Weltweit gibt es Bemühungen die Treibhausgasemissionen zu reduzieren und zu einem nachhaltigen Energiesystem überzugehen.
Während die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen und intelligenteren Stromnetzen steigt, führt die rasche Entwicklung erneuerbarer Energiequellen wie Solar- und Windenergie dazu, dass die Kapazitäten der Energiespeichertechnologien überfordert sind. Um diesen Anforderungen, die über die herkömmlichen Batteriesysteme hinausgehen, gerecht zu werden, müssen innovative Techniken entwickelt werden, die Energie effizienter, nachhaltiger und wirtschaftlicher speichern können.
Trends in der Energiespeicherung
Die Energiespeicherung hat in den letzten Jahren dank fortschrittlicher Forschung und Entwicklung erstaunliche Durchbrüche erzielt, sei es durch alternative Batterietypen, die Nutzung schwerkraftbasierter Speichersysteme oder eines KI-gesteuerten Energiemanagements. Sie tragen nicht nur zur Stabilisierung der Energienetze und zur Verringerung der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen bei, sondern ermöglichen es auch der Industrie, den steigenden Energiebedarf zu decken und gleichzeitig ihre Umweltauswirkungen zu verringern.
Laut Statista wird erwartet, dass der Markt für Energiespeichersysteme zwischen 2024 und 2031 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von etwa 9 % wachsen wird.
1. Verbesserte Lithium-Ionen-Akkus
Dank der verbesserten Energiedichte, Langlebigkeit und Sicherheit stehen Lithium-Ionen-Akkus weiterhin an der Spitze der Entwicklung von Energiespeichern. Batterien werden dank Innovationen wie Festkörperelektrolyten und Materialien mit hoher Energiedichte (wie Siliziumanoden) immer leichter, sicherer und langlebiger. Diese Entwicklungen, die eine längere Nutzungsdauer und ein schnelleres Aufladen ermöglichen, wirken sich besonders stark auf die Verbraucherelektronik und Elektrofahrzeuge aus.
Laut S&P Global wird der Markt für Traktionsbatterien zwischen 2022 und 2030 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 22,3 % wachsen. Die beiden anderen Haupteinsatzgebiete von Lithium-Ionen-Akkus sind die Energiespeicherung und tragbare Geräte. Bis 2030 werden jedoch 93 % des Marktes auf den Automobil- und Transportsektor entfallen.
2. Alternative Batterietypen
Alternative Batterietypen, wie Natrium-Ionen- und Zink-Luft-Batterien, können die Grenzen von Lithium-Ionen-Batterien überwinden. Zink-Luft-Batterien beispielsweise bieten langlebige, hochenergetische Notstromlösungen, während Natrium-Ionen-Batterien für grosse, stationäre Speicheranwendungen konzipiert sind und weniger von seltenen Mineralien abhängig sind.
3. Grüner Wasserstoff und Brennstoffzellen
Grüner Wasserstoff ist eine saubere Speicheroption, die bei Bedarf wieder in Strom umgewandelt werden kann. Wasserstoff wird durch die Elektrolyse von Wasser hergestellt. Nur wenn der Strom für die Elektrolyse aus erneuerbaren Energiequellen stammt, ist der Wasserstoff grün. Mithilfe von Brennstoffzellen können Unternehmen dort, wo eine direkte Elektrifizierung schwierig ist, den Wasserstoff für Anwendungen in der Schwerindustrie, im Transportwesen und als Notstromversorgung nutzen.
Sehen Sie sich das folgende Video von Schneider Electric an und erfahren Sie, wie Wasserstoff zur Dekarbonisierung des Energiesystems beiträgt und welche digitalen Lösungen für die Wertschöpfungskette mit erneuerbaren Energien zur Herstellung von grünem Wasserstoff zur Verfügung stehen.
4. Thermische Energiespeicherung
Thermische Energie, die durch die Verbrennung von Brennstoffen oder durch die Sonne erzeugt werden kann, wird in der Regel zur Stromspeicherung und zum Heizen verwendet. Bei der thermischen Energiespeicherung wird die Wärme mithilfe von Substanzen wie Phasenwechselverbindungen oder geschmolzenen Salzen gespeichert, die dann sofort zum Heizen genutzt oder in Strom umgewandelt werden kann. Diese Technologie bietet eine zuverlässige und erschwingliche Möglichkeit zur kontinuierlichen Unterstützung erneuerbarer Energien, was sie besonders für Solarkraftwerke und industrielle Prozesse interessant macht.
