Obwohl wir viele Möglichkeiten zur Stromerzeugung entwickelt haben, gibt es keine Möglichkeit, elektrischen Strom zu speichern. Strom besteht im Grunde nur aus Elektronen, die zwischen Atomen fließen. Das macht Strom zum „ultimativ verderblichen Gut“, sagte Yet-Ming Chiang, Mitbegründer und Chefwissenschaftler von Form Energy, in einem Interview für die NOVA-Dokumentation „Chasing Carbon Zero“. „Wenn man ihn nicht nutzt, muss man ihn abführen oder speichern.“ Und speichern bedeutet, ihn in einer anderen Form zu speichern. Wenn man Strom mit fossilen Brennstoffen erzeugt, kann man ihn in Tanks oder Lagerstätten lagern, bis man sich entscheidet, ihn zu verbrennen. Überschüssiges Sonnenlicht und Wind lassen sich jedoch nicht speichern. Eine mögliche Lösung? Batterien. Mit dem Aufstieg der Solar- und Windenergie zeichnet sich die mögliche Struktur eines fossilfreien Stromnetzes ab – und es tun sich einige wichtige Lücken auf, sagte Chiang. Bei der Analyse von Stromverbrauchsmustern, Wetter und Verfügbarkeit erneuerbarer Energien konzentrierte sich Form Energy auf Intervalle von bis zu 100 Stunden, die zwischen Tagen auftraten, an denen das Wetter die Produktion von Solar- oder Windenergie ermöglichte. Gängige Batteriematerialien wie Lithium sind jedoch zu teuer, um solche Lücken zu überbrücken. „Um mehrtägige Speicherkapazität zu erreichen, benötigen wir Batterien, die etwa ein Zehntel oder weniger kosten als heutige Lithium-Ionen-Akkus“, sagte er. Und ja, Lithium-Ionen-Batterien eignen sich gut für kurzfristiges Entladen und relativ schnelles Wiederaufladen. Außerdem sind sie leicht und eignen sich daher ideal für mobile Akkus wie Laptops, Mobiltelefone und Elektroautos. Für eine riesige, mehrtägige Batterie, die wahrscheinlich dauerhaft in einem Solar- oder Windkraftwerk eingesetzt wird, wäre jedoch ein schwereres Material ausreichend, solange es billiger ist. „Luft ist immer noch kostenlos“, sagte Chiang lachend, „und Eisen ist eines der am häufigsten produzierten und kostengünstigsten Materialien der Welt.“ Dieser Preis wird eine wichtige Rolle spielen, wenn Forms erste Kraftwerke ans Netz gehen, da das Design enorme Mengen Eisen erfordert. Unternehmens-Renderings eines 56-Megawatt-Systems zeigen ordentliche Reihen von Hunderten von Batteriegehäusen, die Schiffscontainern ähneln und eine Solaranlage tragen. In einem viel kleineren Pilotprojekt in Minnesota wird ein 1,5-Megawatt-System 400 Haushalte 100 Stunden lang mit Strom versorgen können. Eine künstlerische Darstellung eines 56-Megawatt-Energiespeichersystems mit Eisen-Luft-Batteriegehäusen, die neben einer Solaranlage angeordnet sind. Bild mit freundlicher Genehmigung von Form Energy. Um zu verstehen, wie das funktioniert, ist es hilfreich, einige Grundlagen zu kennen. Eine Batterie speichert Energie in chemischer Form und wandelt sie bei Bedarf in elektrischen Strom um. Obwohl es viele verschiedene Formen gibt, enthalten Batterien im Allgemeinen eine positiv geladene Elektrode (Kathode) und eine negativ geladene Elektrode (Anode), die beide in eine Flüssigkeit, den sogenannten Elektrolyten, eingetaucht sind. Wenn die Batterie Strom liefert – oder entlädt –, setzen chemische Reaktionen an der Anode Elektronen frei. Diese verlassen die Batterie über einen Draht oder einen anderen Leiter, um ein Gerät mit Strom zu versorgen, und fließen schließlich über die Kathode zurück in die Batterie. (Der Elektrolyt ermöglicht die Fortsetzung der Reaktion, indem er Ionen zwischen Anode und Kathode passieren lässt.) Die Batterie von Form besteht auf der einen Seite aus einer dünnen Kathode, auf der anderen Seite aus Eisenpulver, das durch ein Netz zusammengehalten wird, und in der Mitte aus einem wasserbasierten Elektrolyten. Luft strömt durch die Kathode und reagiert mit dem Elektrolyten, wodurch negativ geladene Hydroxidionen an der Innenseite der Kathode entstehen. Sobald sich diese Oberfläche mit Ionen anreichert, bewegen sich diese zum Eisen, binden sich dort und bilden Eisenhydroxid, die erste Phase