Zuverlässige Pumpen für anspruchsvolle Energiespeicher

Alles eitel Sonnenschein bei den erneuerbaren Energien, könnte man meinen, denn die Fakten sprechen eine deutliche Sprache: Laut Fraunhofer-Institut erreichte die öffentliche Nettostromerzeugung in Deutschland 2024 einen Rekordanteil erneuerbarer Energien von 62,7 Prozent. Obwohl 2024 das erste volle Jahr ohne Strom aus deutschen Kernkraftwerken war, sank der Anteil der Kohleverstromung weiter. Der durchschnittliche Strompreis lag 2024 mit 7,8 Cent/kWh sogar 2 Cent/kWh, also rund 26 Prozent, unter dem Niveau von 2021, vor dem Krieg Russlands gegen die Ukraine.

Das wesentliche Problem für den vollständigen Durchbruch erneuerbarer Energien offenbart sich vor allem in den sogenannten Dunkelflauten, wenn weder Wind weht, der mit 33 Prozent für den größten Beitrag zum Strommix sorgt, noch die Sonne scheint. Um auch in diesen Zeiten auf nachhaltige, autarke Energie zugreifen zu können, sind vor allem Stromspeicher nötig. Selbst wenn diese dezentral organisiert werden, müssen sie über hohe Speicherkapazitäten und Effizienz verfügen, und es hat sich bereits gezeigt, dass die herkömmliche Batterietechnologie wahrscheinlich nicht die beste Wahl ist. Daher lohnt sich ein Blick auf zwei alternative Typen von Energiespeichern, die u. a. höhere Sicherheit und größere Umweltfreundlichkeit bieten.

Kreiselpumpen, wo Standardlösungen versagen

Zum Fördern anspruchsvoller Medien bietet eine vertikale Kreiselpumpe mit Magnetkupplung, Sperrgas und trockenlaufsicherem Design eine zuverlässige Lösung. Sie lässt sich individuell auslegen, auch für extreme Einsatzbedingungen, bei denen Standardpumpen an ihre Grenzen stoßen.

Extreme Anforderungen an Pumpen für Salzschmelzen

Salzschmelzen speichern Energie in Form von Wärme. Der Prozess beginnt mit dem Aufladen, bei dem elektrische Energie, beispielsweise aus erneuerbaren Quellen wie Solar- oder Windkraft, das Salz erhitzt, bis es schmilzt. Die elektrische Energie wird dabei in thermische Energie umgewandelt und im geschmolzenen Salz gespeichert. Wird Energie im Fall einer Dunkelflaute benötigt, erfolgt die Entladung: Die gespeicherte Wärme wird der Salzschmelze entnommen, meist über einen Wärmetauscher. Diese Wärme kann direkt für industrielle Prozesse genutzt oder zur Dampferzeugung verwendet werden, der wiederum Turbinen zur Stromerzeugung antreibt. Während der Entladung kühlt das Salz ab. Zu den Vorteilen von Salzschmelzen gehören ihre hohe Speicherkapazität, die geringen Kosten der verwendeten Salze, ihre lange Lebensdauer und die Möglichkeit, bei hohen Temperaturen zu arbeiten, was den Wirkungsgrad der Stromerzeugung steigert. Außerdem gelten sie als relativ sicher, weil sie – im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Akkus beispielsweise – nicht brennbar sind. Zudem sind sie vollständig recycelbar und bestehen aus leicht verfügbaren Materialien ohne nennenswerte negative Einflüsse auf die Umwelt. Sie kommen ohne seltene Erden aus, deren Verwendung in herkömmlichen Akkus die Umweltbilanz dieser Energiespeicher stark beeinträchtigt. Aus diesem Grund begeben sich Hersteller und Anwender auch nicht in Abhängigkeit von Drittstaaten, deren Zuverlässigkeit oder Einhaltung der Menschenrechte in Frage steht.

In Salzschmelzen kommen Pumpen wichtige Rollen zu. Sie sind unverzichtbar, weil sie den Transport der heißen, geschmolzenen Salze gewährleisten. Sie befördern das erhitzte, flüssige Salz während des Ladevorgangs vom Erhitzer zum Speicher und während der Entladung vom Speicher zum Wärmeübertrager, wo die Wärmeenergie abgegeben wird. Darüber hinaus sorgen Pumpen für eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Speicher durch ständige Zirkulation, wodurch die Bildung von vergleichsweise kalten Zonen verhindert wird, in denen das Salz erstarren könnte. Auch im Wärmeübertrager selbst fördern sie die Bewegung des Salzes und verbessern so den Wärmeaustausch mit dem Arbeitsmedium, beispielsweise Wasser oder Dampf.

