Einsatz eines Vanadiumelektrolyts auf Basis von Sekundärrohstoffen in Redox-Flow-Batteriespeichersystemen
Teilprojekt 1
Stoffstrommanagement
Laufzeit: 01.05.2016 bis 30.04.2019
Fördersumme: 267.552,00 €
Projektvolumen: keine Angabe
ausführende Stelle:
Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik
Osterfelder Str.
3
46047 Oberhausen
Zuwendungsempfänger:
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
Fördergeber: BMBF, Referat 724
Förderkennzeichen: 033R170A
Projektträger: PT-J
Leistungsplansystematik:
FD2040 Materialeffizienz in rohstoffintensiven Produktionsprozessen
Förderprofil: Technologie- und Innovationsförderung
Förderart: PDIR
Das Verbundprojekt wird koordiniert durch das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT. Es bringt neben dem Wissen über Stoffströme und Rohstoffe das Know-how aus einem der größten Batterieforschungslabore in Europa in das Projekt ein.
Das Fraunhofer UMSICHT identifiziert und charakterisiert für das Projekt
relevante Reststoffströme.
Quelle: http://www.r4-innovation.de/de/vaflow.html (jüngster Zugriff: 07.02.2018)
Laufzeit der angegebenen
Teilprojekte: 01.05.2016 bis 30.04.2019
Fördersumme der angegebenen
Teilprojekte: 768.161,00 €
Projektvolumen der angegebenen
Teilprojekte: keine Angabe
Teilprojekt 1: Stoffstrommanagement
Förderkennzeichen: 033R170A
Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik
46047 Oberhausen
Teilprojekt 2: Hydro- und pyrometallurgische Verfahren
Förderkennzeichen: 033R170B
Technische Universität Bergakademie Freiberg, Fakultät für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie - Institut für NE-Metallurgie und Reinststoffe
09599 Freiberg
Teilprojekt 3: Entwicklung des Vanadium-Elektrolyten aus Sekundärrohstoffen
Förderkennzeichen: 033R170C
Nickelhütte Aue GmbH
08280 Aue
Teilprojekt 4: Gesamtbewertung und Verwertungsstrategien
Förderkennzeichen: 033R170D
CMS Green Energy GmbH
41334 Nettetal
Fördergeber: BMBF, Referat 724
Projektträger: PT-J
Leistungsplansystematik:
FD2040 Materialeffizienz in rohstoffintensiven Produktionsprozessen
Förderprofil: Technologie- und Innovationsförderung
Förderart: PDIR
Das Energiesystem der Zukunft benötigt Speichersysteme – doch auch diese benötigen Rohstoffe. Das BMBF-Projekt „VAFLOW®“ verknüpft Energie- und Rohstoffwende durch die Entwicklung von Aufbereitungsverfahren vanadiumhaltiger Reststoffe zum Einsatz in Redox-Flow-Batteriespeichersystemen. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r4 – Innovative Technologien für Ressourceneffizienz – Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe“ im Rahmenprogramm „Forschung für nachhaltige Entwicklung (FONA)“ gefördert.
Ziel ist es, industrielle vanadiumhaltige Reststoffe und Nebenprodukte pyro- und hydrometallurgisch zu einem qualitativ gleichwertigen und qualitätsgesicherten Vanadiumelektrolyt aufzubereiten. Dieser Elektrolyt soll künftig zum Einsatz in Redox-Flow-Batteriespeichern genutzt werden, um die Importabhängigkeit einer der Schlüsselkomponenten dieser Speichertechnologie zu reduzieren. Die besondere technologische und wissenschaftliche Herausforderung besteht darin, den nur in geringer Konzentration enthaltenen Rohstoff Vanadium ökonomisch zurückzugewinnen, zu einem hochwertigen Elektrolyt aufzubereiten und tragfähige Geschäftsmodelle zu entwickeln.
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.
