Lithium und Energiespeicherung: Batterien für die Stromnetze der Zukunft

Es reicht nicht aus, mehr Strom aus Solar- und Windenergie zu erzeugen. Mit steigendem Anteil erneuerbarer Energien am Strommix müssen die Netze auch in der Lage sein, zu steuern, wann Strom erzeugt wird und wann er benötigt wird. Hier spielen Energiespeicher eine immer wichtigere Rolle.

Batterie-Energiespeichersysteme (BESS) können Strom speichern, wenn er im Überfluss vorhanden ist, und ihn bei Bedarf wieder abgeben. So tragen sie dazu bei, das Stromnetz auszugleichen und schwankende erneuerbare Energiequellen wie Sonne und Wind zu integrieren. Heute ist der Ausbau der Batteriespeicher eng mit der Lithium-Ionen-Batterietechnologie verbunden.

Lithium ist daher nicht nur für die Elektromobilität von strategischer Bedeutung. Es gewinnt auch für einen weiteren wesentlichen Bestandteil der Energiewende zunehmend an Bedeutung: die Stromnetze der Zukunft.

Solar- und Windenergie unterscheiden sich in einem wesentlichen Punkt von konventionellen, regelbaren Erzeugungsformen: ihre Leistung hängt von der Verfügbarkeit von Sonnenlicht und Wind ab. Ein Solarkraftwerk kann mitten am Tag große Mengen an Strom erzeugen, während der Bedarf erst am Abend seinen Höhepunkt erreicht. Ebenso kann die Windenergieerzeugung innerhalb weniger Stunden erheblich schwanken.

Mit dem Ausbau der Kapazitäten im Bereich der erneuerbaren Energien gewinnt die Flexibilität des Stromnetzes zunehmend an Bedeutung. Das bedeutet, dass Erzeugung, Verbrauch und Speicherung schnell an sich ändernde Netzbedingungen angepasst werden können müssen.

Nach Angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) müsste die weltweite Energiespeicherkapazität bis 2030 etwa um das Sechsfache auf 1.500 GW steigen, um das rasante Wachstum von Solar- und Windenergie im Einklang mit den globalen Klimazielen zu unterstützen. Im „Net Zero Emissions“-Szenario der IEA würden Batterien rund 90 % dieses Wachstums ausmachen und eine installierte Leistung von 1.200 GW erreichen. (Quelle: IEA, „Batteries and Secure Energy Transitions“, 2024).

Speicher ersetzen die Erzeugung aus erneuerbaren Energien nicht; sie erleichtern vielmehr die Integration erneuerbarer Energien in das Stromnetz. Indem Strom gespeichert wird, wenn die Erzeugung den Bedarf übersteigt, kann die Energie mehrere Stunden später wieder zur Verfügung gestellt werden, wodurch Verluste und Ungleichgewichte reduziert und erneuerbare Energien besser genutzt werden.

Ein BESS ist weit mehr als nur eine große Batterie, die Strom speichert. Es kann dem Stromnetz verschiedene Dienste leisten, oft sogar gleichzeitig.

Einer der wichtigsten ist die Energieverschiebung: Strom wird gespeichert, wenn das Angebot reichlich ist oder die Nachfrage gering ist, und dann wieder abgegeben, wenn das Netz ihn am dringendsten benötigt. Laut IRENA entfielen auf diese Anwendung im Jahr 2024 etwa 68 % der neu installierten Batteriespeicherkapazität. (Quelle: IRENA, Kosten der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien im Jahr 2024).

Batterien können zudem zur Spitzenlastabdeckung beitragen, indem sie Zeiten mit Spitzennachfrage verkürzen, sowie zur Frequenzregelung, indem sie schnell reagieren, um die Netzfrequenz aufrechtzuerhalten. Sie können Ausgleichsdienste, Kapazitäts- und Netzunterstützung bereitstellen und in einigen Fällen den Bedarf an neuen Infrastrukturinvestitionen verringern oder aufschieben.

Ihre schnelle Reaktionsfähigkeit ist einer ihrer Hauptvorteile. Die IEA stuft Batteriespeicher als eine der vielseitigsten Lösungen zur Bereitstellung kurzfristiger Flexibilität ein. Allein im Jahr 2024 wurden weltweit etwa 63 GW an neuen Batteriespeichern im Großmaßstab installiert, wodurch die Gesamtkapazität auf rund 124 GW stieg. Im selben Jahr sanken die Projektkosten für Batteriespeicher um etwa 40 %. (Quelle: IEA, „Electricity 2026“).

Noch auffälliger ist der langfristige Kostenrückgang. Laut IRENA sanken die Gesamtinstallationskosten für BESS im Großmaßstab zwischen 2010 und 2024 um 93 %, von 2.571 USD auf 192 USD pro kWh.

