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- Herausgeber: via tolino media
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Sprache: Deutsch
Ich selbst fahre schon seit einigen Jahren ein E-Auto. Natürlich mit einer Batterie auf Lithium-Ionen-Technik. Ich wollte seinerzeit ganz bewusst meinen Beitrag zur Energiewende hin zu einer nachhaltigen Energieversorgung mittels erneuerbarer Energien leisten. Aber natürlich war auch ich zwiegespalten aufgrund der Bedingungen, unter denen Lithium zum größten Teil abgebaut wird. Denn für die Gewinnung des kostbaren Rohstoffs werden große Mengen an Wasser benötigt. In der chilenischen Atacama-Wüste, die zu den trockensten Gebieten der Welt zählt, schlummert der Rohstoff in unterirdischen Solevorkommen. Die Sole wird dort durch Bohrlöcher an die Oberfläche gepumpt und auf hintereinander angelegte Evaporationsbecken verteilt, wo unter Beigabe von Chemikalien das lithiumhaltige Salzwasser anschließend über Monate an der Sonne verdunstet. Dabei werden unerwünschte Inhalte entfernt und die Lithiumkonzentration auf etwa sechs Prozent erhöht. Um es kurz zu machen: Dieser Vorgang hört sich wahrscheinlich nicht nur für mich nicht gerade nachhaltig an. Mich hat nun interessiert, wie es generell um Alternativen steht. Gibt es wirklich keine Materialien und Techniken, die ähnlich gute oder vielleicht sogar noch bessere Voraussetzungen für das Speichern von Energie bieten? Dieser Frage bin ich in diesem Buch nachgegangen.
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Veröffentlichungsjahr: 2026
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Impressum
Die Fakten dieses Buches entstammen zum großen Teil aus Quellen im Internet, die lückenlos im Anhang angegeben sind.
Texte: © 2024 Copyright by Udo Fehring
Umschlag: © 2024 Copyright by Udo Fehring
Verantwortlich
für den Inhalt:
Udo Fehring
Gierather Str. 82
51469 Bergisch Gladbach
Meine Motivation zum Schreiben dieses Buchs
Ich selbst fahre schon seit einigen Jahren ein E-Auto. Natürlich mit einer Batterie auf Lithium-Ionen-Technik. Ich wollte seinerzeit ganz bewusst meinen Beitrag zur Energiewende hin zu einer nachhaltigen Energieversorgung mittels erneuerbarer Energien leisten. Aber natürlich war auch ich zwiegespalten aufgrund der Bedingungen, unter denen Lithium zum größten Teil abgebaut wird.
Denn für die Gewinnung des kostbaren Rohstoffs werden große Mengen an Wasser benötigt.
In der chilenischen Atacama-Wüste, die zu den trockensten Gebieten der Welt zählt, schlummert der Rohstoff in unterirdischen Solevorkommen. Die Sole wird dort durch Bohrlöcher an die Oberfläche gepumpt und auf hintereinander angelegte Evaporationsbecken verteilt, wo unter Beigabe von Chemikalien das lithiumhaltige Salzwasser anschließend über Monate an der Sonne verdunstet. Dabei werden unerwünschte Inhalte entfernt und die Lithiumkonzentration auf etwa sechs Prozent erhöht.
Um es kurz zu machen: Dieser Vorgang hört sich wahrscheinlich nicht nur für mich nicht gerade nachhaltig an. Mich hat nun interessiert, wie es generell um Alternativen steht. Gibt es wirklich keine Materialien und Techniken, die ähnlich gute oder vielleicht sogar noch bessere Voraussetzungen für das Speichern von Energie bieten. Dieser Frage bin ich in diesem Buch nachgegangen.
Ich muss dabei zugeben, dass ich selbst kein Forscher bin und eben nur Anwender der Technik, aber ich habe viel recherchiert zu dieser Thematik und versucht, die Entwicklungen und Techniken rund um die beschriebenen Batteriespeicher möglichst auch für Laien verständlich zu erklären. Mir ist bewusst, dass mir das vielleicht nicht immer gelungen sein wird, aber ich hoffe doch, zu großen Teilen.
Vorwort
Der Klimaschutz und die Energieversorgung sind wesentliche Faktoren für eine nachhaltige Entwicklung nicht nur Deutschlands, sondern der ganzen Welt. Langfristig wird bei der Energieversorgung überwiegend auf fossile Brennstoffe verzichtet werden müssen, damit die angestrebten Klimaschutzziele erreicht werden.