Eine andere Art der thermischen Energie ist die Geothermie. Während thermische Energie aus verschiedenen Quellen stammen kann, wird mit geothermischer Energie nur die Eigenwärme der Erde bezeichnet, die der Erde durch Bohrungen entzogen und zur direkten Heizung oder Stromerzeugung genutzt wird.
5. Fortschrittliche Kondensatoren und Superkondensatoren
Superkondensatoren sind ideal für den Netzausgleich und für Elektroautoanwendungen, die ein schnelles Laden und Entladen erfordern. Sie werden häufig in Hybridsystemen zusammen mit Batterien verwendet, um kurze Leistungsspitzen bereitzustellen, was die Stabilität und Energieeffizienz in vielen Anwendungen verbessert
6. Intelligente Netze und Management-Innovationen
Intelligente Netze, die KI und IoT integrieren, optimieren die Energieverteilung und -speicherung, indem sie den Bedarf prognostizieren und die Lasten ausgleichen. Durch die Verbesserung der Widerstandsfähigkeit und Effizienz von Energienetzen macht diese Technologie die Stromverteilung intelligenter und reaktionsfähiger auf Echtzeitanforderungen.
„Alle drei grossen Sektoren, die dekarbonisiert werden müssen – Gebäude, Verkehr und Industrie – werden die Netznachfrage erhöhen, da nur ein Bruchteil des Energiebedarfs durch die Erzeugung vor Ort gedeckt werden kann.“−
Siemens, Accelerating the electrification of everything
7. Nachhaltigkeit und Recycling bei der Energiespeicherung
Die Verringerung der Umweltauswirkungen der Energiespeicherung erfordert Verbesserungen beim Recycling und bei der Verwendung nachhaltiger Materialien. Durch neue Techniken zur Rückgewinnung wertvoller Elemente aus Batterien und die Entwicklung von Produkten mit Blick auf ihre Wiederverwertbarkeit werden Abfälle reduziert und eine Kreislaufwirtschaft gefördert.
8. KI-optimierte Energiemanagementsysteme (EMS)
Echtzeitdaten werden von KI-gesteuerten Energiemanagementsystemen genutzt, um den Energieverbrauch zu optimieren und zu regulieren, die Netzstabilität zu verbessern, die Betriebskosten zu senken und die effektive Nutzung erneuerbarer Ressourcen zu gewährleisten. Das ist insbesondere bei gross angelegten Industrie- und Netzanwendungen von Vorteil.
„Eine der häufigsten Anwendungen von KI im Energiesektor ist die Verbesserung der Vorhersage von Angebot und Nachfrage.“
IEA (Internationale Energieagentur), Why AI and energy are the new power couple
9. Schwerkraftspeicher
Bei dieser Form der Speicherung wird die Energie abgegeben, indem schwere Gewichte gehoben oder gesenkt werden. Sie ist eine kostengünstige und langlebige Lösung, die sich gut für Anwendungen im Netzmassstab eignet. Zudem ist für diese Energiespeicherungstechnologie keine besondere Umgebung notwendig.
10. Second-Life-Batterien
Gebrauchte E-Auto-Batterien können als Energiespeicher ein zweites Leben erhalten. Dadurch wird nicht nur die Batterielebensdauer verlängert und der Elektroabfall reduziert, sondern Unternehmen und Haushalte erhalten eine kostengünstige und nachhaltige Stromspeicherlösung für Notfälle.
Fazit
Die neuesten Entwicklungen auf dem Gebiet der Energiespeicherung revolutionieren die Art und Weise, wie in vielen Sektoren Energie erzeugt, gespeichert und genutzt wird. Diese Innovationen, die von KI-gesteuerten Systemen und nachhaltigen Materialien bis hin zu Batterien der nächsten Generation und grünem Wasserstoff reichen, sind für die Schaffung einer saubereren und resilienten Energiezukunft unerlässlich. Angesichts der steigenden Beliebtheit erneuerbarer Energiequellen spielen Energiespeicher eine wichtige Rolle bei der Stabilisierung des Stromnetzes und verringern so die CO2-Emissionen und fördern eine nachhaltige Weltwirtschaft. Die Integration von Speicherlösungen in das Stromnetz ist ein wichtiger Schritt hin zu einer Zukunft, in der Energie kostengünstig und nachhaltig ist.