Diese wirtschaftlichen Entwicklungen verwandeln Batteriespeicher von einer ergänzenden Technologie in einen integralen Bestandteil der Stromnetzinfrastruktur.

Energiespeichertechnologien sind nicht alle gleich und dienen auch nicht denselben Anforderungen. Für die Langzeitspeicherung stehen mehrere Lösungen zur Verfügung, doch für Anwendungen, die eine Speicherdauer von einigen Stunden erfordern, haben sich Lithium-Ionen-Batterien dank ihrer Kombination aus Effizienz, schneller Reaktionszeit, Modularität und stetig sinkenden Kosten durchgesetzt.

Allerdings gelten für stationäre Speicher andere Prioritäten als für Elektrofahrzeuge.

In einem Elektrofahrzeug sind Gewicht, Volumen und Energiedichte entscheidende Parameter: Eine leichtere, kompaktere Batterie kann die Reichweite erhöhen, ohne übermäßiges Gewicht hinzuzufügen. Bei einer stationären Anlage sind diese Anforderungen in der Regel weniger streng. Stattdessen gewinnen Kosten, Sicherheit, thermische Stabilität, Lebensdauer und die Anzahl der Lade- und Entladezyklen besonders an Bedeutung.

Dies ist ein Grund, warum LFP-Batterien (Lithium-Eisenphosphat) für BESS-Anwendungen eine zentrale Rolle spielen. IRENA identifiziert Lithium-Ionen-Batterien, insbesondere LFP-Chemien, als die dominierende Technologie in Großanlagen.

Diese Verlagerung hat auch Auswirkungen auf die Lieferkette für Batteriematerialien. LFP-Batterien verwenden zwar kein Nickel oder Kobalt in ihren Kathoden, benötigen aber dennoch Lithium. Veränderungen in der Batteriechemie können daher die Nachfrage nach bestimmten kritischen Mineralien erheblich verändern, ohne die zentrale Bedeutung von Lithium zu mindern.

Das Wachstum im Bereich der Batteriespeichersysteme (BESS) bringt eine Herausforderung mit sich, die über die Anzahl der installierten Batterien hinausgeht. Die steigende Nachfrage nach Speicherkapazitäten erfordert eine Lieferkette, die in der Lage ist, gewonnenes Lithium mithilfe zuverlässiger und skalierbarer industrieller Prozesse in für die Batterieproduktion geeignete Materialien umzuwandeln.

Hier leistet De Nora seinen Beitrag.

Mithilfe seiner Enso-Elektrolyseur-Plattform nutzt De Nora die elektrochemische Salzaufspaltung, um Salze wie Lithiumchlorid und Lithiumsulfat in Lithiumhydroxid umzuwandeln. Dieser elektrochemische Weg zielt darauf ab, bestimmte herkömmliche Prozesse zu vereinfachen, indem Zwischenschritte, Reagenzienverbrauch und Abfallströme reduziert werden und gleichzeitig die Rückgewinnung wertvoller Nebenprodukte ermöglicht wird.

Die Beziehung zwischen verschiedenen Lithiumverbindungen ist für den Energiespeichermarkt besonders relevant. LFP-Batterien verwenden in erster Linie Lithiumcarbonat, während die elektrochemische Technologie von De Nora direkt Lithiumhydroxid (LiOH) produziert. Wird Lithiumhydroxid jedoch kostengünstig hergestellt, kann es durch einen anschließenden Karbonatisierungsprozess auch als Zwischenprodukt für die Lithiumcarbonat-Produktion dienen.

Langfristig muss das Wachstum der Primärproduktion zudem durch die Rückgewinnung von Lithium aus Altbatterien ergänzt werden. Dieselben Raffinationstechnologien können dazu beitragen, Wert aus lithiumhaltigen Strömen aus dem Batterierecycling zurückzugewinnen und das Material wieder in den Produktionskreislauf zu führen.

Die Energiespeicherung verdeutlicht somit eine weitere Dimension der Bedeutung von Lithium für die Energiewende. Über den Antrieb von Millionen von Elektrofahrzeugen hinaus können Lithiumbatterien dazu beitragen, Stromnetze flexibler, widerstandsfähiger und besser in der Lage zu machen, wachsende Mengen an erneuerbarer Energie zu integrieren.

Die Herausforderung wird sich folglich über die Installation weiterer BESS hinaus erstrecken. Sie wird auch den Aufbau einer Lithium-Lieferkette erfordern, die in der Lage ist, die benötigten Materialien im industriellen Maßstab bereitzustellen und diese Materialien zunehmend im Kreislauf zu halten.