Dieser Anfang

TAMPERE, Finnland – Als Russland nach seinem Einmarsch in die Ukraine die Gas- und Ölexporte nach Europa stoppte, quälten sich Hunderte Millionen Bürger mit der Aussicht auf einen Winter ohne ausreichende Heizung und einen Sommer ohne ausreichende Klimaanlage.

Aber die Kriegsstrategie des Kremls, den Abfluss seiner fossilen Brennstoffe zu schließen, fiel mit einem entscheidenden Sektor für den Übergang zu sauberer Energie zusammen und katalysierte diesen auch: Batterien, die aus kostengünstigen und reichlich vorhandenen natürlichen Materialien hergestellt werden und Wärme speichern.

Die Nutzung von Sand, Salz, Wärme, Luft und anderen Elementen als Energiespeicher reicht Jahrhunderte zurück. Die Wände altägyptischer Häuser fingen tagsüber die Sonnenwärme ein und gaben sie in kühlen Wüstennächten ab. Indigene Völker in ganz Amerika schätzten Lehmziegel – eine Mischung aus Erde, Wasser und anderen organischen Materialien wie Stroh oder Mist – aufgrund seiner Fähigkeit, dasselbe zu leisten, als bevorzugtes Baumaterial.

Für moderne Zivilisationen, deren industrielle Entwicklung durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe vorangetrieben wurde, bieten diese Materialien eine revolutionäre Voraussetzung: „Nichts wird verbrannt“, sagte Tommi Eronen, Geschäftsführer von Polar Night Energy, einem finnischen Start-up, das den weltweit ersten Werbespot betreibt -Sandbatterie.

Natürliche Batterien sollen es Ländern ermöglichen, die enormen Vorräte von Windkraftanlagen und Sonnenkollektoren zu nutzen, wenn die Sonne nicht scheint und der Wind nicht weht. Der Preis für erneuerbare Energien bleibt unter den Kosten für fossile Brennstoffe – insbesondere nachdem ein russischer Brennstoffrückgang die Preise in ganz Europa auf Rekordhöhen trieb –, aber die grüne Energiewende steht immer noch vor einem großen Hindernis: einem Mangel an langfristiger, kosteneffizienter Speicherung erneuerbarer Energien.

In den Anlagen von Polar Night Energy in der Stadt Tampere und der nahegelegenen Stadt Kankaanpää lagern riesige Stahlbehälter haufenweise Sand, der auf etwa 1.000 Grad Fahrenheit erhitzt wird. Diese gespeicherte Energie trägt dazu bei, Stromspitzen auszugleichen und Fernwärmenetze zu unterstützen, sodass Häuser, Büros, Saunen und Schwimmbäder warm bleiben. Die Wärme fließt weiter, selbst in entlegenen Gebieten, auch wenn die russischen Vorräte an fossilen Brennstoffen schwinden.

„Sand kennt fast keine Grenzen“, sagte Ville Kivioja, der leitende Wissenschaftler von Polar Night Energy, und übertönte das surrende Geräusch der zirkulierenden Substanz. „Und es ist überall.“

Die Sensoren und Ventile, die die Leistung der Sandbatterie überwachen, seien relativ hochtechnologisch, sagte Kivioja, aber die Batterie selbst sei vom Design her einfach.

Der Sand wird von überall in der Nähe – zum Beispiel von einer abgerissenen Baustelle oder von Sanddünen – angeliefert und kostet weniger als einen Euro pro Tonne. Es wird in einen riesigen Bottich oder eine „Batterie“ gekippt, die ständig heiß gehalten oder „geladen“ wird.

Die erneuerbare Energie aus Sonnenkollektoren und Windkraftanlagen wird durch eine Widerstandsheizung in Wärme umgewandelt, die auch die Luft erwärmt, die durch den Sand wirbelt. Ein Ventilator zirkuliert den Wärmestrom kontinuierlich, bis er betriebsbereit ist. Wie ein Felsbrocken in der Sonne bleibt der Sand auch nach Sonnenuntergang heiß – außer dass der Sand im Gegensatz zum Felsbrocken nie kalt wird, weil er durch den riesigen Bottich isoliert ist. Selbst wenn der Akkustand niedrig ist, bleibt die Temperatur über 200 Grad Fahrenheit; Wenn es voll ist, kann es über 1.000 Grad heiß werden.

Der Sand kann den Strom wochen- oder monatelang speichern – ein klarer Vorteil gegenüber der Lithium-Ionen-Batterie, dem Giganten des heutigen Batteriemarktes, der die Energie normalerweise nur für einige Stunden speichern kann.

Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen, die leicht transportiert und gelagert werden können, schwankt die Versorgung mit Solar- und Windenergie. Der größte Teil des erneuerbaren Stroms, der nicht sofort genutzt wird, geht verloren.

