CO₂-Batterie zur Speicherung von Netzenergie breitet sich weltweit aus

• Das von Italiens Energy Dome entwickelte CO₂-basierte Langzeit-Energiespeichersystem ermöglicht die Speicherung erneuerbarer Energien im Netzmaßstab
• Die erste kommerzielle Anlage auf Sardinien erzeugt 200 MWh Strom, indem sie 2.000 Tonnen CO₂ in einem geschlossenen System komprimiert und expandiert
• Google, Indiens NTPC und das US-Unternehmen Alliant Energy planen ab 2026 Installationen in mehreren Ländern, um Rechenzentren und Haushalte mit Strom zu versorgen
• CO₂-Batterien sind nicht an Geländeformen gebunden und benötigen keine seltenen Mineralien; ihre Lebensdauer ist etwa dreimal so lang wie die von Lithium-Ionen-Batterien, bei 30 % niedrigeren Kosten
• Sie beschleunigen die Kommerzialisierung von Langzeit-Energiespeichern (LDES) und entwickeln sich zu einer Schlüsseltechnologie, um die Instabilität erneuerbarer Energien auszugleichen

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Aufbau und Funktionsweise der CO₂-Batterie

• Die Anlage in Ottana auf Sardinien besteht aus einem Kreislaufsystem, das CO₂ in einer geschlossenen Kuppel komprimiert, verflüssigt und expandiert
  • Beim Komprimieren wird das CO₂ auf etwa 55 bar verdichtet und nach dem Kühlen in flüssigem Zustand gespeichert
  • Beim Entladen wird das flüssige CO₂ erhitzt und verdampft, um eine Gasturbine durch Expansion anzutreiben und Strom zu erzeugen
• Der gesamte Lade- und Entladevorgang dauert etwa 10 Stunden und kann täglich wiederholt werden
• Das verwendete CO₂ ist reines Industriegas; da es keine Verunreinigungen oder Feuchtigkeit enthält, ist es vorteilhaft zur Vermeidung von Gerätekorrosion

Pläne zur weltweiten Verbreitung

• NTPC Limited aus Indien will 2026 die erste Auslandsanlage im Kraftwerk Kudgi im Bundesstaat Karnataka fertigstellen
• Das US-Unternehmen Alliant Energy will 2026 in Wisconsin mit dem Bau beginnen und 18.000 Haushalte mit Strom versorgen
• Google will Anlagen in der Nähe wichtiger Rechenzentren in Europa, den USA und dem asiatisch-pazifischen Raum installieren, um eine 24-Stunden-Versorgung mit sauberer Energie voranzutreiben
  • Dank einer standardisierten modularen Struktur ist eine „plug and play“-Installation möglich
  • Google plant, die Technologie damit in die Phase der großflächigen Kommerzialisierung zu überführen

Notwendigkeit von Langzeit-Energiespeichern (LDES) und konkurrierende Technologien

• Es werden Systeme benötigt, die überschüssigen Strom aus Solar- und Windkraft über lange Zeit speichern und mehr als 8 Stunden Strom liefern können
• Bestehende Lithium-Ionen-Batterien stoßen bei 4 bis 8 Stunden Speicherdauer sowie wirtschaftlich an Grenzen
• Als Alternativen werden Natrium-, Eisen-Luft- und Vanadium-Redox-Flow-Batterien, Speicherung mit Druckluft, Wasserstoff und Methanol sowie Gravitationsspeicher erforscht, ihre Kommerzialisierung ist jedoch eingeschränkt
• Pumpspeicherkraftwerke ermöglichen zwar Langzeitspeicherung, haben aber Probleme durch topografische Einschränkungen und lange Bauzeiten
• CO₂-Batterien bieten Vorteile wie Unabhängigkeit vom Gelände, gesicherte Lieferketten und hohe Wirtschaftlichkeit
  • Im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien sind sie 30 % günstiger, bei einer etwa dreifach längeren Lebensdauer

Beteiligung Chinas und technologischer Wettbewerb

• China Huadian Corp. und Dongfang Electric Corp. bauen in Xinjiang CO₂-Speicheranlagen
  • Berichten zufolge wird die Größe auf 100 MW bis 1.000 MW geschätzt, konkrete Zahlen sind jedoch unklar
• Energy-Dome-CEO Claudio Spadacini sagte, chinesische Unternehmen entwickelten „sehr ähnliche, aber deutlich größere Systeme“

