Vaflow: Hochwertige metallische Reststoffe in Energiespeichern nutzen

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Quelle: Fraunhofer UMSICHT

Oberhausen — Die Energiewende macht Energiespeicher notwendig. Diese benötigen jedoch wirtschaftsstrategische Rohstoffe. Im Fall von Redox-Flow-Batteriespeichern ist dies insbesondere Vanadium. Doch der Rohstoff wird aktuell zum überwiegenden Anteil importiert, heimische industrielle Reststoffe mit relevanten Vanadiumgehalten bleiben teils ungenutzt. Hier setzt ein neues Projekt an.

Das Projekt Vaflow – ein Verbund von Partnern aus der angewandten Forschung und Industrie – untersucht am Anwendungsbeispiel von Batteriespeichern neue stoffliche Nutzungswege für vanadiumhaltige Reststoffe aus der Industrie. Das Projekt startete offiziell am 31. Mai 2016 mit einem ersten Treffen in Oberhausen.

Der starke Ausbau erneuerbarer Energien führt bereits heute zu einem steigenden Bedarf an Energiespeichern. Ihre Herstellung hängt wiederum von bestimmten, bisher nicht substituierbaren, importierten Rohstoffen (in diesem Fall: Vanadium) ab. Die Projektpartner des Verbundvorhabens Vaflow „Einsatz eines Vanadiumelektrolyts auf Basis von Sekundärrohstoffen in Redox-Flow-Batteriespeichersystemen“ haben sich daher zur Aufgabe gestellt, aktuell teils ungenutzt entsorgte vanadiumhaltige Reststoffe einer stofflichen Nutzung zuzuführen und neue Wertschöpfungsketten zu generieren. Damit verknüpft der Verbund erstmals Ressourceneffizienz- und Energiespeichertechnologien und adressiert damit zwei Schlüsselelemente der Rohstoff- und Energiewende gleichermaßen.

Kompetenzen aus der gesamten Wertschöpfungskette

Ziel ist es, industrielle vanadiumhaltige Reststoffe pyro- und hydrometallurgisch zu einem qualitativ gleichwertigen Vanadiumelektrolyt aufzubereiten. Dieser Elektrolyt soll künftig zum Einsatz in Redox-Flow-Batteriespeichern genutzt werden, um die Importabhängigkeit einer der Schlüsselkomponenten dieser Speichertechnologie zu reduzieren.

Das Projekt wird koordiniert durch das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT und gemeinsam mit den Partnern dem Institut für Nichteisen-Metallurgie und Reinststoffe an der TU Bergakademie Freiberg, der Nickelhütte Aue GmbH sowie der CMS Green Energy GmbH bearbeitet. Der Verbund bildet die gesamte Wertschöpfungskette ab: Über die Identifizierung und Charakterisierung relevanter Reststoffströme, die metallurgische Entwicklung einer passgenauen Produktanwendung, Tests in einem der modernsten Batterietestlabors bis hin zur Erarbeitung von tragfähigen Vermarktungs- und Geschäftsmodellen. Dabei wird der Verbund von weiteren assoziierten Partnern aus der Industrie projektbegleitend unterstützt.

Von Stoffstromanalysen bis zu Verwertungsstrategien

Mittels Stoffstrom- und Prozessanalysen werden durch Fraunhofer UMSICHT vanadiumhaltige Reststoffe in unterschiedlichen Industriezweigen identifiziert und charakterisiert sowie ein Anforderungskatalog für die Nutzung in Redox-Flow-Batteriespeichern und die metallurgische Aufbereitung erstellt. In Laborverfahren werden die Reststoffe an der TU Bergakademie Freiberg hydro- und pyrometallurgisch aufbereitet. Das Projektteam aus Freiberg überträgt die aussichtsreichsten Verfahren in enger Kooperation mit der Nickelhütte Aue GmbH in den Technikumsmaßstab und stellt Vanadium-Elektrolyte für Langzeit- und Zyklentests im Redox-Flow Batterien Testlabor bereit. Weiterhin werden Verwertungsstrategien und Geschäftsmodelle zur Vanadium-Gewinnung erstellt insbesondere aus Quellen, in denen Vanadium als Begleitelement nur in geringen Konzentrationen vorliegt. Zudem analysiert und bewertet das Projektteam die Prozesskette aus ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten.

Das Projekt Vaflow wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit rund 768.000 € im Rahmen des Förderschwerpunktes „r4r – Innovative Technologien für Ressourceneffizienz – Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe“ im Rahmenprogramm „Forschung für nachhaltige Entwicklung (FONA)“ gefördert.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT