Basierend auf dem 2020 für die Stromspeicherung nutzbar gemachten Vanillin wird nun an der TU Graz in einem internationalen Projekt ein KI-optimierter Prototyp eines umweltfreundlichen Stromspeichers entwickelt. Im Rahmen des Projekts “VanillaFlow“ sollen sämtliche Komponenten und Prozesse des Speichers optimiert werden: neben den Vanillin-Verbindungen als Speichermedium auch die Membran, die Elektrode und die Steuerung. All dies unter Zuhilfenahme von Künstlicher Intelligenz und Machine Learning.
Stefan Spirk vom Institut für Bioprodukte und Papiertechnik der TU Graz hat es im Jahr 2020 mit seinem Team geschafft, Redox-Flow-Batterien umweltfreundlicher zu machen. Sie hatten redoxaktive Bestandteile von Batterien durch herkömmliches Vanillin ersetzt, wodurch kritische oder umweltschädliche Rohstoffe nicht mehr benötigt wurden. Doch mit dem neuen Speichermedium allein war es nicht getan. Währenddessen arbeitet Stefan Spirk daran, einen Vanillin-Stromspeicher zu konzipieren, der in seiner Gesamtzusammensetzung möglichst nachhaltig und dennoch effizient ist. Einsatzgebiete für den voll ausgebauten Speicher sind vor allem der Industriesektor und die Speicherung von Stromüberschüssen aus erneuerbaren Energien. Teil des Forschungsprojekts VanillaFlow sind weitere Institute der TU Graz, Spirks Start-up Ecolyte aus dem Science Park Graz und zahlreiche weitere Projektpartner. Das Projekt wird im Rahmen der EIC Pathfinder Challenge des Europäischen Forschungsrats gefördert und ist damit Teil des EU-Programms Horizon, das Forschung und Innovation fördert. Die Pathfinder Challenge zielt darauf ab, die Erforschung kühner Ideen für radikal neue Technologien zu unterstützen.
Bei der Membran und der Elektrode des nachhaltigen Speichers geht es vor allem darum, die bisher weniger umweltfreundlichen Materialien ebenfalls durch nachhaltige Materialien zu ersetzen. Für Membranen wurde bisher die Teflon-Modifikation Nafion verwendet. Mittlerweile ist eine papierbasierte Membran entstanden, die stetig weiterentwickelt wird. Für die Elektrode setzt das Projektteam auf einen Carbonfilz, der durch Kompression weniger Widerstand bietet und zudem weniger Ablagerungen entwickelt. Neue Beschichtungen und Behandlungen sollen hier eine noch bessere Performance erzielen.
KI beschleunigt die Entwicklung
Um nicht alle Iterationen von Speichermedium, Membran und Elektrode im Vorfeld produzieren zu müssen, greift das Projektteam auch hier auf digitale Unterstützung zurück. Mittels eines digitalen Zwillings können die einzelnen Komponenten und deren Zusammenspiel vorab virtuell getestet und überprüft werden. Gleichzeitig wird auch die Steuerung des Speichers weiterentwickelt, um dessen Betrieb zu optimieren. Eine zugrundeliegende künstliche Intelligenz verknüpft diese virtuellen Ergebnisse mit den VanillaFlow-Projektdaten. Darüber hinaus wird eine technisch-ökonomische und ökologische Überprüfung durchgeführt, um sicherzustellen, dass das Speichersystem nicht giftig ist und den geltenden Rechtsvorschriften entspricht. Schließlich soll das fertige Produkt sicher für Mensch und Umwelt sein. Sobald ein erster Prototyp dieses KI-mitgestalteten Speichersystems fertig ist, ist geplant, ihn in das Netzwerk der TU Graz zu integrieren. Die maximale Speicherleistung soll bei 10 kW liegen. Für zukünftige Nutzer ist die Performance jedoch bedarfsgerecht skalierbar.
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Bild: Lunghammer, TU Graz
