Die Schwerkraft könnte den größten Nachteil sauberer Energie lösen

Nov 01, 2023

Matt Reynolds

In einem Schweizer Tal hebt ein ungewöhnlicher mehrarmiger Kran zwei 35 Tonnen schwere Betonblöcke hoch in die Luft. Behutsam bahnen sich die Blöcke den blauen Stahlrahmen des Krans hinauf, wo sie an beiden Seiten eines 66 Meter breiten horizontalen Arms hängen. Insgesamt gibt es drei Arme, in denen jeweils die Kabel, Winden und Greifhaken untergebracht sind, die benötigt werden, um ein weiteres Paar Blöcke in den Himmel zu heben, was dem Gerät das Aussehen eines riesigen metallischen Insekts verleiht, das Ziegelsteine ​​mit Stahlnetzen anhebt und stapelt. Obwohl der Turm 75 Meter hoch ist, wird er von den bewaldeten Flanken der Lepontinischen Alpen im Süden der Schweiz, die sich vom Talboden in alle Richtungen erheben, leicht in den Schatten gestellt.

Dreißig Meter. Fünfunddreißig. Vierzig. Die Betonblöcke werden von Motoren, die mit Strom aus dem Schweizer Stromnetz angetrieben werden, langsam nach oben gehoben. Ein paar Sekunden lang hängen sie in der warmen Septemberluft, dann lösen sich die Stahlseile, mit denen die Blöcke befestigt sind, und sie beginnen ihren langsamen Abstieg, um sich den wenigen Dutzend ähnlicher Blöcke anzuschließen, die am Fuße des Turms gestapelt sind. Für diesen Moment ist dieser kunstvolle Tanz aus Stahl und Beton konzipiert. Beim Absenken jedes Blocks beginnen sich die Motoren, die die Blöcke anheben, rückwärts zu drehen und erzeugen Strom, der durch die dicken Kabel an der Seite des Krans in das Stromnetz fließt. In den 30 Sekunden, in denen die Blöcke herabsinken, erzeugt jeder einzelne etwa ein Megawatt Strom: genug, um etwa 1.000 Haushalte mit Strom zu versorgen.

Dieser Turm ist ein Prototyp des in der Schweiz ansässigen Unternehmens Energy Vault, eines von mehreren Startups, die neue Wege finden, die Schwerkraft zur Stromerzeugung zu nutzen. Eine Vollversion des Turms könnte 7.000 Ziegelsteine ​​enthalten und genug Strom liefern, um mehrere tausend Haushalte acht Stunden lang mit Strom zu versorgen. Die Speicherung von Energie auf diese Weise könnte dazu beitragen, das größte Problem beim Übergang zu erneuerbarem Strom zu lösen: eine CO2-freie Möglichkeit zu finden, das Licht anzuhalten, wenn der Wind nicht weht und die Sonne nicht scheint. „Die größte Hürde für uns ist die Beschaffung kostengünstiger Speicher“, sagt Robert Piconi, CEO und Mitbegründer von Energy Vault.

Ohne eine Möglichkeit, die weltweite Stromversorgung zu dekarbonisieren, werden wir bis 2050 niemals Netto-Treibhausgasemissionen von Null erreichen. Stromerzeugung und Wärme machen ein Viertel aller globalen Emissionen aus, und da fast jede Aktivität, die Sie sich vorstellen können, Strom erfordert, müssen wir aufräumen Stromnetze haben enorme Folgewirkungen. Wenn unser Strom umweltfreundlicher wird, werden auch unsere Häuser, Industrien und Transportsysteme umweltfreundlicher. Dies wird umso wichtiger, je mehr Teile unseres Lebens elektrifiziert werden – insbesondere Heizung und Verkehr, die auf andere Weise nur schwer dekarbonisiert werden können. Nach Angaben der Internationalen Atomenergiebehörde wird erwartet, dass diese gesamte Elektrifizierung die Stromproduktion bis 2050 verdoppelt. Aber ohne eine einfache Möglichkeit, große Mengen an Energie zu speichern und sie dann bei Bedarf wieder freizugeben, werden wir unsere Abhängigkeit von schmutzigen, umweltschädlichen, mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerken vielleicht nie aufgeben.

Hier kommt die Schwerkraft-Energiespeicherung ins Spiel. Befürworter der Technologie argumentieren, dass die Schwerkraft eine gute Lösung für das Speicherproblem darstellt. Anstatt sich auf Lithium-Ionen-Batterien zu verlassen, die mit der Zeit abbauen und seltene Erdmetalle erfordern, die aus dem Boden gegraben werden müssen, sagen Piconi und seine Kollegen, dass Schwerkraftsysteme eine kostengünstige, reichliche und langlebige Energiespeicherung bieten könnten die wir derzeit übersehen. Um dies zu beweisen, müssen sie jedoch eine völlig neue Art der Stromspeicherung entwickeln und dann eine Branche, die bereits voll auf Lithium-Ionen-Batterien setzt, davon überzeugen, dass die Zukunft der Speicherung extrem schwere Gewichte aus großer Höhe erfordert.

