Das Startup Form Energy setzt auf Eisen anstelle von Lithium für die Speicherung im großen Maßstab. Es hat Jahre damit verbracht, eine Batterie zu entwickeln, die Rost als aktiven Stoff verwendet, und versendet nun in großem Umfang Produkte. Die Eisen-Luft-Batterien des Unternehmens mit einer Laufzeit von 100 Stunden bewegen sich in Richtung kommerzieller Nutzung, während eine Finanzierungsrunde von 2 Milliarden Dollar die Expansion unterstützt.
Das erklärte Ziel des Unternehmens ist unkompliziert: 20 Dollar pro Kilowattstunde erreichen, ein Niveau, das seine Systeme in Bezug auf die Kosten mit Gaskraftwerken auf Augenhöhe bringen würde. Die Frage, ob dieses Ziel erreicht wird, hängt noch in der Schwebe, doch die ersten Anzeichen von Fortschritten sind vielversprechend.
Die Rost-Batterie
Die zugrunde liegende Technologie von Form basiert auf einer einfachen chemischen Reaktion. Während sich die Batterie entlädt, reagiert Sauerstoff aus der Umgebungsluft mit Eisen, wodurch es in Rost umgewandelt wird und Elektronen freigesetzt werden. Das Aufladen funktioniert umgekehrt: ein elektrischer Strom wandelt den Rost wieder in Eisen um. Das Unternehmen bezeichnet dies als „umkehrbares Rosten“.
Das Ergebnis ist eine Batterie, die Energie für 100 Stunden speichern kann. Das ist deutlich länger als die vier bis sechs Stunden, die typisch für Lithium-Ionen-Systeme sind, die den Markt heute dominieren. Lithium-Ionen-Batterien sind schnellladefähig, energie-dicht und tragbar, aber sie sind auf teure Metalle angewiesen und teuer zu skalieren.
Forms Eisen-Luft-Ansatz verzichtet vollständig auf seltene Erden. Eisen ist reichlich vorhanden, kostengünstig und weit verbreitet. Der Kompromiss ist ein größerer physischer Fußabdruck – die Batterien von Form werden in Gehäusen gestapelt, die die Größe von Versandcontainern haben, und erfordern einen Acre für alle zwei bis drei Megawatt.
Erste kommerzielle Bereitstellung
In den letzten zwei Jahren hat Form Batterien in seiner Fabrik in West Virginia hergestellt. Der erste tatsächliche Einsatz dieser Batterien ist ein 150 Megawattstunden-System, das für den Energieversorger Minnesota Great River Energy gebaut wurde, und das voraussichtlich 2027 in Betrieb gehen wird.
Mehrere zusätzliche Vereinbarungen mit Energieversorgern wurden abgeschlossen. Die bedeutendste davon betrifft das in Minnesota ansässige Unternehmen Xcel Energy. Die Vereinbarung kombiniert Wind- und Solarenergie mit 30 Gigawattstunden von Forms Energiespeicherlösungen, die ein neues Google-Datenzentrum versorgen. Das Projekt soll schrittweise ab 2028 bis 2031 in Betrieb genommen werden.
Nach Fertigstellung hätte das Projekt eine Energiespeicherkapazität von 30 Gigawattstunden, was es zum größten Batteriesystem der Welt machen könnte, gemessen an der Menge an Strom, die es speichern kann.
Warum Langzeitlösungen wichtig sind
Was angeboten wird, ist einfach: Neue Solaranlagen und Windkraftanlagen erzeugen Strom zu einem geringeren Preis als fossile Brennstoffe an den meisten Standorten. Die Menge, die sie erzeugen, variiert jedoch je nach Jahreszeit, Tageszeit und Wetterbedingungen. Hier kommt die Speicherung ins Spiel, um diese Schwankungen für Energieversorgungsunternehmen auszugleichen.