Mit jedem Prozent mehr Strom aus Wind und Sonnenkraft wird aber auch klar: Es braucht mehr Speicher für die Energiewende – insbesondere unterschiedliche Speicher. Denn nur mit solchen Speichern bzw. Akkus kann das Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage im Energiesystem aufrechterhalten werden. Denn das Hauptproblem von regenerative Energiequellen ist deren Unregelmäßigkeit. Energieversorger und Netzbetreiber können mithilfe von Akkus die volatile Leistung von Solar- und Windenergie kompensieren und gewährleisten damit ein zuverlässiges Stromversorgungsnetz.
Batterien mit großer Energiedichte und ausreichender Zyklenstabilität sind hierbei für die Herausforderungen im Rahmen der Energiewende unverzichtbar, sowohl als mobile Akkus für den Betrieb beispielsweise von Smartphones, Laptops und E-Autos als auch als stationäre Akkus bei Betrieb von PV-Anlagen oder in Kraftwerken.
Lithium-Ionen-Batterien haben die Energiespeicherung dank ihrer hohen Energiedichte und Langlebigkeit in den letzten Jahren revolutioniert, insbesondere im Bereich der erneuerbaren Energien.
Dem Weltwirtschaftsforum zufolge ist die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien beispielsweise für den Betrieb von Elektrofahrzeugen und die Energiespeicherung exponentiell gestiegen, von etwa 0,5 Gigawattstunden (GWh) im Jahr 2010 auf fast 526 GWh ein Jahrzehnt später.
Doch trotz ihrer weit verbreiteten Verwendung gibt es auch einige bedeutende Nachteile:
Erstens sind die Rohstoffe für Lithium-Ionen-Batterien, insbesondere Lithium und andere seltene Erden, begrenzt und mit erheblichen ökologischen und sozialen Kosten verbunden und auch ein Recycling ist schwierig. Die EU hat daher Lithium im Jahr 2020 auch als kritischen Rohstoff eingestuft, da sie selbst keinerlei Lithiumvorkommen hat.
Zweitens sind Kosten und Speicherdauer ein weiteres Problem. Lithium-Ionen-Batterien sind am effektivsten bei kurzen Speicherdauern von bis zu vier bis sechs Stunden. Für längere Zeiträume werden die Kosten deutlich höher. Drittens gibt es Sicherheitsbedenken. Lithium-Ionen-Batterien können in bestimmten Fällen überhitzen oder Feuer fangen, was die Notwendigkeit von Sicherheitsvorkehrungen erhöht und die Komplexität und Kosten ihrer Nutzung weiter steigert.
Die Suche nach Alternativen ist daher allgegenwärtig und alternativlos. In diesem Buch werden diese Alternativen und deren Entwicklungsstand vorgestellt.
Begriffserklärungen
Primärzellen: umgangssprachlich auch als Batterie bezeichnet. Kennzeichnend ist, dass nach Zusammenfügen die Zelle aufgeladen ist und einmalig entladen werden kann. Die Entladung ist unumkehrbar – die Primärzelle kann elektrisch nicht mehr aufgeladen werden.
Sekundärzellen: umgangssprachlich auch als Akkumulator oder kurz Akku bezeichnet. Nach einer Entladung können Sekundärzellen durch eine gegenüber der Entladung gegenläufige Stromrichtung wieder neu aufgeladen werden, weswegen hier die eindeutige Bezeichnung als Minus- und Plus-Pol der Bezeichnung als Anode und Kathode vorzuziehen ist. Die chemischen Prozesse in der Zelle laufen, begrenzt durch die Zyklenanzahl, umkehrbar ab. Die Energiedichte von Sekundärzellen ist im Vergleich zu Primärzellen bei gleicher Temperatur geringer.
Elektrode: ist ein Elektronenleiter, der im Zusammenspiel mit einer Gegenelektrode (Anode – Kathode) mit einem zwischen beiden Elektroden befindlichen Medium in Wechselwirkung steht. Elektroden bestehen aus elektrischen Leitern, meist einem Metall oder Graphit. Sie dienen dazu, nicht elektronenleitende Bereiche mit Kabeln zu verbinden, und finden dazu beispielsweise Anwendung in elektrochemischen Elementen
Elektrolyt: ist eine chemische Verbindung, die im festen, flüssigen oder gelösten Zustand in Ionendissoziiert ist und die sich unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes gerichtet bewegt. Oft wird mit Elektrolyt auch das feste oder flüssige Material bezeichnet, das die beweglichen Ionen enthält.
Anode: ist eine negative Elektrode, die aus einem Elektrolyten unter Elektronenaufnahme Anionen entlädt oder Kationen erzeugt, also Oxidationsreaktionen stattfinden lässt.