Angela Wasserschneider

Max G. Levy

Ngofeen Mputubwele

Andy Greenberg

Der Teststandort von Energy Vault befindet sich in einer kleinen Stadt namens Arbedo-Castione im Tessin, dem südlichsten der 26 Kantone der Schweiz und dem einzigen, in dem Italienisch die einzige Amtssprache ist. Die Ausläufer der Schweizer Alpen sind ein passender Ort für ein Start-up zur Schwerkraft-Energiespeicherung: Eine kurze Fahrt östlich von den Büros von Energy Vault bringt Sie zum Contra Dam, einem Betongebäude, das durch die Eröffnungsszene von GoldenEye berühmt wurde, wo James Bond Bungee- springt die 220 Meter hohe Wand des Damms hinunter, um eine streng geheime sowjetische Chemiewaffenanlage zu infiltrieren. Nördlich von Arbedo-Castione blockiert ein weiterer hoch aufragender Damm das obere Blenio-Tal und hält das Wasser des Luzzone-Stausees zurück.

Wasser und Höhe – die Schweiz verfügt über beide Ressourcen im Überfluss, weshalb das Land einer der ersten Pioniere der ältesten und am weitesten verbreiteten Großenergiespeicherung der Welt war: Pumpspeicherkraftwerke. Ganz im Norden der Schweiz befindet sich das älteste funktionierende Pumpspeicherkraftwerk der Welt. Das 1907 erbaute Pumpspeicherkraftwerk Engeweiher basiert auf denselben Grundvoraussetzungen wie der Turm von Energy Vault. Bei ausreichender Stromversorgung wird Wasser aus dem nahe gelegenen Rhein nach oben gepumpt, um den 90.000 Kubikmeter großen Engeweiher zu füllen. Wenn der Energiebedarf am höchsten ist, wird ein Teil dieses Wassers durch eine Reihe von Toren freigesetzt und stürzt in ein Wasserkraftwerk, wo die Abwärtsbewegung des Wassers die Rotorblätter einer Turbine antreibt und Strom erzeugt. Engeweiher ist heute ein lokaler Schönheitsort und beliebt bei Joggern und Hundeausführern aus der nahegelegenen Stadt Schaffhausen, aber Pumpspeicherkraftwerke haben seit dem frühen 20. Jahrhundert einen langen Weg zurückgelegt. Über 94 Prozent der großen Energiespeicher der Welt sind Pumpspeicherkraftwerke, die größtenteils zwischen den 1960er und 1990er Jahren gebaut wurden, um billigen Strom aus über Nacht laufenden Kernkraftwerken zu nutzen.

Die Einfachheit von Pumpspeicherkraftwerken machte sie zum offensichtlichen Ausgangspunkt für Bill Gross, einen Multiunternehmer und Gründer des in Kalifornien ansässigen Startup-Inkubators Idealab. „Ich wollte immer einen Weg finden, das zu bauen, was ich für einen künstlichen Damm hielt. Wie können wir die Eigenschaften eines Staudamms nutzen, die so großartig sind, ihn aber bauen, wo immer wir wollen?“ er sagt. Obwohl immer noch neue Pumpspeicherkraftwerke gebaut werden, weist die Technologie einige große Nachteile auf. Es dauert Jahre, neue Projekte zu planen und zu bauen, und sie funktionieren nur an Orten, an denen reichlich Höhe und Wasser vorhanden sind. Gross wollte die Einfachheit von Pumpspeicherkraftwerken nachbilden, allerdings auf eine Art und Weise, die es ermöglichte, den Speicher überall zu bauen. Im Jahr 2009 war er Mitbegründer eines Startups namens Energy Cache, das die Speicherung von Energie durch das Heben von Kiessäcken mithilfe eines Kanister-Skilifts an Hängen plante. Gross und sein Mitbegründer Aaron Fyke bauten schließlich 2012 auf einem Hügel in Irwindale, Kalifornien, einen kleinen Prototyp des Geräts, hatten jedoch Schwierigkeiten, Kunden zu finden, und kurz darauf scheiterte das Startup. „Jahrelang habe ich darüber nachgedacht. Darüber war ich traurig“, sagt er. „Aber ich dachte immer, dass die Energiespeicherung in Wirklichkeit darin bestehen muss, dass man sie dort platzieren kann, wo man will.“ Während Gross über sein gescheitertes Startup grübelte, wurden die Argumente für die Energiespeicherung immer stärker. Zwischen 2010 und 2016 sanken die Kosten für Solarstrom von 38 Cent (28 Pence) pro Kilowattstunde auf nur noch 11 Cent. Gross war überzeugt, dass es an der Zeit sein könnte, mit einem neuen Startup und einem neuen Design zu seiner Idee der Schwerkraftspeicherung zurückzukehren. Und er wusste genau, wen er bauen wollte.

