Erneuerbare Energien Vanadiumhaltige Reststoffe für Batteriespeicher

Redakteur: Beate Christmann

Speichermöglichkeiten für überschüssige Energien, die aus erneuerbaren Ressourcen gewonnen werden, sind gefragt. Im Projekt Vaflow begeben sich Fraunhofer-Forscher gemeinsam mit einigen Projektpartnern auf die Suche nach vanadiumhaltigen Reststoffen aus der Industrie. Vanadium wird als Rohstoff für Redox-Flow-Batteriespeicher benötigt.

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Vaflow: Projekt zu neuen stofflichen Nutzungswegen für vanadiumhaltige Reststoffe aus der Industrie.
Vaflow: Projekt zu neuen stofflichen Nutzungswegen für vanadiumhaltige Reststoffe aus der Industrie.
(Bild: Fraunhofer-Umsicht)

Erneuerbare Energien sind unberechenbar: An manchen Tagen scheint die Sonne und der Wind bläst, an anderen Tagen verdunkeln Wolken den Himmel und kein Lüftchen weht. Damit die Energie, die an bestimmten Tagen zu viel produziert wird, auch für Tage ohne natürliche Energiequellen bevorratet werden kann, werden Energiespeicher notwendig. Ihre Herstellung hängt wiederum von bestimmten, bisher nicht substituierbaren Rohstoffen ab. Im Fall von Redox-Flow-Batteriespeichern ist dies insbesondere Vanadium. Doch der Rohstoff wird aktuell zum überwiegenden Anteil importiert, heimische industrielle Reststoffe mit relevanten Vanadiumgehalten bleiben teils ungenutzt.

Hier setzt das Projekt „Einsatz eines Vanadiumelektrolyts auf Basis von Sekundärrohstoffen in Redox-Flow-Batteriespeichersystemen“ (Vaflow) an: Ein Verbund von Partnern aus der angewandten Forschung und Industrie hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, aktuell teils ungenutzt entsorgte vanadiumhaltige Reststoffe einer stofflichen Nutzung zuzuführen und neue Wertschöpfungsketten zu generieren. Damit verknüpft der Verbund erstmals Ressourceneffizienz- und Energiespeichertechnologien und adressiert damit zwei Schlüsselelemente der Rohstoff- und Energiewende gleichermaßen.

Ziel ist es, industrielle vanadiumhaltige Reststoffe pyro- und hydrometallurgisch zu einem qualitativ gleichwertigen Vanadiumelektrolyt aufzubereiten. Dieser Elektrolyt soll künftig zum Einsatz in Redox-Flow-Batteriespeichern genutzt werden, um die Importabhängigkeit einer der Schlüsselkomponenten dieser Speichertechnologie zu reduzieren.

Gesamte Wertschöpfungskette: Team aus Forschung und Wirtschaft

Das Projekt wird koordiniert durch das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (Umsicht) und gemeinsam mit den Partnern dem Institut für Nichteisen-Metallurgie und Reinststoffe an der TU Bergakademie Freiberg, sowie der Unternehmen Nickelhütte Aue und CMS Green Energy bearbeitet. Der Verbund bildet die gesamte Wertschöpfungskette ab: Über die Identifizierung und Charakterisierung relevanter Reststoffströme, die metallurgische Entwicklung einer passgenauen Produktanwendung, Tests in einem der modernsten Batterietestlabors bis hin zur Erarbeitung von tragfähigen Vermarktungs- und Geschäftsmodellen. Dabei wird der Verbund von weiteren assoziierten Partnern aus der Industrie projektbegleitend unterstützt. Das Projekt ist offiziell am 31. Mai 2016 mit einem ersten Treffen in Oberhausen gestartet.

Mittels Stoffstrom- und Prozessanalysen werden durch Fraunhofer-Umsicht vanadiumhaltige Reststoffe in unterschiedlichen Industriezweigen identifiziert und charakterisiert sowie ein Anforderungskatalog für die Nutzung in Redox-Flow-Batteriespeichern und die metallurgische Aufbereitung erstellt. In Laborverfahren werden die Reststoffe an der TU Bergakademie Freiberg hydro- und pyrometallurgisch aufbereitet. Das Projektteam aus Freiberg überträgt die aussichtsreichsten Verfahren in enger Kooperation mit Nickelhütte Aue in den Technikumsmaßstab und stellt Vanadiumelektrolyte für Langzeit- und Zyklentests im Redox-Flow-Batterien-Testlabor bereit. Weiterhin werden Verwertungsstrategien und Geschäftsmodelle zur Vanadiumgewinnung erstellt insbesondere aus Quellen, in denen Vanadium als Begleitelement nur in geringen Konzentrationen vorliegt. Zudem analysiert und bewertet das Projektteam die Prozesskette aus ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten.

Das Projekt Vaflow wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit rund 768.000 Euro im Rahmen des Förderschwerpunktes „r4 – Innovative Technologien für Ressourceneffizienz – Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe“ im Rahmenprogramm „Forschung für nachhaltige Entwicklung (Fona)“ gefördert (Förderkennzeichen 033R170, Laufzeit Mai 2016 bis Mai 2019).

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