Sicherheit und Umweltaspekte

• Die CO₂-Kuppel ist etwa so hoch wie ein Sportstadion und benötigt bei gleicher Kapazität etwa die doppelte Fläche einer Lithium-Ionen-Anlage
• Sie hält Windgeschwindigkeiten bis 160 km/h stand; bei Sturmwarnungen kann das CO₂ komprimiert gespeichert und die Kuppel innerhalb eines halben Tages eingefahren werden
• Im Fall einer Beschädigung würden 2.000 Tonnen CO₂ freigesetzt, was den Emissionen von 15 Hin- und Rückflügen zwischen New York und London entspricht
  • Personen in der Nähe müssen mindestens 70 m Abstand halten
• Der CEO erklärte, diese Emissionsmenge sei im Vergleich zu den Emissionen eines Kohlekraftwerks geringfügig

Technische Merkmale und Effizienz

• Zu den Kerntechnologien gehören Abdichtung von Turbomaschinen, thermische Energiespeicherung und Wärmerückgewinnung nach der Kondensation, wodurch Kosten gesenkt und die Effizienz verbessert werden
• Alle Komponenten können über bestehende industrielle Lieferketten beschafft werden
• Die Kuppel kann innerhalb eines halben Tages installiert werden, die gesamte Anlage kann in weniger als 2 Jahren fertiggestellt werden
• Für die Installation genügen 5 Hektar Flachland, wodurch die regionalen Einschränkungen gering sind

Industrielle Bedeutung

• Die CO₂-Batterie ist eine neue Netzlösung, die Langzeitspeicherung, niedrige Kosten und Unabhängigkeit vom Gelände kombiniert
• Sie löst das Intermittenzproblem erneuerbarer Energien und trägt zur Stabilisierung von Rechenzentren und nationalen Stromnetzen bei
• Mit der Beteiligung von Google und großen Energieversorgern dürfte sich die globale Kommerzialisierung beschleunigen