Das Konsortium will die Herstellung eines sekundärrohstoffbasierten Vanadium-Elektrolyten durch die Kombination von hydro- und pyrometallurgischen Verfahren mit direkter Anwendung und Prüfung in realen Redox-Flow-Zellen realisieren. Der Vorteil des Lösungswegs ist die direkte Zusammenarbeit von Batterieentwicklung und Nicht-Eisenmetallurgie, wodurch abstrakte „Black-Box“-Modelle vermieden werden und eine hohe Anwendungsnähe bereits in der Entwicklung erreicht wird. Zwischen den Teilprojekten gibt es einen dauerhaften Austausch der Ergebnisse, der projektbegleitend eine kontinuierliche Verbesserung und Abstimmung aller Prozessschritte untereinander sicherstellt. Durch die Verbundpartner werden die Kompetenzen entlang der Wertschöpfungskette vereint.
Die Zusammensetzung industrieller Sekundärrohstoffe und der enthaltene Vanadium- und sonstige Wertstoffgehalt sind stark abhängig von Standort und Produktionsprozess. Ziel des TP 1 ist daher die Stoffstromanalyse sekundärer, heimischer Vanadiumquellen, um eine möglichst breite stoffliche Basis für die angestrebte Produktion eines Vanadiumelektrolyts aus Sekundärrohstoffen bereitzustellen.
Im TP 2 werden im Labormaßstab hydro- und pyrometallurgische Verfahren für eine Aufbereitung und Weiterverarbeitung der Vanadium-Reststoffe geprüft und durchgeführt. Weiterhin werden Mindestanforderungen für die metallurgische Aufbereitung der Vanadium-haltigen Reststoffe festgelegt. Diese Festlegung erfolgt auch vor dem Hintergrund der endgültigen Anforderungen an einen Elektrolyten, insbesondere für den Bereich der akzeptablen Begleit- bzw. Störstoffe.
Im TP 3 werden die im Labor erarbeiteten Vorzugsvarianten auf ihre großtechnische Umsetzbarkeit geprüft. Im Technikumsmaßstab (u. a. Röst-, Schmelz- und Drehrohrofen, Aufschluss- und Extraktionsanlagen, Hydrometallurgie-Technikum) wird die technische Produktion eines Vanadium-Elektrolyten aus Reststoffen exemplarisch entwickelt und getestet.
Das TP 4 umfasst Zyklentests im Batterielabor um die Qualität des Elektrolyten bewerten zu können. Dies geschieht mittels kleiner Testzellen aber auch Teststand von 0,5 bis 5 kW. Eingeschlossen sind auch Referenzmessungen mit handelsüblichen Elektrolyten um ein Benchmarking des entwickelten Vanadium-Elektrolyten auf Sekundärrohstoffbasis durchzuführen.
Die Ergebnisse der vorangegangenen Arbeitspakete fließen in TP 5 zusammen. Hier werden sowohl Geschäftsmodelle als auch Verwertungsstrategien vom Vanadium-Reststoff bis zum Vanadium-Elektrolyt und des Einsatzes in Redox-Flow-Batterien entwickelt und ökologisch und ökonomisch bewertet.
Quellen:
https://vaflow.de/index.php/projektziele/ (jüngster Zugriff: 07.02.2018)
https://vaflow.de/index.php/projektstruktur-2/ (jüngster Zugriff: 07.02.2018)
Redox-Flow-Systeme
stationär
Forschungs- und Entwicklungseinrichtung, Industrie, Dienstleister
schwarze Schlagworte: charakterisieren das Teilprojekt
graue und schwarze
Schlagworte: charakterisieren das komplette Verbundprojekt
Redox-Flow-Systeme protische Elektrolyte einphasig (flüssig) All-Vanadium
Zelle Elektrolyt
Reparatur, Remanufacturing, Recycling Recycling
stationär
Forschungs- und Entwicklungseinrichtung außeruniversitäre Einrichtung
Telefon: +49 208 8598-1370
E-Mail:
jochen.nuehlen@umsicht.fraunhofer
Herr Jochen Nühlen
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT
Osterfelder Str. 3
46047 Oberhausen
Telefon: +49 208 8598-1370
Frau Iris Kumpmann
Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik
Osterfelder Str. 3
46047 Oberhausen
Telefon: +49 208 8598-1200
Fax: +49 208 8598-1289
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