Clean-Tech-Startup will netzweite Batterieinfrastruktur für die verstärkte Nutzung von Wind- und Sonnenenergie schaffen

Das neue Unternehmen Quino Energy will eine von Harvard-Forschern entwickelte Energiespeicherlösung auf den Markt bringen, um die Verbreitung erneuerbarer Energiequellen zu fördern.

Etwa 12% der Stromerzeugung in den USA stammt derzeit aus Wind- und Solarenergie, die je nach den täglichen Wetterbedingungen schwankt. Damit Wind- und Solarenergie eine größere Rolle bei der Dekarbonisierung des Stromnetzes spielen und gleichzeitig die Verbrauchernachfrage zuverlässig befriedigen können, haben die Netzbetreiber die Notwendigkeit erkannt, Energiespeichersysteme einzusetzen, die sich jedoch noch nicht als kosteneffizient im großen Maßstab erwiesen haben.

Eine innovative Redox-Flow-Batterie, die jetzt in die kommerzielle Entwicklung geht, könnte dazu beitragen, das Gleichgewicht zu ändern. Diese Flow-Batterie, die sich durch die Verwendung eines wässrigen, organischen Elektrolyts auszeichnet, wurde von Harvard-Materialwissenschaftlern und Chemikern unter der Leitung von Michael Aziz und Roy Gordon an der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) und in der Abteilung für Chemie und chemische Biologie entwickelt. Das Harvard Office of Technology Development (OTD) hat Quino Energy eine exklusive, weltweite Lizenz für die Vermarktung von Energiespeichersystemen erteilt, die die von den Labors identifizierte Chemie verwenden, einschließlich Chinon- oder Hydrochinonverbindungen als aktive Materialien im Elektrolyten. Die Gründer von Quino sind der Meinung, dass das System bahnbrechende Vorteile in Bezug auf Kosten, Sicherheit, Stabilität und Leistung bieten kann.

"Die Kosten für Wind- und Solarstrom sind so stark gesunken, dass das größte Hindernis für die Versorgung mit Strom aus diesen erneuerbaren Energiequellen in ihrer Unbeständigkeit liegt. Ein sicheres, skalierbares und kostengünstiges Speichermedium könnte dieses Problem lösen", sagte Aziz, der Gene and Tracy Sykes Professor für Materialien und Energietechnologien am Harvard SEAS und Fakultätsmitglied des Harvard University Center for the Environment ist. Er ist Mitbegründer von Quino Energy und Mitglied des wissenschaftlichen Beirats des Unternehmens. "Bei der stationären Speicherung im Netz wollen wir in der Lage sein, unsere Stadt auch nachts und bei Windstille zu betreiben, ohne fossile Brennstoffe zu verbrauchen. Bei einer typischen Wetterlage kann man zwei oder drei Tage ohne Wind auskommen und mit Sicherheit acht Stunden ohne Sonnenschein, so dass eine Entladedauer bei Nennleistung von 5 bis 20 Stunden sehr nützlich sein kann. Das ist der Sweet Spot für Durchflussbatterien, bei dem wir glauben, dass sie im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien mit kürzerer Laufzeit besonders wettbewerbsfähig sein können."

"Längerfristige Netz- und Mikronetzspeicherung ist eine riesige und wachsende Chance, besonders hier in Kalifornien, wo wir unsere Prototypen demonstrieren", sagte Dr. Eugene Beh, Mitbegründer und CEO von Quino Energy. Der gebürtige Singapurer Beh erwarb 2009 seinen Bachelor- und Master-Abschluss in Harvard und promovierte an der Stanford University. Von 2015 bis 2017 kehrte er als Postdoc-Forschungsstipendiat nach Harvard zurück.

Im Vergleich zu anderen Durchflussbatterien, die auf teure, abgebaute und nur begrenzt skalierbare Metalle wie Vanadium angewiesen sind, könnte die organische, wasserlösliche Implementierung des Harvard-Teams einen erschwinglicheren und praktischeren Ansatz darstellen. Sechzehn Erfinder, zusätzlich zu Gordon und Aziz, setzten ihr Fachwissen in Materialwissenschaft und chemischer Synthese ein, um Molekülfamilien mit günstiger Energiedichte, Löslichkeit, Stabilität und günstigen Synthesekosten zu identifizieren, zu entwickeln und zu testen. In ihrer jüngsten Veröffentlichung in Nature Chemistry vom Juni 2022 demonstrierten sie ein komplettes Durchflussbatteriesystem, das die Neigung dieser Anthrachinonmoleküle, sich mit der Zeit zu zersetzen, überwindet. Indem sie das System einem gelegentlichen Spannungsimpuls aussetzten, konnten sie die energietragenden Moleküle elektrochemisch neu zusammensetzen, was die Lebensdauer des Systems drastisch verlängerte und damit seine Gesamtkosten senkte.