Angela Wasserschneider

Max G. Levy

Ngofeen Mputubwele

Andy Greenberg

Andrea Pedretti hat Erfahrung im Bau unwahrscheinlicher Strukturen. Im Tiefbauunternehmen seiner Familie im Tessin half er beim Bau der Hauptbühne für das jährliche Kongsberg Jazz Festival in Norwegen: eine 20 Meter hohe schwebende PVC-Decke mit einem prall gefüllten Horn, das Klang auf den Stadtplatz ergießt. Im Jahr 2016 erhielt Pedretti einen Anruf von Gross und bat ihn, beim Entwurf einer ganz anderen Art von Struktur mitzuhelfen: einem Energiespeicher, der Pumpwasserkraft ohne Berge nachbilden würde. Das Paar begann, grobe Ideen für Bauwerke zu entwerfen, berechnete, wie viel der Bau jedes einzelnen Bauwerks kosten würde, und besprach die Entwürfe bei häufigen Telefongesprächen zwischen dem Tessin und Kalifornien. „[Gross] ist immer davon besessen, die Kosten für alles zu senken – darin ist er sehr gut“, sagt Pedretti, jetzt Chief Technology Officer von Energy Vault. Einer ihrer ersten Entwürfe hatte die Form eines 100 Meter hohen und 30 Meter breiten Tanks mit Stahlwänden, in dem Wasser nach oben gepumpt und dann wieder auf den Boden abgesenkt wurde, wodurch eine mit einem Generator verbundene Turbine angetrieben wurde. Später überlegten sie, eine Reihe erhöhter Kunststofftröge zu bauen, die sich neigen würden, wenn Wasser zwischen den Ebenen herabtropft. Keiner der Entwürfe senkte die Kosten ausreichend, also kehrten Pedretti und Gross zu einer ihrer allerersten Ideen zurück: der Verwendung eines Krans zum Heben und Senken von Gewichten. Kräne seien billig und die Technologie sei überall, argumentierte Pedretti. Auf diese Weise müssten sie das Rad nicht neu erfinden, nur um ihre Idee in die Tat umzusetzen.

Der schwierige Teil wäre jedoch, einen Weg zu finden, Gewichte autonom zu heben und zu stapeln. Das Speichersystem würde durch das Stapeln von Tausenden von Blöcken in konzentrischen Ringen um einen zentralen Turm funktionieren, was eine millimetergenaue Platzierung der Blöcke und die Fähigkeit erfordern würde, Wind und den Pendeleffekt auszugleichen, der durch ein schweres, am Ende eines Turms schwingendes Gewicht verursacht wird Kabel. Auf dem Demonstrationsturm in Arbedo-Castione bewegen sich die Wagen, die die Kabel halten, die die Ziegel anheben, hin und her, um diese Bewegung auszugleichen; Die Tafel in Pedrettis Büro in Westlake Village, Kalifornien, ist immer noch mit Gleichungen bedeckt, mit denen er herausgefunden hat, wie sich Blöcke am besten heben und stapeln lassen.

Angela Wasserschneider

Max G. Levy

Ngofeen Mputubwele

Andy Greenberg

Im Juli 2017 ging Pedretti online und kaufte einen 40 Jahre alten Kran für 5.000 Euro. „Es war rostig, aber es war in Ordnung. Es hat seinen Zweck erfüllt“, sagt er. Mit seinem Kollegen bei Energy Vault, Johnny Zani, tauschte er die Elektronik des Krans aus und baute ihn in einer Stadt namens Biasca nördlich des aktuellen Testgeländes von Energy Vault auf. Für ihren ersten Test der Software wiesen sie den Kran an, einen Sack voller Erde anzuheben und ihn an einen bestimmten, nicht weit entfernten Punkt zu bewegen. „Es war erstaunlich – es hat beim ersten Mal funktioniert. Das passiert nie! „Es nahm das Gewicht auf, bewegte es und stoppte es genau zehn Meter entfernt“, sagt Pedretti. Eine Woche später tauschten sie den Sack voller Erde gegen einen Stapel leuchtend blauer Fässer und machten ein Video vom Kran, der die Fässer stapelte. „Dies war das Video, mit dem das Unternehmen im Grunde gegründet wurde“, sagt Pedretti.