Die in diesen Anlagen eingesetzten Pumpen müssen extremen Bedingungen standhalten, weil die Salzschmelzen hohe Temperaturen erreichen und mit einem korrosivem Medium arbeiten. Idealerweise kommen korrosionsbeständige Modelle zum Einsatz, die auch ohne zusätzliche Kühlmaßnahmen den Temperaturen des flüssigen Salzes standhalten. In der Praxis haben sich spezielle selbstregelnde, trockenlauffähige und hermetisch dichte Modelle mit Magnetkupplung im Abnutzungskampf in Salzschmelzen am besten bewährt.

Zuverlässige Pumpen für die Batteriefertigung

Redox-Flow-Batterien speichern Energie in Elektrolyten, die in zwei separaten Tanks gelagert werden. Diese Elektrolyte, die jeweils positiv und negativ geladene Ionen enthalten, werden durch eine Membran in der Batteriezelle gepumpt. Während des Entladevorgangs fließen die Elektrolyte durch die Zelle und geben dabei Elektronen ab, die einen elektrischen Strom erzeugen. Die chemische Reaktion, die dabei stattfindet, wird als Redoxreaktion bezeichnet, da sie sowohl eine Reduktion als auch eine Oxidation beinhaltet. Beim Ladevorgang wird der Prozess umgekehrt, indem die Elektrolyte durch Anlegen einer externen Spannung wieder in ihren ursprünglichen Zustand versetzt werden.

Wie Pumpen funktionieren

Ohne Pumpen geht es in der Prozessindustrie nicht. Aber wie funktionieren diese unverzichtbaren Bauteile? Wir geben Ihnen einen Überblick über die Bauarten und Anwendungsgebiete von Pumpen.

Nora Menzel

Was die Batterieindustrie noch von Pharma lernen muss

Der Aufstieg der Batterieproduktion ist zweifellos beeindruckend. Die Industrie steht jedoch noch vor großen Herausforderungen, was das Handling der gefährlichen Rohstoffe angeht. Dabei gibt es in der Pharmabranche dafür bereits etablierte Lösungen.

Ein großer Vorteil dieser Batterien ist die unabhängige Skalierbarkeit von Leistung und Kapazität. Die Leistung wird durch die Größe der Batteriezelle bestimmt, während die Kapazität von der Menge des Elektrolyts in den Tanks abhängt. Dies ermöglicht eine flexible Anpassung an die jeweiligen Anforderungen. Darüber hinaus zeichnen sich Redox-Flow-Batterien durch eine lange Lebensdauer und eine hohe Zyklenfestigkeit aus, d. h. ihre Kapazität nimmt auch nach vielen Ladevorgängen kaum ab, weil die Elektrolyte im Idealfall nicht degradieren. Aufgrund ihrer Skalierbarkeit und Lang­lebigkeit bieten Redox-Flow-Batterien interessante Möglichkeiten für die Speicherung erneuerbarer Energien.

Ähnlich wie für Salzschmelzen sind auch für Redox-Flow-Batterien Pumpen von essenzieller Bedeutung, und analog zu den Salzschmelzen stellen Redox-Flow-Batterien besonders hohe Anforderungen an die eingesetzten Pumpen. Pumpen lassen die Elektrolyte, die die Energie speichern, durch das System zirkulieren. Sie fördern die Elektrolyte aus den Tanks in die Batteriezelle, wo die elektrochemische Reaktion stattfindet und Strom erzeugt oder gespeichert wird. Die Durchflussrate der Elektrolyte, die von den Pumpen gesteuert wird, beeinflusst direkt die Leistung der Batterie: Ein höherer Durchfluss ermöglicht eine höhere Leistungsabgabe. Nach dem Durchlauf durch die Zelle werden die Elektrolyte zurück in die Tanks gepumpt. Diese kontinuierliche Zirkulation ist notwendig, um eine gleichmäßige Konzentration der Elektrolyte zu gewährleisten und die Effizienz der Batterie zu maximieren. Die Pumpen müssen dabei präzise und zuverlässig arbeiten, um die gewünschte Leistung zu liefern und die Lebensdauer der Batterie zu gewährleisten. Außerdem müssen sie beständig gegenüber den verwendeten Elektrolyten sein, die oft korrosiv sind. Die Auswahl der richtigen Pumpen ist daher ein wichtiger Faktor für die optimale Funktion und Langlebigkeit einer Redox-Flow-Batterie.