Aluminiummetall als Energieträger für die saisonale Energiespeicherung (ALU-STORE)

Projektbeschreibung

Auf dem Weg zu einer auf Kreislaufwirtschaft ausgerichteten nachhaltigen Zukunft ist die effiziente Nutzung und Wiederverwertung von Energiematerialien eine Voraussetzung für die künftige Entwicklung eines völlig treibhausgasfreien Energiesystems. In diesem Zusammenhang sind in letzter Zeit reichlich vorhandene Metalle mit hoher volumetrischer Energiedichte und geringem Versorgungsrisiko wie etwa Aluminium, Eisen, Natrium usw. in das Blickfeld der Wissenschaft gerückt. Sie könnten kritische Materialien (z. B. Lithium, Kobalt, Nickel, Naturgraphit, Kupfer usw.) ersetzen, die das Rückgrat heutiger Energiespeichertechnologien, insbesondere von Batterien, bilden. Unter allen Metallen ist Aluminium einer der vielversprechendsten Energieträgerkandidaten, der die größte volumetrische Energiedichte, theoretisch ein völlig kohlenstofffreies Produktionspotential und eine 100%ige Recycelbarkeit bietet. In diesem Sinne konzentriert sich das Projekt ALU-STORE hauptsächlich auf das Potenzial zur Nutzung der maximalen Energiespeicherkapazität von Aluminium über den elektrochemischen Energieumwandlungspfad. Es zielt darauf ab, die Machbarkeit der Verwendung von Aluminium als Energieträger und Speichermedium für die saisonale Energiespeicherung in einem breiten Spektrum von Speicherdauern experimentell zu demonstrieren. Damit kann der Bedarf an Energiespeichern gedeckt werden, der zum Ausgleich der fluktuierenden und intermittierenden Energieerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen benötigt wird.

Ziele des Projektes sind:

  • der experimentelle Nachweis der effizienten elektrochemischen Energieumwandlung unter Verwendung einer Aluminiumkathode,
  • die Bewertung der Nachhaltigkeit der Lebenszyklusphasen (z. B. Materialherstellung, -verwendung und -recycling) sowie
  • die Überprüfung der Durchführbarkeit des gesamten aluminiumbasierten Energiespeicherkonzepts unter Berücksichtigung aller beteiligten Akteure.

Im Mittelpunkt von ALU-STORE steht ein neues energiewirtschaftliches Paradigma mit hohen gesellschaftlichen Auswirkungen, Sektorkopplung, Bereitstellung zusätzlicher Flexibilität und damit Stärkung der erneuerbaren Energien. Der Ansatz der Ökobilanzierung soll direkt in die Technologieentwicklung integriert werden, beginnend bei den niedrigen technologischen Entwicklungsstufen (Technology Readiness Level, TRL). Darüber hinaus ist das ITAS als Projektpartner in alle technologischen Entwicklungsstufen eingebunden, um die technisch-wirtschaftliche Machbarkeit sowie die ökologischen Nachhaltigkeitsaspekte der vorgeschlagenen aluminiumbasierten Energiespeichertechnologie zu bewerten.

Publikationen


2023
Buchaufsätze
Ersoy, H.; Baumann, M.; Weil, M.; Barelli, L.; Passerini, S.
Reactive Metals as Energy Storage and Carrier Media
2023. Sustainable Energy Storage in the Scope of Circular Economy – Advanced Materials and Device Design. Ed.: C. Costa, 17–41, John Wiley and Sons. doi:10.1002/9781119817741.ch2
Poster
Ersoy, H.; Baumann, M.; Weil, M.; Ramos, T. B.
Constructive Sustainability Assessment of an Emerging Energy Storage Technology
2023. 17th Society and Materials International Conference (SAM 2023), Karlsruhe, Deutschland, 9.–10. Mai 2023 
2022
Zeitschriftenaufsätze
Ersoy, H.; Baumann, M.; Barelli, L.; Ottaviano, A.; Trombetti, L.; Weil, M.; Passerini, S.
Hybrid Energy Storage and Hydrogen Supply Based on Aluminum—a Multiservice Case for Electric Mobility and Energy Storage Services
2022. Advanced materials technologies, 7 (8), Article no: 2101400. doi:10.1002/admt.202101400VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument
Proceedingsbeiträge
Ersoy, H.; Baumann, M.; Barelli, L.; Weil, M.; Passerini, S.
Reactive Metals as Energy Carriers: An Aluminum-based Hybrid Energy Storage Case
2022. Digital Proceedings of the 6th International Hybrid Power Systems Workshop 
Ersoy, H.; Baumann, M.; Weil, M.; Passerini, S.; Barelli, L.
Circular Use of Aluminium as an Energy Carrier
2022. The International Committee for Study of Bauxite, Alumina & Aluminium (Hg.): TRAVAUX 51. Proceedings of the 40th International Conference and Exhibition (ICSOBA 2022), Athen, Griechenland, 10.10.2022-14.10.2022, 159–166 
Vorträge
Baumann, M.; Erakca, M.; Bautista, S. P.; Ersoy, H.; Mandade, P.; Stuhm, P.; Jasper, F.; Peters, J.; Weil, M.
Life cycle oriented sustainability assessment of energy storage technologies - use cases from a lab to market level
2022. 2nd World Energy Storage Conference (WESC) / 7th UK Energy Storage Conference (UKESC) (2022), Birmingham, Vereinigtes Königreich, 12.–14. Oktober 2022 
Baumann, M.; Ersoy, H.; Peters, J.; Weil, M.
Energy storage in future power grids - potential sustainability challenges
2022. Bringing research and industry closer: Energy storage and CSP/CST (SUPEERA 2022), Almería, Spanien, 15.–16. November 2022 
Ersoy, H.; Baumann, M.; Barelli, L.; Weil, M.; Passerini, S.
Power-to-AL: Techno-economics of Aluminium as an Energy Carrier
2022. 17. Symposium Energieinnovation (EnInnov 2022), Graz, Österreich, 16.–18. Februar 2022 
Poster
Ersoy, H.; Baumann, M.; Barelli, L.; Weil, M.; Passerini, S.
Reactive Metals as Energy Carriers: An Aluminium-based Hybrid Energy Storage Case
2022. Helmholtz Energy Young Scientists Workshop 2022 - Enabling cooperation and networks in energy (2022), Maintal, Deutschland, 30.–31. Mai 2022 

Kontakt

Dr. Manuel Baumann
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS)
Postfach 3640
76021 Karlsruhe

Tel.: 0721 608-23215
E-Mail