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Hacker-News-Kommentare

• Die Roundtrip-Effizienz (60–75 %) der CO2-Batterie einfach mit den etwa 90 % von Lithium-Ionen zu vergleichen, ist ohne Kontext wenig aussagekräftig
  Bei netzgroßer Speicherung ist Wirtschaftlichkeit oft wichtiger als Effizienz, etwa Lebensdauer, Abschreibung und Austauschzyklen
  Lithium-Ionen verlieren nach 7–10 Jahren bzw. 5.000–7.000 Zyklen an Leistung, aber wenn eine CO2-Batterie über 20 Jahre hält, ist die geringere Effizienz kein großes Problem
  Besonders interessant ist, dass sich bei CO2-Systemen Leistung (Turbingröße) und Speicherkapazität (Tankgröße) entkoppeln lassen, was auch für saisonale Speicherung vorteilhaft ist
  Schade ist nur, dass im Artikel Daten dazu fehlen, wie sich die Effizienz je nach Entladedauer verändert
  • Dieses System nutzt beim Verdichten die Umgebung als Wärmesenke und beim Expandieren als Wärmequelle
    Wenn man zusätzlich Warmwasserspeicher in der Nähe hätte, um Wärme zu konservieren, ließe sich die Effizienz bei kurzen Zyklen (tagsüber laden, nachts entladen) womöglich steigern
• Im IEEE-Spectrum-Artikel gibt es offenbar einen Fehler bei den Einheiten
  Die Speicherkapazität eines Pumpspeicherkraftwerks wurde in MW angegeben, korrekt wäre aber MWh
  Auch im Bloominglobal-Artikel stehen 100 MW und 1000 MW, was als Energieeinheit ungenau ist
  • Es wird genauer erklärt, warum das falsch ist
    Leistung (MW) kann man nicht speichern, nur Energie (MWh)
    Wenn man zum Beispiel 1 GW für 1 Tag speichert, entspricht das 24 GWh, und tatsächlich gibt es kaum derart große Pumpspeicheranlagen
    Daher müsste der Satz im Artikel korrekt eher von „mehreren GWh Speicher, die über mehrere Tage abgegeben werden können“ sprechen
    Im Bloomberg-Artikel ist 1 GWh übrigens korrekt angegeben
  • Kraftwerke werden üblicherweise nach Maximalleistung (MW) beschrieben, daher hat der Journalist das vermutlich verwechselt
    Trotzdem wird im zweiten Absatz bereits auf den Unterschied zwischen MWh und MW hingewiesen
  • Die Einheit Wattstunde (Watt-hour) ist verwirrend
    1 W = 1 J/s, daher stellt sich die Frage, warum Batteriekapazitäten nicht in Joule angegeben werden
    Wh ist letztlich J/s × h und wirkt deshalb etwas eigenartig
  • Der gesamte IEEE-Artikel riecht etwas nach Verkaufsbroschüre
    Effizienzzahlen fehlen, und Sätze wie „Lithium-Ionen können nur 4 bis 8 Stunden speichern“ wirken unbelegt
    Auch warum CO2 statt Stickstoff verwendet wird, wird nicht ausreichend erklärt
• Es stellt sich die Frage, ob Google diese Technologie mit der Kühlung von Rechenzentren koppeln will
  Bei komprimiertem Gas sind die Wärmeverluste groß; kombiniert mit einem Rechenzentrum mit hohem Kühlbedarf könnte das die Effizienz verbessern
  Schon allein der Effekt, Strom für Kühlung zeitlich zu verschieben, hätte einen Wert
  • Das CO2-Batterie-Diagramm von Energy Dome zeigt, dass ein Wassertank als Wärmespeicher genutzt wird
    Wasser hat im Verhältnis zum Volumen eine kleine Oberfläche und ist daher effizient bei der Wärmespeicherung
  • Wenn man zwei Batterien in entgegengesetzten Zyklen betreibt, könnte die eine kühlen, während die andere heizt, was Energieverluste reduzieren könnte
  • Bei einer Installation zusammen mit einem Rechenzentrum könnte sogar verlorene Niedertemperaturwärme noch zur Senkung der Kühllast genutzt werden
  • Am Ende könnten sich die beim Verdichten entstehende Wärme und die beim Expandieren verlorene Wärme langfristig gegenseitig ausgleichen
• Da dafür kein CO2 aus Emissionsquellen gebunden wird, sondern reines CO2 verwendet wird, ist der ökologische Vorteil gering
  Es heißt zwar, das System sei 30 % günstiger als Lithium-Ionen, aber Natrium-Batterien bewegen sich bereits in Richtung eines zehnmal niedrigeren Preises, wodurch die Wettbewerbsfähigkeit fraglich erscheint
  Vermutlich bekommt die Technologie vor allem deshalb Aufmerksamkeit, weil das Timing gerade passt
  • Unter Verweis auf die Erklärung von Lambdaone wird betont, dass der Kern der Technologie in der Entkopplung von Leistungskosten und Speicherkosten liegt
    Bei Batterien sind Leistung und Kapazität gemeinsam teuer, während sich bei CO2-Systemen die Kapazität durch größere Tanks relativ günstig erweitern lässt
    Deshalb eignet sich das besonders für langfristige Speicherung wie den saisonalen Energietransfer
  • Selbst wenn Natrium-Ionen auf 10–20 $/kWh fallen, bleiben Probleme wie Alterung, Lebensdauer und Brandrisiko bestehen
  • Auch wenn es etwas günstiger als Lithium ist, wäre es immer noch deutlich teurer als Pumpspeicher
    Pumpspeicher haben hohe Anfangskosten, aber über Jahrzehnte niedrige Betriebskosten
    Das wirkt eher wie eine Technologie, die Investoren anziehen soll
  • Man scheint darauf zu setzen, dass wie bei Wrights Gesetz Skaleneffekte eintreten
    Durch standardisierte Komponenten und lokale Produktion ließen sich auch Zölle vermeiden
• Der Artikel nennt keine Effizienzwerte, hebt aber hervor, dass das System 30 % günstiger sei
  Wenn man bedenkt, dass Lithium-Ionen in den vergangenen zehn Jahren um 80 % billiger geworden sind, könnte dieser Vorsprung nicht lange halten
