Der globale Markt für Durchflussbatterien soll bis 2030 ein Volumen von 1.283 Millionen US-Dollar erreichen und eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 21,52 % aufweisen

Der globale Markt für Redox-Flow-Batterien hatte im Jahr 2022 ein Volumen von 270 Millionen US-Dollar erreicht. Vantage Market Research geht davon aus, dass der Markt bis 2030 ein Volumen von 1.283 Millionen US-Dollar erreichen wird, was einer Wachstumsrate (CAGR) von 21,51 % im Zeitraum 2024–2030 entspricht.

Inhaltsverzeichnis:

Einführung 

In der sich ständig weiterentwickelnden Landschaft der erneuerbaren Energien hat die Suche nach effizienten und nachhaltigen Energiespeicherlösungen zum Aufstieg der Durchflussbatterien geführt. Im Gegensatz zu herkömmlichen wiederaufladbaren Batterien verwenden Durchflussbatterien flüssige Elektrolyte, die durch elektrochemische Zellen fließen, und bieten so eine Reihe einzigartiger Vorteile. Kürzlich verkündeten Branchenführer auf dem International Flow Battery Forum in Prag mutig, dass Durchflussbatterien in verschiedenen stationären Energieanwendungen billiger, zuverlässiger und sicherer seien als ihre Lithium-Ionen-Pendants.

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Top-Unternehmen auf dem globalen Markt für Durchflussbatterien 

• (Japan)
• VRB Energy (Kanada)
• Infinity Energy Systems (Großbritannien)
• Largo Inc. (Kanada)
• Enerox GmbH (Österreich)
• Redflow Limited (Australien)
• Stryten Energy (USA)
• ViZn Energy Systems (USA)
• Lockheed Martin Corporation (USA)
• Jenabatteries GmbH (Deutschland)
• SCHMID Group (Deutschland)
• Elestor BV (Niederlande)

Die Dynamik von Redox-Flow-Batterien

Das Besondere an Flow-Batterien ist ihre Fähigkeit, Energie und Leistung voneinander zu entkoppeln. Diese Flexibilität erhöht die Energiespeicherkapazität, indem lediglich die Elektrolytmenge in den Speichertanks angepasst wird. Diese Tanks, die oft so groß wie Schiffscontainer sind, enthalten flüssige Elektrolyte, die Metalle wie Vanadium oder Eisen enthalten. Die elektrochemischen Zellen, die elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet sind, geben Strom ab, wenn die Elektrolyte beim Laden und Entladen Reduktions- und Oxidationsprozesse durchlaufen. 

Der Sweet Spot zwischen den Tagen

Larry Zulch, CEO von Invinity, hob den Sweet Spot für Durchflussbatterien hervor, die im Zwischentagesbereich 10 bis 36 Stunden Energie liefern. Diese Fähigkeit macht Durchflussbatterien ideal für die Speicherung überschüssiger erneuerbarer Energie und deren Abgabe in Zeiten geringer erneuerbarer Energieerzeugung. Prognosen gehen davon aus, dass Durchflussbatterien bis 2030 jährlich unglaubliche 61 MWh Strom speichern und damit einen Umsatz von über 22 Milliarden USD erzielen könnten. 

Kommerzielle Bereitstellungen und Erfolge

Mehrere Unternehmen haben weltweit erfolgreich Flow-Battery-Systeme implementiert und eingesetzt und damit bedeutende Erfolge auf diesem Gebiet erzielt. Die Rongke Power Company in China betreibt das weltweit größte Vanadium-Flow-Battery-System mit 100 MW/400 MWh. In Großbritannien wird Invinity Energy Systems eine 7 MW/30 MWh Vanadium-Flow-Battery installieren, die größte im Land hergestellte Netzbatterie. 

Das in den USA ansässige Unternehmen ESS, Inc. schloss das Jahr 2022 mit einer jährlichen Produktionskapazität von fast 800 MWh für seine Eisen-Flow-Batterie ab. Chinas erfolgreiche Tests und die Zulassung einer Megawatt-Eisen-Chrom-Flow-Batterie festigen die globale Präsenz der Flow-Battery-Technologie weiter. 