des Rosts. Dabei geben sie Elektronen ab, die in Form von elektrischem Strom aus der Batterie abgeleitet werden können. „Die Batterie beginnt mit einer Anode in rein metallischer Form, Eisenmetall“, erklärt Zac Judkins, Vice President of Engineering. Nach 100 Stunden ist das Eisen vollständig durchgerostet, und die Batterie ist leer. Um die Batterie wieder aufzuladen – sie zu entrosten – wird Strom durch das System zurückgeleitet, wodurch die chemischen Reaktionen umgekehrt werden. „Zum Entladen geben wir Sauerstoff und erhalten Elektronen“, erklärt Judkins. „Zum Laden geben wir Elektronen und erhalten Sauerstoff.“ Durch die Zufuhr von elektrischem Strom wird der Rost wieder in seine Sauerstoff- und Eisenbestandteile zerlegt. Der Sauerstoff verlässt die Zelle in Form von Bläschen; das Eisen bleibt unversehrt und metallisch. Entrosten mag seltsam klingen, aber dieser Prozess wird auch in anderen Bereichen genutzt. Mateo Jaramillo, CEO von Form Energy, weist darauf hin, dass Ingenieure, die für die Instandhaltung der Infrastruktur zuständig sind, gelegentlich sehr schwachen Strom an Stahlkonstruktionen wie Brücken anlegen, um Rost und Korrosion zu verhindern. Rostfrei zu machen ist jedoch viel schwieriger zu erreichen als Rost in einer Batterie, da es einige Komponenten beschädigen kann. Zu den technischen Herausforderungen des Unternehmens gehörte es, einen Weg zu finden, diese Einschränkungen zu umgehen. Form Energys Eisen-Luft-Batteriemodul von 2023 Form Energys Eisen-Luft-Batteriemodul-Prototyp aus dem Jahr 2023. Bild mit freundlicher Genehmigung von Form Energy In Forms Lagerhalle in Berkeley stehen in einem Labor Behälter mit Flüssigkeiten und Gestelle mit Modulen, die mit einem Gewirr von Schläuchen verbunden sind. Das hohe Summen der Batteriezyklen und das dumpfe Rattern der Ventilatoren erzeugen eine elektrisierende Symphonie. Eine neue Technologie für das Stromnetz erfordert umfangreiche Tests. Dieser Raum ist der Entwicklung von Tests gewidmet, um Einschränkungen zu identifizieren und weitere Fragen zu beantworten: Funktionieren die Batterien von Form bei 50 °C? Wie sieht es bei -30 °C aus? Wie viel Luft sollte jeder Zelle optimal zugeführt werden? Wie schnell degradieren die Batterien unter verschiedenen Bedingungen? „Jede Batterie, die Sie hier sehen, ist ein Lernprozess“, sagt Judkins. Das Form-Werk in Berkeley bleibt ein Zentrum für Produkttests und Entwicklung, aber es ist geplant, die Produktion von der Wiege der neuen Technologie in ein deutlich rostigeres Gebiet zu verlagern. Es überrascht vielleicht nicht, dass viele der Voraussetzungen für eine Eisen-Luft-Batteriefabrik in Stahlstädten vorhanden sind: Flüsse für den Transport schwerer Rohstoffe, Eisenbahnstrecken für den Versand fertiger Produkte und Menschen mit Erfahrung in der Schwerindustrie. „Das wird echte Arbeitsplätze in der Produktion in Teilen des Landes schaffen, die einen großen Verlust an Arbeitsplätzen in traditionellen Industrien erlebt haben und sich möglicherweise nicht als Teil dieser grünen Revolution gesehen haben“, sagte Chiang. Das könnten gute Nachrichten für Weirton sein. Nach Prüfung möglicher Standorte in den gesamten USA begann Form Energy im Mai mit dem Bau einer Produktionsanlage in der Stadt. Sie wird, fast poetisch, auf dem Gelände des alten Stahlwerks entstehen, dessen verbleibender Teil heute Verzinnungen produziert und eine deutlich kleinere Belegschaft beschäftigt. „Es gibt dort ein tiefgreifendes kulturelles Wissen über die Arbeit mit Eisen“, sagt Jaramillo über die Stadt. Außerdem hat Weirton weiterhin Zugang zu Eisenbahnen und einem Flusshafen. Und es ist hilfreich, dass ArcelorMittal, jetzt ein Investor von Form, dort bereits verwurzelt ist. All das wird Form zugutekommen, wenn es sein Ziel erreichen will, ab 2024 Batterien an seine ersten Kunden – Energieversorger in Minnesota, Colorado und Georgia – zu liefern. Dafür hat das Unternehmen über 800 Millionen US-Dollar an Finanzmitteln eingesammelt: Jetzt braucht es nur noch viel Eisen und Luft.