Die Lösung ist Speicherinnovation, da sind sich viele Branchenexperten einig. Zusätzlich zu ihrer begrenzten Kapazität neigen Lithium-Ionen-Batterien, mit denen alles von Mobiltelefonen über Laptops bis hin zu Elektrofahrzeugen betrieben wird, dazu, bei jedem Aufladen zu verblassen und sind leicht entzündlich, was weltweit zu einer wachsenden Zahl tödlicher Brände führt.

Auch die Gewinnung von Kobalt, dem lukrativen Rohstoff für Lithium-Ionen-Batterien, ist auf Kinderarbeit angewiesen. Nach Schätzungen von UN-Organisationen arbeiten 40.000 Jungen und Mädchen in der Branche, mit wenigen Sicherheitsmaßnahmen und dürftiger Vergütung.

Diese gravierenden Umwelt- und Menschenrechtsherausforderungen stellen ein Problem für die Elektrofahrzeugindustrie dar, die einen riesigen Vorrat an kritischen Mineralien benötigt.

Daher stecken Investoren nun Geld in noch größere Batterieunternehmen. Laut dem Long Duration Energy Storage Council, einer Organisation, die nach der diesjährigen UN-Klimakonferenz gegründet wurde, um die Dekarbonisierung der Welt zu überwachen, wurden seit 2021 mehr als 900 Millionen US-Dollar in saubere Speichertechnologien investiert, gegenüber 360 Millionen US-Dollar im Jahr zuvor. Die Gruppe prognostiziert, dass bis 2040 groß angelegte Investitionen in die Speicherung erneuerbarer Energien ein Volumen von 3 Billionen US-Dollar erreichen könnten.

Dazu gehören Bemühungen, natürliche Materialien in Batterien umzuwandeln. Früher unbekannte Start-ups, die mit einst bescheidenen Rohstoffen experimentieren, erhalten plötzlich Millionen an staatlichen und privaten Fördermitteln. Es gibt die Multi-Megawatt-CO2-Batterie auf Sardinien, ein auf Felsen basierendes Speichersystem in der Toskana und ein Schweizer Unternehmen, das riesige Ziegelsteine ​​entlang eines 230 Fuß hohen Gebäudes bewegt, um erneuerbare Energie zu speichern und zu erzeugen. Ein dänisches Batterie-Startup, das Energie aus geschmolzenem Salz speichert, entwirft Pläne für den Einsatz von Kraftwerken in stillgelegten Kohlebergwerken auf drei Kontinenten.

„In gewisser Weise sind dies einige der ältesten Technologien, die wir haben“, sagte Kurt Engelbrecht, ein außerordentlicher Professor, der sich auf Energiespeicherung an der Danish Tech University spezialisiert hat.

Er und seine Kollegen plädieren seit langem für nationale Dekarbonisierungsprogramme zur Integration einfacher, natürlicher Speicherlösungen, sagte er, aber saubere Batterien hätten erst aufgrund der Energiekrisen der letzten Jahre echte Aufmerksamkeit auf dem Markt erhalten.

Der Krieg in der Ukraine und die darauffolgende politische Krise um russische Öl- und Gasexporte seien der letzte „Wendepunkt“ gewesen, sagte Engelbrecht.

Natürliche Batterien werden dazu beitragen, dass erneuerbare Energien fossile Brennstoffe in den Schatten stellen und Länder von geopolitischen Herausforderungen wie der russischen Invasion in der Ukraine befreien, sagte Claudio Spadacini, Gründer des italienischen Unternehmens Energy Dome. Das Unternehmen erwägt den Verkauf einer Version seiner CO2-basierten Batterie an Kunden in den USA.

„Erneuerbare Energien sind demokratisch“, sagte er. „Die Sonne scheint überall und der Wind weht überall, und wenn wir diese Quellen lokal nutzen und dabei bereits vorhandene Komponenten nutzen können, ist das das fehlende Puzzleteil.“

Um jedoch erfolgreich zu sein, müssen natürliche Batterien im großen Maßstab die gleiche konstante Energie liefern wie fossile Brennstoffe. Ob das gelingt, bleibt abzuwarten, sagen Energieexperten.

Und die Branche könnte denselben Fallstricken ausgesetzt sein, die auch im gesamten Sektor der erneuerbaren Energien drohen: Projekte müssen von Grund auf neu erstellt werden und werden möglicherweise nur in entwickelten Ländern umgesetzt, die sich solche Experimente leisten können.

Lovschall-Jensen, CEO eines dänischen Start-ups für die Speicherung von geschmolzenem Salz namens Hyme, sagt, die Herausforderung bestehe darin, die gleichen Standards aufrechtzuerhalten, an die sich die moderne Welt gewöhnt habe: Strom nach Bedarf mit einem Knopfdruck zu erhalten . Er glaubt, dass natürliche Batterien, auch wenn sie noch in den Kinderschuhen stecken, dieses Ziel erreichen können.

„Als eine Gesellschaft, die sich von fossilen Brennstoffen verabschiedet, brauchen wir immer noch etwas, das genauso flexibel ist“, sagte er. „Es gibt wirklich keine andere Möglichkeit.“