"Wir haben Versionen dieser Chemikalien mit Blick auf ihre Langzeitstabilität entworfen und umgestaltet, d. h. wir haben versucht, sie auf verschiedene Weise zu verbessern", so Gordon, der emeritierte Thomas D. Cabot Professor für Chemie und chemische Biologie und wissenschaftlicher Berater von Quino ist. "Unsere Studenten waren sehr fleißig bei der Identifizierung von Molekülen, die den Bedingungen standhalten können, denen sie in einer Batterie in verschiedenen Zuständen ausgesetzt sind. Auf der Grundlage unserer Ergebnisse sind wir optimistisch, dass Flussbatterien, die mit billigen und reichlich vorhandenen Elementen gefüllt sind, das Potenzial haben, den künftigen Bedarf an verbesserter Stromspeicherung zu decken."

Quino wurde nicht nur für die laufende Teilnahme an den Kohorten 2022 des Harvard Climate Entrepreneur's Circle, des Berkeley Haas Cleantech to Market Programms und des Rice Alliance Clean Energy Accelerator ausgewählt, wo es als eines der vielversprechendsten Energy Tech Startups ausgezeichnet wurde, sondern auch vom U.S. Department of Energy (DOE) ausgewählt, um 4,58 Millionen Dollar an nicht-unterstützender Finanzierung vom DOE Advanced Manufacturing Office zu erhalten, die die Entwicklung eines skalierbaren, kontinuierlichen und kosteneffektiven Prozesses für die Synthese von wässrigen, organischen Flow-Batterie-Reaktanten unterstützen wird.

Beh fügte hinzu: "Wir sind dem DOE für seine großzügige Unterstützung dankbar. Das fragliche Verfahren könnte Quino in die Lage versetzen, aus den Rohstoffen durch eine elektrochemische Reaktion, die in der Durchflussbatterie selbst durchgeführt werden kann, leistungsstarke Durchflussbatterie-Reaktanten herzustellen. Wenn wir erfolgreich sind, wird keine chemische Fabrik benötigt - im Grunde ist die Flussbatterie selbst die Fabrik -, was unserer Meinung nach die für den kommerziellen Erfolg erforderlichen niedrigen Produktionskosten ermöglichen wird."

Durch Investitionen in neue Technologien strebt das DOE in diesem Jahrzehnt eine 90-prozentige Senkung der Kosten für die Energiespeicherung über lange Zeiträume im Netz im Vergleich zu einer Lithium-Ionen-Basislösung an. Ein Teil des DOE-Preises für Quino wird im Rahmen eines Untervertragsverhältnisses weitere Studien zur Innovation der Flussbatteriechemie in Harvard unterstützen.

"Die Langzeit-Energiespeicherlösung von Quino Energy ist ein wichtiges Instrument für politische Entscheidungsträger und Netzbetreiber gleichermaßen, da wir versuchen, die beiden politischen Ziele der Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Netzzuverlässigkeit zu erreichen", sagte Brett Perlman, ehemaliger Texas Public Utility Commissioner und derzeitiger CEO des Center for Houston's Future.

Perlman ist auch ein Berater von Quino Energy.

Der DOE-Zuschuss in Höhe von 4,58 Mio. $ wird durch die kürzlich abgeschlossene Seed-Runde von Quino ergänzt: Das Unternehmen hat 3,3 Mio. $ von einer Investorengruppe unter der Leitung von ANRI, einer der aktivsten Seed-/Frühphasen-Risikokapitalfirmen mit Sitz in Tokio, erhalten. TechEnergy Ventures, der Corporate-Venture-Capital-Arm der Energiewende-Abteilung der Techint Group, beteiligte sich ebenfalls an der Runde.

Neben Beh, Aziz und Gordon ist der promovierte Chemieingenieur Meisam Bahari einer der Mitbegründer von Quino Energy. Er war früher Postdoktorand in Harvard und ist jetzt Chief Technology Officer des Unternehmens.

"Die Strommärkte benötigen dringend kostengünstige Langzeitspeicher, um die Volatilität unseres Stromnetzes aufgrund extremer Wetterbedingungen zu mindern und die Integration des hohen Anteils erneuerbarer Energien zu unterstützen", sagt Joseph Santo, Director of Investments bei Arevon Energy und Berater von Quino Energy.

Er fährt fort: "Lithium-Ionen-Batterien sind mit erheblichem Gegenwind konfrontiert, der von Schwierigkeiten in der Lieferkette, einem 5-fachen Anstieg der Rohstoffkosten für Lithiumkarbonat im letzten Jahr und konkurrierenden Anforderungen der Elektrofahrzeughersteller herrührt. Es ist überzeugend, dass die Lösung von Quino in den USA aus leicht verfügbaren Rohstoffen hergestellt werden kann und eine längere Lebensdauer hat."

Die Harvard-Forschung, die die an Quino Energy lizenzierten Innovationen ermöglichte, wurde durch akademische Forschungszuschüsse des DOE, der National Science Foundation und des National Renewable Energy Laboratory unterstützt. Das Aziz-Labor hat auch Mittel für experimentelle Forschung in diesem Bereich vom Massachusetts Clean Energy Center erhalten. Wie in allen Harvard-Lizenzvereinbarungen behält sich die Universität das Recht von gemeinnützigen Forschungseinrichtungen vor, die lizenzierte Technologie weiterhin für Forschungs-, Bildungs- und wissenschaftliche Zwecke herzustellen und zu nutzen.