Mithilfe von KI

An der TU Graz entsteht Stromspeicher auf Vanillin-Basis

Künstliche Intelligenz, Vanillin und Hirnschmalz sind die Zutaten für einen umweltverträglichen Stromspeicher, der im Rahmen eines internationalen Forschungsprojekts mit Beteiligung der Technischen Universität Graz entwickelt wird. Es trägt den Namen VanillaFlow. 

STEIERMARK/GRAZ. Über einen „bahnbrechenden Erfolg im Bereich nachhaltiger Energiespeicher-Technologien“ freute sich ein Forscherteam rund um Stefan Spirk vom Institut für Biobasierte Produkte und Papiertechnik der TU Graz im Jahr 2020: Es war ihnen gelungen, Redox-Flow-Batterien umweltfreundlicher zu machen. Wie? Die redoxaktiven Elemente der Batterie wurden durch herkömmliches Vanillin ersetzt, womit keine kritischen beziehungsweise umweltschädlichen Rohstoffe mehr benötigt wurden. 

„Als wir vor rund drei Jahren Vanillin für die Nutzung in Redox-Flow-Batterien nutzbar gemacht haben, war uns klar, dass dies erst der Anfang war.“
Stefan Spirk, Institut für Biobasierte Produkte und Papiertechnik der TU Graz

MIttlerweile arbeitet Stefan Spirk im Rahmen eines  daran, einen Vanillin-Stromspeicher zu gestalten, der in seiner gesamten Zusammensetzung möglichst nachhaltig und dennoch effizient ist. Eingesetzt werden könnte ein solcher Speicher künftig vor allem im industriellen Bereich sowie für die Speicherung von Stromüberschüssen aus erneuerbaren Energien. 

Optimierung mittels Künstlicher Intelligenz

Ziel des Projekts VanillaFlow – so der offizielle Name – ist es, sämtliche Komponenten und Prozesse des Speichers zu optimieren – neben den Vanillin-Verbindungen als Speichermedium auch die Membran, die Elektrode und die Steuerung. Das Forscherteam setzt bei der Entwicklung wesentlich auf Künstliche Intelligenz und Machine Learning, lassen sich doch damit in wesentlich kürzerer Zeit als bisher Vorhersagen für Modelle vielversprechender Vanillin-Verbindungen erstellen. Jene Modelle, die als besondes aussichtsreich gelten, werden anschließend im Labor entwickelt und getestet, um schließlich die ideale Zusammensetzung für die Speicherflüssigkeit zu finden. 

Bei der Membran und der Elektrode geht es primär darum, die dafür bisher in Batteriespeichern verwendeten wenig umweltfreundlichen Materialien ebenfalls durch nachhaltige Stoffe zu ersetzen. So ist mittlerweile eine papierbasierte Membran entstanden, die laufend weiterentwickelt wird. Das Patent dafür wurde bereits angemeldet. Bei der Elektrode setzt das Projektteam auf ein Kohlenstoff-Vlies, das durch Komprimierung weniger Widerstand bietet und auch weniger Ablagerungen entwickelt. Durch neue Beschichtungen und Behandlungen soll hier eine noch bessere Leistung erreicht werden.

Vorab-Feintuning an digitalem Zwilling

Um Ressourcen zu sparen, wird auch hierbei auf digitale Unterstützung zurückgegriffen. Mittels eines digitalen Zwillings können die einzelnen Komponenten im Voraus virtuell im Zusammenspiel getestet und überprüft werden. Dabei wird auch gleich die Steuerung des Speichers weiterentwickelt, um dadurch den Betrieb zu optimieren. Eine dahinterliegende künstliche Intelligenz verknüpft diese virtuellen Ergebnisse mit den VanillaFlow-Projektdaten. Darüber hinaus finden Überprüfungen statt, um sicherzustellen, dass der Speicher keine Toxizität aufweist und gesetzeskonform ist. Das soll gewährleisten, dass das fertige Produkt ungefährlich für Mensch und Umwelt ist.

Sobald ein erster Prototyp dieses durch KI mitdesignten Speichers fertig ist, ist seine Einbindung in das Netz der TU Graz geplant. Als Speicherleistung sind dafür maximal zehn Kilowatt vorgesehen, für zukünftige Anwenderinnen und Anwender ist die Leistung aber je nach Bedarf skalierbar.

Mit Blick auf den Forschungserfolg von vor drei Jahren meint Spirk: „Indem wir jetzt auf Basis dieses Speichermediums mit Hilfe von KI einen nachhaltigen Stromspeicher von A bis Z designen, testen und letztendlich auch fertigen, setzen wir den nächsten wichtigen Schritt. Wenn wir dann einen Speicher ohne schädliche Materialien, ohne seltene Rohstoffe, aber mit hoher Effizienz und Sicherheit für Mensch und Umwelt entwickelt haben, ist das ein wichtiges Puzzlestück für die weitere Dekarbonisierung des Energiesystems und der Industrie.“

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