Im Oktober 2017 war Energy Vault offiziell ein Unternehmen mit Robert Piconi, einem ehemaligen Gesundheitsmanager und einem weiteren Mitarbeiter von Gross, als CEO. Jetzt mussten sie Investoren davon überzeugen, dass ihr 40 Jahre alter Kran nur der Anfang eines Unternehmens war, das zur Lösung des weltweit wachsenden Dilemmas bei erneuerbarer Energie beitragen könnte.

Wir erleben eine Revolution in der Stromerzeugung. In vielen Teilen der Welt geht die Ära der Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Stromerzeugung zu Ende. Im Jahr 2020 verbrachte das Vereinigte Königreich rekordverdächtige 67 Tage, ohne eines seiner wenigen verbliebenen Kohlekraftwerke in Betrieb zu nehmen, eine erstaunliche Leistung für ein Land, das vor weniger als zehn Jahren ein Drittel seines Stroms aus Kohle produzierte. Seit 2010 hat der rasante Einsatz von Wind- und Solarenergie den Anteil erneuerbarer Energien am weltweiten Strom von 20 Prozent auf knapp 29 Prozent erhöht. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur wird die gesamte installierte Wind- und Solarkapazität bis 2023 die von Erdgas übertreffen. Bis 2024 wird es die Kohle überholen und ein Jahr später sollen die erneuerbaren Energien insgesamt zur weltweit größten Stromerzeugungsquelle werden. „Wenn wir es ernst meinen mit dem Kampf gegen den Klimawandel, sollten wir uns besser in einer Situation befinden, in der wir uns auf ein System mit hoher Verbreitung erneuerbarer Energien zubewegen“, sagt Dharik Mallapragada, Forscher an der Energy Initiative des Massachusetts Institute of Technology. „Das ist aus technologischer Sicht unsere beste Karte. Bringen Sie einfach so viel Wind- und Solarenergie in das System ein, wie wir können.“

Angela Wasserschneider

Max G. Levy

Ngofeen Mputubwele

Andy Greenberg

Der Wettlauf um die Dekarbonisierung unserer Netze bringt Herausforderungen mit sich, denen wir uns noch nie zuvor gestellt haben. Der Betrieb eines Stromnetzes ist ein Hochseilakt, bei dem die Stromerzeugung jederzeit sorgfältig auf die Nachfrage abgestimmt werden muss. Das System steht immer kurz davor, gefährlich aus dem Gleichgewicht zu geraten. Erzeugen Sie zu viel Strom und das Netz bricht zusammen. Wenn Sie zu wenig Strom erzeugen, bricht das Netz zusammen. Genau das geschah im Februar 2021 in Texas, als einer der kältesten Winterstürme seit Jahrzehnten den Staat heimsuchte. Die Texaner beeilten sich, ihre Heizungen hochzudrehen und sich gegen so niedrige Temperaturen zu wehren, dass die Pipelines zu Gas- und Kernkraftwerken zugefroren waren. Als in den frühen Morgenstunden des 15. Februar die Nachfrage stieg und das Angebot zurückging, riefen die Mitarbeiter im Kontrollraum des Electrical Reliability Council of Texas (ERCOT) verzweifelt die Energieversorger an und forderten sie auf, die Stromversorgung ihrer Kunden zu unterbrechen. Millionen Texaner waren tagelang ohne Strom. Einige starben in ihren eigenen Häusern an Unterkühlung, während sie darauf warteten, dass der Strom wieder verfügbar war. Wenige Tage nach der Krise gab Bill Magness, Vorstandsvorsitzender von ERCOT, zu, dass das gesamte Stromnetz nur noch „Sekunden und Minuten“ von einem unkontrollierten Stromausfall entfernt sei, der zig Millionen Einwohner mehrere Wochen lang ohne Strom hätte zurücklassen können.

Netze mit einem hohen Anteil an Wind- und Solarenergie sind anfällig für plötzliche Schwankungen in der Stromversorgung. Wenn sich der Himmel verdunkelt oder der Wind ruhiger wird, verschwindet die Stromerzeugung einfach vom Netz und die Energieversorger müssen die Lücke mithilfe fossiler Brennstoffe schließen. Auch die umgekehrte Situation wirft Probleme auf. Rund 32 Prozent des kalifornischen Stroms werden aus erneuerbaren Energien erzeugt, aber an kühlen Frühlingstagen, wenn der Himmel klar und der Wind stabil ist, kann dieser Anteil auf fast 95 Prozent steigen. Leider erreicht die Solarenergie gegen Mittag ihren Höhepunkt, Stunden bevor der Strombedarf seinen Höhepunkt erreicht, wenn die Menschen von der Arbeit nach Hause kommen, die Klimaanlage aufdrehen und den Fernseher einschalten. Da in den späten Abendstunden kein Solarstrom erzeugt wird, wird dieser Spitzenbedarf meist durch Gaskraftwerke gedeckt. Als Forscher des California Independent System Operator diese Lücke zwischen Solarproduktion und Spitzenenergiebedarf in einem Diagramm darstellten, bemerkten sie, dass die Linie den runden Bauch und den schlanken Hals einer Ente nachzeichnete, und tauften eine der ärgerlichsten Komplikationen der erneuerbaren Energien „Entenkurve“. .“ Die niedlich aussehende Kurve ist so ein Problem, dass Kalifornien manchmal Nachbarstaaten dafür bezahlen muss, überschüssige Solarenergie abzunehmen, um eine Überlastung seiner Stromleitungen zu vermeiden. Auf Hawaii, wo der Unterschied zwischen der Spitzenproduktion von Solarstrom und der Spitzennachfrage noch ausgeprägter ist, hat diese Kurve einen anderen Namen: „Nessie-Kurve“.

All diese Probleme sind auf eine grundlegende Eigenart der Elektrizität zurückzuführen: Sie lässt sich nicht speichern. Ein Funke Strom, der in einem Kohlekraftwerk erzeugt wird, kann nicht stillstehen; es muss irgendwo hin. Um die Netze im Gleichgewicht zu halten, passen Netzbetreiber ständig Angebot und Nachfrage an. Doch je mehr Wind- und Solarenergie Sie in das Netz einspeisen, desto mehr Unsicherheit bringt dieser Balanceakt mit sich. Energieversorger schützen sich dagegen, indem sie Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen vorhalten, um bei Bedarf zuverlässige Energie bereitzustellen. Energiespeicher bieten einen Ausweg aus dieser Zwickmühle. Durch die Umwandlung elektrischer Energie in eine andere Energieform – chemische Energie in einer Lithium-Ionen-Batterie oder potenzielle Gravitationsenergie in einem der hängenden Steine ​​von Energy Vault – können Sie diese Energie behalten und genau dann einsetzen, wenn Sie sie brauchen. Auf diese Weise holen Sie mehr Wert aus erneuerbaren Energiequellen und reduzieren den Bedarf an Backups durch Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen. „Es ist ein Wandel, der stattfinden muss, und Batterietechnologie und Energiespeicherung im Allgemeinen sind ein wichtiger Teil dieses Wandels hin zu erneuerbarer Energie“, sagt Alex Holland, leitender Technologieanalyst bei IDTechEx. Laut Bloomberg New Energy Finance steht die Energiespeicherung vor einem exponentiellen Anstieg: Der Bericht von 2019 prognostiziert einen 122-fachen Anstieg der Speicherung bis 2040, was bis zu einer halben Billion Pfund an Neuinvestitionen erfordern würde.

Angela Wasserschneider

Max G. Levy

Ngofeen Mputubwele

Andy Greenberg

Schon als sein Unternehmen 2018 mit der Arbeit an der Konstruktion des Mehrarmkrans begann, wurde Piconi klar, dass die nächste Version seines Energiespeichersystems einer umfassenden Überarbeitung bedürfen würde. Zunächst einmal würde ein Turm in Originalgröße ein astronomisches Gewicht haben und tiefe Fundamente erfordern, um ihn stabil zu halten. Allein die Blöcke würden ein Gewicht von etwa 245.000 Tonnen haben – fast die Hälfte des Gewichts des Wolkenkratzers Burj Khalifa in Dubai. Auch das exponierte Design warf potenzielle Probleme auf. Wenn Schnee zwischen zwei Blöcken eingeschlossen wäre, könnte er zu Eis verdichtet werden, was das Stapeln weiterer Blöcke unmöglich macht. Sandstürme könnten ein ähnliches Risiko darstellen.

