulator) oder einen mechanischen Umweg (Pumpwasserkraftwerk) zu speichern.

Da Umwege immer auch nicht unerhebliche Verluste in Form von Wärme, Verlust der chemischen Reaktionsfähigkeit, oder Reibung bei den Motoren und Pumpen usw. hervorrufen, zeigt sich der Vorteil einer physikalischen Speicherung sehr deutlich.



Sie funktioniert so gut wie ohne Verluste. Kein Verlust bedeutet aber, eine lange Lebensdauer, eine fast unbegrenzte Anzahl an Ladezyklen (1 Million), keine Anfälligkeit durch Verschleiß, keine Verschwendung unserer kostbaren Energie und ein schnelles Laden und Entladen in wenigen Minuten wird möglich.

Diese physikalischen Stromspeicher nennt man Supercaps.

Eine Versuchseinheit als stationärer Speicher ist aufgebaut. Dazu ein Fahrzeug zur Vorführung der Einsatzmöglichkeit im Verkehr. Durch eine spezielle Elektronik ist es bei diesen Versuchseinheiten gelungen, die hervorragenden Speichereigenschaften der Supercaps auch in der Anwendung zu bewahren, so dass selbst nach 12 Monaten eine Restenergie von 80% zu messen war.

Die Fakten:

In 2011 konnten 30% der Wind und Sonnenenergie nicht genutzt werden, weil Transport und Speicherung nicht möglich waren. Mit zunehmendem Anteil der regenerativen Energie, wird es immer schwieriger, die Stromnetze stabil zu halten.

Speicherung alternativer Energien:

Die einzige ausgereifte Form der Stromspeicherung zur Netzstabilisierung ist das Pumpkraftwerk. Sinnvoll wären jedoch viele Speicher an vielen Stellen, um das Netz flächendeckend stabil zu halten. Am besten wäre ein Speicher in jedem Keller eines jeden Haushaltes, was unser gesamtes Land vom Energieverbraucher zum Energieerzeuger machen würde.

Eine Lösung: physikalische Stromspeicher für den privaten Haushalt. Man arbeitet zwar bereits an elektrochemische Varianten von stationären Stromspeichern für den privaten Haushalt, doch die Vorteile der physikalischen Stromspeicher sind überzeugender.

Physikalische Speicher:
1 Million Ladezyklen
Laden in 5 Minuten
Einsatz bis -40°C
Keine Kühlung nötig
Keine Temperierung nötig
Keine Entsorgungsprobleme
Keine seltenen Elemente
Elektrochemische Speicher:
300-10.000 Ladezyklen
Laden in 2 -10 Stunden
starker Leistungsabfall ab +5°C
Kühlung je nach Typ dringend
Temperierung auf +20°C nötig
(je nach Typ)
Enthält giftige Substanzen
Lithium (seltenes Element)
Die verwendeten Materialien sind Blei bei den älteren und Lithium bei den neuen Akkus. Lithium ist jedoch ein relativ seltenes Element. Schon heute ist bekannt, dass das auf der Erde vorkommende Lithium bei weitem nicht ausreichen würde, um die gleiche Anzahl an E-Fahrzeugen zu betreiben, die zurzeit mit Benzin und Diesel fahren. Dabei benötigen viele andere Elektrogeräte wie Handys Laptops usw. ebenfalls Lithium für ihre Akkus.

Deshalb müssen wir in Deutschland und Europa Technologien entwickeln, die uns nicht vom endlichen Öl zum endlichen Lithium führen, sondern wirklich unabhängig machen.

Eine Lösung dieses Problems könnten Supercap-Kondensatorspeicher sein. Ihr Ladevorgang ist physikalisch und nicht elektrochemisch, was das Laden im Minutenbereich ermöglicht. Es gibt keine chemische Reaktion, die Wärme produziert und Zeit in Anspruch nimmt. Dies ermöglicht es ebenso, sie millionenfach zu laden und zu entladen, sie müssen nicht gekühlt werden und funktionieren problemlos auch bei eisigen Temperaturen bis -40°C. Kohlenstoff ist Hauptbestandteil dieser Kondensatoren, eines der am meisten vorkommenden Elemente auf unserer Erde.

Seit der Entdeckung des zweidimensionalen Kohlenstoffs „Graphen“ haben die Kondensatoren das Potential, die Energiedichte der Lithiumakkus zu übertreffen und somit kleiner und leichter zu werden und dennoch größere Reichweiten in der E-Mobilität zu erzielen.

Ebenso wären stationäre Speicher für Privathäuser denkbar, die den Betreibern einerseits eine große Unabhängigkeit vom Netz, andererseits aber auch die breitflächige Versorgungssicherheit allgemein ermöglichen, viele zusätzliche Überlandleitungen sparen und eine hundertprozentige Nutzung der Wind und Sonnenenergie garantieren würden.

Aufgrund des guten Speicherungsverhaltens wäre bei entsprechender Größe das „Sammeln“ von Sonnenenergie im Sommer für die Wintermonate problemlos möglich.

Manche Fachleute behaupten, dass Kondensatoren ihre Ladung schnell verlieren würden. Dies trifft nicht bei den Supercaps zu. Das schnelle Entladen bisheriger Supercap-Speicher liegt an der Art der Balancierung, welches ein Problem ist, das wir gelöst haben, so dass auch ein Stillstand über Monate, keine wesentliche Entladung mehr bewirkt.

Was getan werden sollte:

Eine kleine Versuchsanlage zeigt die Technik. Das Energievolumen kann jedoch beliebig vergrößert werden, ohne die Schaltungstechnik zu verändern.

Bei stationären Speichern ist die geometrische Größe der Anlage nicht entscheidend. Wichtig ist die Langlebigkeit, die Anzahl der Ladezyklen und die Unanfälligkeit im Betrieb. Sobald die neuartigen Graphenschichten, die weltweit erforscht werden, zur Verfügung stehen, kann diese Schaltungstechnik eingesetzt werden, um auch Speicher für Fahrzeuge zu bauen, deren Reichweite 600 Km und mehr überschreiten würden, versehen mit allen Vorteilen physikalischer Speicherung.

Dies wäre ein echter Durchbruch des wirklich umweltfreundlichen Fahrens mit Strom aus alternativen Energien. Es würde die Versorgungssicherheit garantiert, auf große Überlandleitungen könnte verzichtet werden und die Unabhängigkeit Deutschlands von ausländischen fossilen Energieträgern aller Art, sowie importierten seltenen Elementen wäre erreicht.

Alfred Hermann GmbH & Co.
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Bernd R. Hermann | Alfred Hermann GmbH & Co.
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