Herausforderungen und Möglichkeiten

Obwohl Durchflussbatterien deutliche Vorteile bieten, bestehen Herausforderungen bei der Ausweitung der Produktion und der Gewährleistung einer stabilen Lieferkette, insbesondere für Vanadium, eine kritische Komponente in vielen Durchflussbatterien. Der globale Vanadiummarkt, der hauptsächlich von China und Russland beliefert wird, gibt Anlass zur Sorge hinsichtlich möglicher Versorgungsengpässe und steigender Preise. Innovative Ansätze wie die Verwendung von Eisen-Chrom-Elektrolyten und die Erforschung alternativer Elektrolyte sind jedoch vielversprechend bei der Bewältigung dieser Herausforderungen. 

Der Stabilitätsvorteil

Ein bemerkenswerter Vorteil von Durchflussbatterien, insbesondere Vanadium-Durchflussbatterien, ist ihre außergewöhnliche Stabilität. Diese Batterien haben eine Lebensdauer von über 20.000 Lade- und Entladezyklen, was 15 bis 25 Betriebsjahren entspricht, bei minimalem Leistungsabfall. Bei Lithium-Ionen-Batterien, die häufig in stationären Anwendungen eingesetzt werden, sank die Energiespeicherkapazität über mehrere Jahre um 20 %. 

Neue Technologien und Startups

Der Sektor der Durchflussbatterien entwickelt sich dank laufender Forschungs- und Entwicklungsbemühungen weiter. Startups wie Quino Energy, Cellfion und Sinergy Flow erforschen innovative Technologien wie organische Durchflussbatterien, Redox-Flow-Membranen und mehrtägige Redox-Flow-Batterien. Diese Bemühungen zielen darauf ab, die Effizienz zu steigern, die Kosten zu senken und die mit herkömmlichen Durchflussbatterietechnologien verbundenen Herausforderungen zu bewältigen. 

Navigieren durch Kapitalkosten

Die Kapitalkosten jedes Flow-Battery-Projekts variieren aufgrund standortspezifischer Faktoren wie Standort, Anlagengröße und -technologie, erforderlicher Bauarbeiten und anderer damit verbundener Faktoren. Laut Viswanathan et al. (2022) würden die geschätzten Gesamtinstallationskosten eines 100-MW-Vanadium-Flow-Battery-Systems mit 10 Stunden Energiespeicherung 384,5 USD/kWh betragen. Für ein größeres 1.000-MW-Vanadium-Flow-Battery-System mit gleicher Speicherdauer betragen die geschätzten Gesamtkosten 365,2 USD/kWh. 

Skalierung für Kosteneffizienz

In kleinem Maßstab sind Durchflussbatterien preislich nicht konkurrenzfähig, aber ihre Stromkosten pro Einheit sinken mit zunehmender Größe. Dieser Skalierbarkeitsvorteil ergibt sich aus der Möglichkeit, Durchflussbatterien zu vergrößern, indem umfangreichere Elektrolyttanks hinzugefügt und das Elektrolytvolumen erhöht wird, was relativ kostengünstig ist. Im Gegensatz dazu werden Lithium-Ionen-Batterien mit zunehmender Größe teurer, da sie mehr Kathodenmaterial benötigen, das teuer ist. Durchflussbatterien, insbesondere Vanadium-Durchflussbatterien, werden gegenüber Lithium-Ionen-Batterien kostengünstiger, wenn sie über einen Zeitraum von mehr als 4 Stunden Strom liefern. 

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Das Versprechen der Stabilität

Ein positives Merkmal von Redox-Flow-Batterien ist ihre Stabilität. Vanadium-Redox-Batterien haben von allen Batterien die mit Abstand längste Lebensdauer und können über 20.000 Lade- und Entladezyklen – das entspricht einer Betriebsdauer von 15 bis 25 Jahren – mit minimalem Leistungsabfall durchführen. Im Gegensatz dazu nimmt die Energiespeicherkapazität von Lithium-Ionen-Batterien mit der Zeit ab, wobei ihre realistische Lebensdauer in stationären Anwendungen etwa 10.000 Zyklen oder 15 Jahre beträgt. 

