Vanadium Redox-Flow Batterien: Die Kommerzialisierung beginnt!
Vanadium Redox-Flow Batterien können bis zu 20.000-mal aufgeladen werden ohne Leistungsverlust. Sie eignen sich daher perfekt für die Speicherung von Wind- oder Sonnenenergie. Jetzt beginnt die Kommerzialisierung, allerdings gibt es auch Tücken.
Ideale Stromspeicher für Wind- und Sonnenenergie: Vanadium Redox-Flow Batterien lassen sich rund 20.000 mal ohne Leistungsverlust aufladen.
Foto: Panthermedia.net/malpetr
Das Speichern von Energie aus Wind und Solar war lange Zeit ein starkes Argument gegen den Ausbau der Erneuerbaren Energien. Mit Vanadium Redox-Flow Batterien gibt es aber inzwischen den passenden Energiespeicher. In China hat die Kommerzialisierung bereits begonnen, auch bin Europa nimmt die Aktivität zu. Doch es gibt auch Tücken, denn Vanadium ist rarer als es scheint.
Das Speicherproblem als Hindernis
Energie aus Wind und Sonne zu gewinnen ist schon lange keine Wissenschaft mehr. Selbst aus dem wirtschaftlichen Hinblick heraus können sie mit fossilen Wettbewerbern wie Kohle- oder Atomstrom mithalten und sind an vielen Standorten inzwischen deutlich günstiger – sauberer ohnehin. Mit dem Krieg in der Ukraine und den geopolitischen Spannungen zwischen den USA und der Volksrepublik China sollten eigentlich Wind- und Solarkraft ganz oben auf der Agenda stehen, machen sie doch ein Land unabhängiger von Lieferungen aus dem Ausland. Doch noch immer stockt der Ausbau in Deutschland wie auch in anderen Ländern des Westens. Die Gegner führen zudem ein Argument an, dem Befürworter bis vor wenigen Jahren kaum etwas entgegenzusetzen hatten: Energie aus Sonne und Wind lässt sich nicht speichern – jedenfalls nicht zu vertretbaren Kosten. Schließlich scheint nicht immer die Sonne und auch der Wind weht nicht so beständig, wie man es sich wünschen würde.
Doch auch diese Argumente müssen als veraltet angesehen werden. Denn das Problem des Energiespeichers ist technologisch gelöst. Schon Mitte des 20. Jahrhunderts wurden die Grundlagen für die sogenannten Vanadium Redox-Flow Batterien an der TU Braunschweig geschaffen. Die ersten Patente wurden 1986 angemeldet.
Vorteile gegenüber Lithium-Ionen-Batterien
Diese chemischen Energiespeicher haben als langlebige Anwendungen große Vorteile gegenüber beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, die bisher dank Smartphones, Laptops und Elektroautos den Markt dominieren. So sind die Vanadium Redox-Flow Batterien wesentlich sicherer im Betrieb, da der Elektrolyt aufgrund des hohen Wasseranteils nicht brennbar oder explosiv ist. Zudem haben Lithium-Ionen-Batterien einen Nachteil: Sie verlieren Kapazität beim Aufladen, bei niedrigen Temperaturen und im Laufe der Zeit. Das kann jeder selbst am Akku seines Laptops überprüfen, der alle paar Jahre ausgetauscht werden muss. Für langlebige Anwendungen sind Lithium-Ionen-Batterien daher nicht die erste Wahl.
Für diese langfristigen Speicher, wie sie in Wind- oder Solarparks nötig sind, eignen sich wiederum Vanadium Redox-Flow Batterien. Sie können bis zu 20.000-mal aufgeladen werden ohne Leistungsverlust. Laut heutigen Schätzungen ist der Betrieb für 15 bis 20 Jahre ohne Probleme möglich. Das entspricht in etwa der Betriebszeit vieler Wind- und Solar-Anlagen. Dank der Speicher kann die gewonnen Energie gespeichert und genau dann abgegeben werden, wenn sie benötigt wird.
Die Kommerzialisierung beginnt in China
In den vergangenen zwei Jahrzehnten wurden bereits größere Vanadium Redox-Flow Batterieanlagen in Japan und den USA gebaut und in Betrieb genommen. Doch die Kommerzialisierung scheint zuerst in China stattzufinden. So fördert die Regierung in Beijing mit dem seit 2021 geltenden Fünfjahresplan den Ausbau von Wind- und Solarkraft und damit auch den Bau von Energiespeichern. Im vergangenen Jahr folgten bereits massive Investitionen.