Um diese Probleme zu lösen, beschlossen Piconi und seine Kollegen, ihr Schwerkraftspeichersystem in riesigen modularen Gebäuden unterzubringen – ein System, das sie EVx nennen. Jedes vorgeschlagene Gebäude würde mindestens 100 Meter hoch sein und Tausende von Gewichten enthalten. Der Verzicht auf den Kran vereinfacht die Logistik bei der Arbeit mit so vielen Gewichten. Anstatt präzise in konzentrischen Kreisen gestapelt zu werden, können die Gewichte jetzt einfach mit einem Trolleysystem vertikal angehoben und auf einem Gestell oben im Gebäude gelagert werden, bis sie wieder heruntergelassen werden können. Auch das Design kann je nach Speicherbedarf geändert werden: Ein langes, aber dünnes Gebäude würde in relativ kurzer Zeit viel Energie liefern, während eine weitere Breite des Gebäudes die Zeitspanne erhöhen würde, über die es Energie freisetzen könnte. Ein Ein-Gigawattstunden-System, das ungefähr genug Energie liefern könnte, um etwa 100.000 Haushalte zehn Stunden lang mit Strom zu versorgen, hätte eine Grundfläche von 25 bis 30 Acres. „Ich meine, es ist ziemlich riesig“, sagt Piconi, weist aber darauf hin, dass die Systeme wahrscheinlich an Orten eingesetzt werden, an denen es keinen Platzmangel gibt, einschließlich der Nähe bestehender Wind- und Solarparks. Das System stößt auch bei stromhungrigen Schwerindustrien auf Interesse, die mehr erneuerbare Energien nutzen möchten. Ein potenzieller Kunde ist ein Ammoniakhersteller im Nahen Osten und ein anderer ein großes Bergbauunternehmen in Australien. Laut Piconi werden die meisten Kunden das Speichersystem direkt kaufen, einige können es jedoch auch im Rahmen eines monatlichen Storage-as-a-Service-Modells leasen. Bisher liegen die größten Deals für Energy Vault mit großen Industriekunden vor. „Da sich die Dinge weiterentwickelt haben und die Menschen nach Alternativen suchen und die [Solarenergie] so stark zurückgegangen ist, werden diese industriellen Anwendungen sehr interessant“, sagt Piconi.

Angela Wasserschneider

Max G. Levy

Ngofeen Mputubwele

Andy Greenberg

Die wichtigste Frage für Energy Vault ist, ob die Kosten für seine Gebäude so niedrig gehalten werden können, dass die Schwerkraft zur attraktivsten Form der Energiespeicherung wird. Seit 1991 sind die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien um 97 Prozent gesunken, und Analysten erwarten, dass dieser Preis in den kommenden Jahrzehnten weiter sinken wird. „Eigentlich muss jede Speichertechnologie mit Lithium-Ionen konkurrieren, denn Lithium-Ionen befindet sich auf einem unglaublichen Kostensenkungskurs“, sagt Oliver Schmidt, Gastforscher am Imperial College London. In den nächsten Jahrzehnten werden Hunderte Millionen Elektrofahrzeuge vom Band rollen, und fast jedes einzelne davon wird über eine Lithium-Ionen-Batterie verfügen. Mitte 2018 produzierte Teslas Gigafactory jedes Jahr mehr als 20 Gigawattstunden Lithium-Ionen-Batterien – mehr als der gesamte weltweit installierte Batteriespeicher im Netzmaßstab. Der Boom bei Elektrofahrzeugen lässt die Kosten für Lithium-Ionen-Akkus sinken, und auch die Energiespeicherung kommt hinzu.

Der Preis für die Systeme von Energy Vault muss möglicherweise nicht so weit fallen. Jede Anlage erfordert den Bau eines neuen Gebäudes, obwohl das Team laut Gross bereits an Möglichkeiten zur Kostensenkung arbeitet, indem die benötigte Materialmenge reduziert und Teile des Baus automatisiert werden. Ein Vorteil sind die Gewichte. Die mehreren tausend 30-Tonnen-Blöcke in jedem EVx-System können aus Erde von der Baustelle oder anderen Materialien, die zur Deponie bestimmt sind, plus etwas Bindemittel hergestellt werden. Im Juli 2021 gab Energy Vault eine Partnerschaft mit dem italienischen Energieunternehmen Enel Green Power bekannt, um Glasfaser aus stillgelegten Rotorblättern von Windkraftanlagen als Teil seiner Ziegel zu verwenden. Auf seinem Testgelände in Arbedo-Castione verfügt das Unternehmen über eine Ziegelpresse, die alle 15 Minuten einen neuen Block produzieren kann. „Das ist das Tolle an der Art und Weise, wie wir die Lieferkette gestaltet haben. Es gibt nichts, was uns aufhalten könnte. Es ist Dreck. Es ist Abfallprodukt. Wir können diese Ziegelmaschinen in vier Monaten bauen, wir können 25 bis 50 davon bauen“, sagt Piconi.