  Trotzdem hofft man auf einen Erfolg im großen Maßstab
  • Wenn die eingespeiste Energie überschüssige erneuerbare Energie ist, spielt Effizienz keine große Rolle
    Entscheidend ist am Ende der CAPEX
  • Möglicherweise bezieht sich die Angabe nur auf die Herstellungskosten
    Bei den Lebenszykluskosten könnte der Unterschied zu Lithium-Ionen sogar noch deutlich über 30 % liegen
    Besonders die Recyclingkosten sind bei Lithium-Ionen viel höher
  • Es ist günstiger als Lithium-Ionen, braucht keine seltenen Rohstoffe und verspricht eine dreimal längere Lebensdauer
  • Rund 75 % Roundtrip-Effizienz sind nicht schlecht
    In Kombination mit Nahwärme- und Fernkältesystemen könnte das noch effizienter sein
  • Am Ende braucht es verschiedene Technologien
    Nicht eine einzige Lösung muss alles abdecken
• Druckgasspeicherung wird schon seit langer Zeit ausprobiert, diesmal wirkt sie aber realistischer
  Das erinnert an das frühere Startup LightSail Energy
  Die Unterschiede diesmal sind die Nutzung von reinem CO2, größere Skalierung und ein verbessertes Wärmemanagement
• Die Technologie wirkt so simpel, dass sie fast zu gut aussieht, um wahr zu sein
  Es heißt zwar, die Kosten für Leistungsapparatur und Speicherbehälter seien getrennt, aber konkrete Zahlen werden nicht offengelegt
  • CO2 ist ein Gas mit niedrigeren Druckanforderungen und einfacher Handhabung, wodurch sich Speicherbehälter leichter konstruieren lassen
    Selbst bei Paintball-Tanks ist die Effizienz höher als bei Druckluft
    Allerdings ist der Energieverlust bei der Wiederverflüssigung die entscheidende Variable
    In einem geschlossenen Kreislauf dürften diese Verluste aber begrenzt sein
  • Ein Nachteil könnte die niedrige Roundtrip-Effizienz sein
    Je länger gespeichert wird, desto größer könnten die Kühlverluste werden
    Am Ende dürfte Strom eher mit Lithium-/Natrium-Ionen gespeichert werden und Wärme eher in Sand oder Erde
  • Möglicherweise ist sogar der Kühlzyklus selbst für die Laststeuerung im Stromnetz nützlicher
  • Wärmespeicherverluste sind ein Problem, aber 75 % Effizienz für Kurzzeitspeicherung sind durchaus hoch
  • Selbst wenn die Kuppel beschädigt würde und 2.000 Tonnen CO2 entweichen, entspräche das nur etwa 15 Hin- und Rückflügen New York–London und wäre damit gering
    Der eigentliche Zweck dieser Technologie ist letztlich die ergänzende Speicherung für erneuerbare Energien
• Es gibt Bedenken, was passiert, wenn die Kuppel beschädigt wird und CO2 austritt
  2.000 Tonnen entsprächen etwa 1 Million m³ Volumen; da CO2 schwerer als Luft ist, würde es sich am Boden ausbreiten
  Wie bei der Lake-Nyos-Katastrophe könnte Erstickungsgefahr bestehen
  • CO2 löst wegen der hyperkapnischen Reaktion (hypercapnic response) beim Menschen unmittelbar Unwohlsein aus und führt dadurch eher zur Flucht
    Es ist damit weniger gefährlich als Inertgase wie Argon, kann bei großen Lecks aber trotzdem tödlich sein
  • Auch der letzte Teil des Artikels behandelt das
    Selbst wenn die Kuppel platzt, entspräche die Freisetzung nur etwa 15 Transatlantikflügen, und ab 70 m Entfernung sei man sicher
    Das ist keine Katastrophe im Ausmaß von Bhopal
  • Das Unternehmen habe mit einer Sicherheitsdistanz von 70 m geplant
    Selbst wenn ein Hurrikan Schäden verursacht, würde der Wind das CO2 zerstreuen; Leckdetektoren und Sauerstoffmasken könnten das Risiko zusätzlich senken
  • Beim Lake Nyos wurden auf einmal 200.000 Tonnen freigesetzt; die hier diskutierten 2.000 Tonnen wären deutlich kleiner und wohl auch gradueller
  • Im Vergleich zu Erdgasspeichern besteht keine Explosionsgefahr, und das Risiko ist geringer
• Es wird eine persönliche Erfahrung mit Solarstrom geteilt
  Zwei 960-W-Panels kosten 400 $, aber ein Anker Solix 3800 (3,8 kWh) zur Speicherung kostet 2.400 $, also deutlich mehr als die Erzeugung
  Wenn Speicherkosten sinken, könnte für Haushalte in Entwicklungsländern echte elektrische Autarkie möglich werden
  • Es gibt viele Optionen, die deutlich günstiger sind als Anker
    Zum Beispiel kostet eine 10-kWh-Konfiguration etwa 2.690–3.300 $, als DIY-Aufbau auch unter 2.000 $
  • Auf Will Prowses Website gibt es eine aktuelle Liste empfohlener Batterien
    Serverrack-Batterien mit 5 kWh sind dort teils für unter 1.000 $ erhältlich
  • Ein Beispielangebot für eine Installation auf den Philippinen: 15-kWh-Batterie plus 16-Paneele für rund 5.275 $
    In den USA sind Regulierung und ein teurer Installationsmarkt das Problem
  • Es wirkt seltsam, dass der Anker-Preis höher ist als der einer Autobatterie (84 kWh)
  • Große Batterien im MWh-Bereich liegen bei etwa 160 Euro/kWh, inklusive Installation
• Ein Vergleich wird mit Gravitationsspeichern gezogen, bei denen Betonblöcke angehoben werden
  • Auch im Artikel wird das erwähnt: „Es wurde auch versucht, schwere Objekte in die Luft zu heben und wieder abzusenken, aber geologische Einschränkungen und geringe Effizienz erschweren die Kommerzialisierung.“
  • Letztlich erreicht das nur eine Effizienz auf dem Niveau kleiner Pumpspeicherwerke
    Betrachtet man Masse und Wassermenge großer Reservoirs, ist der Größenunterschied enorm