Im September begann der Bau des ersten Gigawatt Vanadium-Energiespeichers in der Provinz Xinjiang. In der Provinz Hunan werden knapp 100 Mio. Dollar in einen entsprechenden Speicher investiert, in Dalian wurde eine 400.000 kWh-Anlage im Spätherbst ans Netz geschlossen. Daneben wird in China auf den Ausbau der Verarbeitungskapazitäten für Vanadium gesetzt. Unternehmen schließen sich zusammen oder bündeln Kräfte in Joint Ventures. In Deutschland ist vor allem die Advanced Metallurgical Group aktiv, eine in den Niederlanden gelistete, aber in Deutschland sehr aktive Gesellschaft. Sie baut derzeit unter anderem Pilotanlagen in Süddeutschland.
Die Nachfrage nach Vanadium wächst rasant, es sind neue Vorkommen notwendig.
Foto: Vanadium Resources
Wettbewerb nach Vanadium wird intensiver
Für die wachsende Zahl an Energiespeichern aber braucht es auch den Rohstoff Vanadium. Prinzipiell gibt es genug auf der Welt. Doch es kommt oft nur als Beiprodukt und nur selten in so hoher Konzentration vor, dass sich der Abbau auch wirtschaftlich lohnt. Weltweit gibt es nur wenige Vanadium-Produzenten, eine davon ist Bushveld Minerals aus Südafrika. Das Land am Kap dürfte auch das technologisch größte Know-how beim Abbau und der Verarbeitung von Vanadium besitzen. Bushveld Minerals plant jedenfalls einen Ausbau der Produktion, da die Nachfrage deutlich anzieht.
In diesem Bezirk nordöstlich von Johannesburg ist mit Vanadium Resources zudem ein weiteres Unternehmen aktiv, dass kurz vor dem Bau einer Vanadium-Mine steht. Mit dem Steelpoortdrift-Projekt besitzt es eines der hochgradigsten Vorkommen der Welt, dass noch nicht abgebaut wird. Das Unternehmen mit Börsennotierung in Australien und Deutschland hat aber bereits eine Machbarkeitsstudie für die Lagerstätte vorgelegt und arbeitet derzeit an der Finanzierung des Minenbaus, der 211 Mio. US-Dollar kosten soll. Der Net Present Value des Minenbetriebs über mindestens 25 Jahre kommt auf 1,2 Mrd. US-Dollar.
Nachfrage nach Vanadium legt deutlich zu
Neue Vorkommen sind auch nötig, denn die Nachfrage nach Vanadium wächst rasant. Bisher geht etwa 85 Prozent des Materials in die Stahlindustrie. Nun aber braucht es Vanadium auch für Energiespeicher und Titan-Legierungen, wo Vanadium zugesetzt wird und die dann im Flugzeugbau zum Einsatz kommen. Analysten gehen davon aus, dass diese beiden Anwendungsbereiche ihren Marktanteil von heute unter 10 Prozent auf 15 bis 25 Prozent bis zum Jahr 2025 ausbauen werden.
Das rasante Wachstum dürfte aber wie bei Lithium auch bei Vanadium zu einem Wettrennen zwischen den USA, Europa und China führen. Denn laut Daten des US Geological Survey stammen etwa 78 Prozent der globalen Vanadium-Versorgung aus China und Russland. Das Reich der Mitte war bis vor wenigen Jahren ein Netto-Exporteur, mit dem Boom bei Energiespeichern ändert sich das aber gerade. Marktbeobachter gehen davon aus, dass China bereits 2022 mehr Material ein- als ausgeführt hat. Langfristig dürften die Chinesen definitiv als Vanadium-Lieferant für den Weltmarkt ausfallen. Und dies gilt zumindest für die meisten westlichen Länder auch für Russland, dass in Folge des Kriegs in der Ukraine sanktioniert wird. Dementsprechend dürften sich die westlichen Staaten Ländern wie Südafrika oder Brasilien zuwenden, die beide zu den Top-5-Produzenten weltweit zählen und große Reserven besitzen.
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