Angela Wasserschneider

Max G. Levy

Ngofeen Mputubwele

Andy Greenberg

Das in Edinburgh ansässige Energiespeicher-Startup Gravitricity hat einen neuartigen Weg gefunden, die Kosten der Schwerkraftspeicherung niedrig zu halten: Es lässt seine Gewichte in stillgelegten Minenschächten fallen, anstatt Türme zu bauen. „Wir glauben, dass wir die Geologie der Erde nutzen müssen, um das Gewicht aufrechtzuerhalten, um die Art von Kosten, Technik und Physik für Großsysteme zum Laufen zu bringen“, sagt Charlie Blair, Geschäftsführer von Gravitricity. Im April 2021 begann Gravitricity mit Tests an einem 15 Meter hohen Demonstrationssystem, das in Leith, Schottland, montiert wurde. Das erste kommerzielle System des Unternehmens könnte jedoch in Tschechien landen, wo die Politik daran interessiert ist, bald eine neue Verwendung zu finden -Stillgelegte Kohlebergwerke. Ein weiterer potenzieller Standort ist Südafrika, wo es zahlreiche eigene Minen gibt und zusätzlich die Probleme eines instabilen Stromnetzes und häufiger Stromausfälle bestehen.

Gravitricity zielt auf einen anderen Teil des Energiemarktes als Energy Vault ab: die Bereitstellung kurzer Stromstöße zu entscheidenden Zeiten, um zu verhindern, dass die teure Energieinfrastruktur beschädigt wird. Stromnetze sind für den Betrieb mit einer bestimmten Frequenz ausgelegt; Europäische Netze arbeiten mit 50 Hertz, während es in den USA 60 Hertz sind. Diese Frequenz wird durch die Aufrechterhaltung eines Gleichgewichts zwischen Angebot und Nachfrage im Netz aufrechterhalten, aber ein plötzlicher Anstieg in einem dieser beiden Werte droht, dass die Frequenz steigt oder fällt. In Kraftwerken, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, wirken rotierende Turbinen wie Stoßdämpfer, die kleine Frequenzänderungen ausgleichen, während die Betreiber das Energieangebot entsprechend der Nachfrage entweder erhöhen oder verringern. Solar- und Windkraftwerke funktionieren auf diese Weise nicht. Wenn sie also aufhören, Strom zu erzeugen, benötigen die Netze eine andere Stromquelle, die schnell einspringen kann, um die Frequenz aufrechtzuerhalten, während die Stromerzeugung anderswo hochgefahren wird. Blair sagt, dass die Systeme von Gravitricity in weniger als einer Sekunde auf Frequenzänderungen reagieren können und dass die Kombination seines Systems mit anderen Technologien diese Reaktionszeit noch weiter verkürzen könnte. Dieser als Frequenzgang bezeichnete Dienst ist so wichtig, dass Stromnetzbetreiber einen hohen Aufpreis für Unternehmen zahlen, die in Sekundenbruchteilen reagieren können.

Ist der Moment der Schwerkraftenergiespeicherung endlich gekommen? Im letzten Jahrzehnt wurden mehrere Gravity-Startups gegründet, scheiterten und tauchten dann in unterschiedlichen Formen wieder auf. Keiner von ihnen hat bisher ein System für einen Kunden verkauft und gebaut, obwohl Energy Vault acht Verträge mit mehreren Projekten unterzeichnet hat, deren Beginn bis Mitte 2022 geplant ist. Im September 2021 gab das Unternehmen bekannt, dass es bald an der New York Stock notieren werde Börse nach einer Fusion mit einer Special Purchase Acquisition Company (SPAC): eine trendige Alternative zu einem Börsengang, die Unternehmen einen schnelleren und einfacheren Weg zum Börsengang bietet. Das Unternehmen hinter der Notierung von Energy Vault, Novus Capital, stand auch hinter einem weiteren SPAC, der das Agrartechnologieunternehmen AppHarvest im Februar 2021 an die Börse brachte. Seitdem befindet sich der Aktienkurs von AppHarvest in einem dramatischen Abwärtstrend und das Unternehmen unterliegt nun einer Klasse Klage eingereicht, in der behauptet wird, das Unternehmen habe Anleger über seine prognostizierten Finanzergebnisse getäuscht.

Der jüngste SPAC bewertete Energy Vault mit 1,1 Milliarden US-Dollar (808 Millionen Pfund), doch einige Experten sind nicht davon überzeugt, dass das Potenzial für die Energiespeicherung durch Schwerkraft so weit verbreitet ist, wie die Befürworter vermuten. „Im Allgemeinen ist viel Geld im Umlauf, wenn es um grüne Energiespeichertechnologien geht. Und ich denke, dass man bis zu einem gewissen Grad auf dieser Welle mitreiten kann“, sagt Alex Holland, Analyst bei IDTechEx. Im Jahr 2019 kündigte Energy Vault eine Investition in Höhe von 110 Millionen US-Dollar aus dem Vision Fund von SoftBank an, von der SoftBank jedoch nur 25 Millionen US-Dollar bereitstellte, bevor die Finanzierung im Jahr 2020 eingestellt wurde. Später investierte SoftBank im Rahmen einer Serie-C-Runde im August 2021 und erneut in Energy Vault Teil des SPAC-Deals. Zu den weiteren Investoren von Energy Vault gehören Saudi Aramco Energy Ventures, Prime Movers Lab und mehrere Investmentfirmen.