Die am schnellsten wachsende Form der gespeicherten Energie sind Lithium-Ionen-Batterien, doch ihre Kapazität für eine kontinuierliche Leistung ist auf vier bis sechs Stunden begrenzt. Diese Dauer reicht aus, um Spitzenlasten auszugleichen und die Netzfrequenz aufrechtzuerhalten, aber sie behebt nicht die Angebots- und Konsumationsdifferenzen, die sich über mehrere Tage erstrecken. Solche Lücken entstehen, wenn die Temperaturen steigen, wenn Kältewellen auftreten oder wenn längere Zeiträume wenig Sonne oder Wind bringen.
Die Batterien von Form sind darauf ausgelegt, Zeiträume von mehreren Tagen zu überbrücken. Sie halten ihre Ladung über lange Inaktivitätsperioden, ohne Kapazität zu verlieren, was sie gut für saisonale Speicheranforderungen geeignet macht. Das Unternehmen zielt darauf ab, die Preise auf 20 Dollar pro Kilowattstunde zu senken, was den Kosten für Erdgas entspricht.
Das Unternehmen weigerte sich, offenzulegen, wie viel seine Batteriesysteme derzeit kosten. Das Ziel von 20 Dollar wurde nicht unabhängig bestätigt, steht jedoch als erklärtes Ziel.
Der Datenzentrums-Aspekt
Die Xcel-Google-Partnerschaft kombiniert Wind- und Solarenergie mit Cloud-Computing. Datenzentren gehören zu den größten Stromverbrauchern, und ihre Nachfrage danach ist gestiegen, da sich die Aufgaben der künstlichen Intelligenz vermehrt haben. Wind- und Solarenergie in Kombination mit Langzeitspeicher sollen zeigen, dass erneuerbare Energien schwere Lasten bewältigen können, ohne auf Gasturbinen angewiesen zu sein.
Günstige Energiespeicher könnten dazu beitragen, dass erneuerbare Energien einen größeren Teil des durch KI angetriebenen Wachstums des Strombedarfs decken. Ein durch Wind- und Solarenergie betriebenem Rechenzentrum, das von Form’s Batterien unterstützt wird, wäre ein Beispiel dafür. Das Projekt soll in Phasen zwischen 2028 und 2031 in Betrieb genommen werden.
Die Ausweitung der Produktion
Um seine Produktionsrückstände zu bewältigen, fügt Form seiner Fabrik neue Ausrüstung hinzu, um die Produktionskapazität zu erhöhen. Das Unternehmen gab im August frische Finanzierungen bekannt, die in Kombination mit staatlichen Zuschüssen des Bundesstaates West Virginia und der US-Regierung seine Gesamtinvestition auf über 2 Milliarden Dollar anwachsen ließen.
Ein bedeutendes Investment signalisiert Vertrauen in das Unternehmen, doch das Unternehmen muss beweisen, dass es seine Verpflichtungen erfüllen kann. Derzeit liegt seine Leistung bei 2 Gigawattstunden Speicherkapazität pro Jahr, einem bescheidenen Anteil der 80 Gigawattstunden, die durch kommerzielle Vereinbarungen gesichert wurden.
Ob die Bemühungen Erfolg haben oder scheitern, hängt davon ab, ob die Fabrik ihre Produktion ausweiten kann. Das Unternehmen muss beweisen, dass es seinen Prototypen in eine funktionierende Fertigungslinie umwandeln kann, die große Volumina produziert und gleichzeitig sowohl die Qualität als auch die Zuverlässigkeit aufrechterhält.
Der physische Fußabdruck
Die von Form verwendeten Batterien sind bei weitem nicht bescheiden in ihrer Größe. Jedes Gehäuse hat die Größe eines Versandcontainers, und die eigene Schätzung des Unternehmens geht von einem Flächenbedarf von einem Acre pro zwei bis drei Megawatt aus. Dies deutet darauf hin, dass seine Installation für Google die Fläche von mindestens 75 Fußballfeldern bedecken würde.
Die Größe des beteiligten Raums ist beträchtlich. Für diejenigen, die Stromleitungen und Rechenzentren bauen, erfordert das Ausmaß des Projekts ernste Überlegungen. Dennoch bestehen die Befürworter dieser Technologie darauf, dass die Kosten gerechtfertigt sind – Eisen kostet weniger, und die Lebensdauer der Batterien übersteigt das, was Lithium-Ionen-Systeme bieten können.