Die Herausforderungen der Lieferkette meistern

Die Ausweitung der Produktion von Vanadium-Flow-Batterien ist mit Herausforderungen verbunden. Die Hersteller von Flow-Batterien haben noch keine branchenweiten Standards eingeführt, die Installationsunternehmen haben wenig Erfahrung mit Flow-Batterien und der Sektor steht vor potenziellen Lieferkettenproblemen. Unter diesen Problemen könnte die Sicherheit der Lieferkette das größte Hindernis darstellen. Die weltweite Produktion von Vanadium beträgt derzeit etwa 110.000 Tonnen pro Jahr, wobei China 62 % und Russland 20 % produziert. Der größte Teil dieses Materials entsteht als Nebenprodukt der Eisenraffination. 

Europas Rolle und alternative Elektrolyte

In Europa wird derzeit kein Vanadium produziert, aber Unternehmen wie Norge Mining planen, bis 2028 vanadiumhaltige Phosphatgesteinsvorkommen in Norwegen abzubauen. Allerdings schwebt den Herstellern von Durchflussbatterien das Gespenst steigender Vanadiumpreise vor, da das Metall etwa die Hälfte der Kosten einer Durchflussbatterie ausmacht. Um mögliche Versorgungsengpässe zu beheben, werden derzeit alternative Elektrolyte entwickelt. Redox One erforscht beispielsweise einen Chrom-2+-3+-Anolyten und einen Eisen-2+-3+-Katholyten, um Elektrolyte kostengünstiger zu machen. 

Innovationen im Elektrolytbereich

Das auf Zypern ansässige Unternehmen Redox One plant, Eisen-Chrom-Erz aus der Tharisa-Mine in Südafrika zu beziehen, wodurch der Elektrolyt nur 10 % der Kosten eines Vanadiumelektrolyten betragen würde. Trotz des Nachteils einer geringeren Energiedichte im Vergleich zu Vanadiumelektrolyten zielt Redox One auf Projekte mit reichlich Platz für große Elektrolytmengen ab. 

Der hybride Ansatz von Saudi Aramco

Saudi Aramco investiert einen erheblichen Teil seines 1-Milliarden-Dollar-Investments in alternative Energietechnologien in die Entwicklung einer hybriden Eisen-Vanadium-Flow-Batterie. Diese Batterie verfügt über einen Eisen-Katholyten in einem Tank und einen Vanadium-Anolyten im anderen Tank und ist für die Zuverlässigkeit unter heißen Wüstenbedingungen ausgelegt.

 Aramco hat vor Kurzem eine 50-kWh-Version seiner Batterie getestet, die bis zu 16 Stunden lang Strom liefern kann. Das Unternehmen plant, die Tests auf Megawatt-Niveau auszuweiten und strebt eine kommerzielle Produktion im Jahr 2025 an.

Die Rolle exotischer Elektrolyte

Auch exotischere Elektrolyte, darunter solche aus organischen Verbindungen, sind in der Entwicklung. Das in Kalifornien ansässige Unternehmen Quino Energy, das gegründet wurde, um die Forschung der Harvard University zu kommerzialisieren, entwickelt einen organischen Elektrolyten auf Basis von Chinonen, die häufig als Farbstoffe verwendet werden. Das Unternehmen hat kürzlich 4,55 Millionen USD an Startkapital aufgebracht, um seine Flow Battery im großen Maßstab zu demonstrieren. 

Fazit: Der Beginn der Redox-Flow-Batterien

Die Dynamik, die die Redox-Flow-Batterien trotz aller Herausforderungen erlangt haben, lässt darauf schließen, dass sie kurz vor der flächendeckenden Kommerzialisierung stehen und eine neue Ära der nachhaltigen Energiespeicherung einläuten. Redox-Flow-Batterien mit ihrer Langzeitspeicherung, Skalierbarkeit und potenziellen Kosteneffizienz werden voraussichtlich eine zentrale Rolle bei der Energiespeicherung im Versorgungsmaßstab, in Mikronetzen, der Integration erneuerbarer Energien, der Notstromversorgung und bei Anwendungen zur Fern-/netzunabhängigen Stromversorgung spielen.

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