Angela Wasserschneider

Max G. Levy

Ngofeen Mputubwele

Andy Greenberg

Wie bei anderen Speicherunternehmen in der Anfangsphase musste Energy Vault einen sorgfältigen Balanceakt bei der Positionierung finden: disruptiv genug, um Investoren anzulocken, die auf der Suche nach dem nächsten großen Ding sind, aber zuverlässig und günstig genug, dass Energieversorger eine Einbindung in Betracht ziehen ihrer Energieinfrastruktur. Auf der einen Seite gibt es den Mondschein einer vollständig erneuerbaren Welt, auf der anderen Seite die brutale Wirtschaftlichkeit einer billigen Energiespeicherung. An einer Wand in den Tessiner Büros des Unternehmens hängt ein gerahmter Tweet von Bill Gates, in dem er Energy Vault als „aufregendes Unternehmen“ bezeichnet. Auf der gegenüberliegenden Seite der Wand befindet sich ein weiteres gerahmtes Zitat, dieses Mal von Robert Piconi selbst, über die Bereitstellung gespeicherter Energie, die unter den Kosten fossiler Brennstoffe liegt.

Überrascht zeigte sich Schmidt auch über die milliardenschwere Bewertung. Erst wenn Energiesysteme zu mehr als 80 Prozent aus erneuerbaren Energien bestehen, wird der Bedarf an Langzeitspeichern deutlich größer. Von dieser Zahl ist man in den meisten Ländern sehr weit entfernt. In der Zwischenzeit haben wir noch andere Möglichkeiten, Flexibilität zu erreichen: Wärmekraftwerke, die Biomasse mit Kohlenstoffabscheidung verbrennen, Verbindungen zwischen Stromnetzen und die Reduzierung des Strombedarfs. Schmidt geht davon aus, dass Lithium-Ionen den größten Teil des weltweiten Bedarfs an neuen Speichern decken werden, bis die nationalen Stromnetze 80 Prozent erneuerbare Energien erreichen. Dann wird der Bedarf an längerfristiger Speicherung durch eine Vielzahl konkurrierender Technologien gedeckt, darunter Flow-Batterien und Druckluft , Wärmespeicherung und Schwerkraftspeicherung. „Die erste Herausforderung bei erneuerbaren Energien, wenn man eine hohe Durchdringung erreicht, ist die Volatilität von Sekunde zu Sekunde, von Minute zu Minute, und wenn man diese Stabilitätsprobleme nicht lösen kann, wird man nie eine Durchdringung der erneuerbaren Energien von 80 Prozent erreichen.“ „ sagt Marek Kubik, Geschäftsführer bei Fluence, einem Energiespeicherunternehmen, das 3,4 Gigawatt Batteriespeicher im Netzmaßstab gebaut hat – fast ausschließlich Lithium-Ionen-Speicher. „Lithium-Ionen sind heute einfach die dominierende Technologie, weil die Kosten sinken, die nicht von der stationären Speicherindustrie, sondern von Elektrofahrzeugen vorangetrieben werden. Das ist eine sehr gewaltige Kraft.“

Pedretti weist jedoch darauf hin, dass Lithium-Ionen-Akkus mit der Zeit abbauen und ausgetauscht werden müssen. Die Schwerkraft ist eine Form der Speicherung, die theoretisch nicht an Wirksamkeit verlieren sollte. „Heutzutage denken die Menschen kurzfristig“, sagt er. „Politiker, Manager, jeder wird an der kurzfristigen Leistung gemessen.“ Die Umstellung der Welt auf erneuerbaren Strom wird ein Umdenken von nur wenigen Jahren auf Jahrzehnte und sogar Jahrhunderte erfordern. Die Menschen, die die Staudämme und Pumpspeicherkraftwerke in der Schweiz gebaut haben, hätten nicht kurzfristig gedacht, fügt er hinzu. Das Pumpspeicherwerk Engeweiher in Schaffhausen hat noch eine Laufzeit von weiteren 31 Jahren; Am Ende dieses Vertrags wird es fast anderthalb Jahrhunderte lang in Betrieb sein. Der Aufbau des Stromnetzes für eine kohlenstofffreie Welt ist eine ähnliche Übung langfristigen Denkens: „Früher haben die Menschen, die die Dämme gebaut haben, nicht kurzfristig gedacht. Sie dachten langfristiger. Und das fehlt heute.“