Wettbewerber und Herausforderungen
Obwohl der Markt für die Speicherung von Energie über lange Zeiträume noch jung ist, konkurriert Forms Eisen-Luft-System mit einer Reihe anderer Methoden. Dazu gehören Pumpspeicherkraftwerke, komprimierte Gase, Brennstoffzellen, Gravitationssysteme und Flussbatterien, die Energie in Flüssigkeiten speichern.
Lange Inaktivitätsphasen sind bei mehrtagelangen Batteriespeichersystemen üblich, da ihre hohen Vorabkosten bedeuten, dass sie selten genutzt werden. Diese Schwierigkeit, ein tragfähiges Geschäftsmodell zu entwickeln, ist ein hartnäckiges Problem. Forms 100-Stunden-Laufzeit trägt zwar dazu bei, dieses Problem anzugehen, löst es aber nicht vollständig.
Mittel von Bauherren von Rechenzentren könnten dem Unternehmen einen großen Schub verleihen. Die Vereinbarung mit Google beweist, dass Hyperscaler bereit sind, neue Speicherverfahren zu unterstützen. Was unsicher bleibt, ist, ob das Unternehmen diese Technologien tatsächlich in ausreichendem Umfang liefern kann, um von Bedeutung zu sein.
Der Weg nach vorn
Der Weg nach vorn für Form ist klar: Es muss sein erstes kommerzielles Projekt abschließen, die Fabrikproduktion erhöhen und mit der Bearbeitung der Auftragsrückstände beginnen. Die Mittel wurden gesichert, und die Vereinbarungen wurden getroffen.
Die kommenden Jahre werden die Skalierbarkeit der Technologie auf die Probe stellen. Das 30-Gigawattstunden-Projekt von Google ist der eigentliche Testfall. Sollte es pünktlich online gehen und wie versprochen funktionieren, wird Form eine solide Argumentation für eine breitere Akzeptanz vorlegen.
Das 2017 gegründete Unternehmen hat seinen Hauptsitz in Somerville, Massachusetts, und hat mehr als 2 Milliarden Dollar an Fördermitteln eingeworben, darunter staatliche und bundesstaatliche Zuschüsse.
Kennzahlen-Box
- Unternehmen: Form Energy
- Gegründet: 2017
- Hauptsitz: Somerville, Massachusetts, USA
- Batterietechnologie: Eisen-Luft, reversibles Rosten
- Laufzeit: 100 Stunden
- Erster kommerzieller Einsatz: 150 Megawattstunden für Great River Energy, Online-Schaltung 2027.
- Größtes Projekt: 30 Gigawattstunden für Xcel Energy/Google, Online-Schaltung 2028–2031.
- Aktuelle Produktion: 2 Gigawattstunden pro Jahr.
- Auftragsbestand: 80 Gigawattstunden bereits zugesagt.
- Kapitalbeschaffung: Mehr als 2 Milliarden Dollar.
- Ziel: 20 Dollar pro Kilowattstunde erreichen.
Ein echtes Eisenbatteriesystem existiert bereits, funktioniert erfolgreich und wird derzeit in Betrieb genommen. Ob es seine Produktion ausreichend ausweiten kann, um die Wirtschaftlichkeit des Stromnetzes zu verändern, ist noch unbekannt. Die ersten Anzeichen sind jedoch vielversprechend, und das Unternehmen verfügt über die Mittel, die Verträge und den Ehrgeiz, den Ausbau zu versuchen.
Bisher verläuft die Geschichte eines stetigen Fortschritts. Die Designarbeit ist von Laborbänken zu Produktionsstätten, von ersten Modellen zu tatsächlicher Nutzung und von experimentellen Demonstrationen zu einer echten Marktpräsenz gelangt. Der folgende Abschnitt wird zeigen, ob die Technologie das hält, was sie versprochen hat.
Quellenmaterial: „Form Energy and its iron batteries“, MIT Technology Review.
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