Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

1. Elektrische Energiespeicher: neuere Entwicklungen aus den BereichenMedizin- und Fahrzeugtechnik sowie Netzstabilisierung und Lastausgleich Dr. rer. nat. Jochem Bogen Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU- DEHSt- Sachverständiger nach dem TEHG U T I – C O N S U L T (GbR) >www.uti-consult.de< Am Hirschpark 21 D-53840 Troisdorf Arbeitskreis Energie (AKE-2005-H) Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) Vortrag am 28. Oktober 2005 Bad Honnef  Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

2. 1.) Einleitung: Historisches und persönliches 2.) Batterien in der „Medizin“ 3.) „Consumer“ – Batterien 4.) „Professional“ – Batterien 5.) „Fahrzeug-Antrieb“- Batterien (Hybrid- / Elektro- Antriebe) 6.) Elektrische Batteriespeicherwerke für - Elektrizitätsnetz-Stabilisierung - Elektrizitäts-Lastausgleich 7.) Konkurrierende Technologien für die unterschiedlichen Bereichen  Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

3. Ende des 18. Jahrhunderts entdeckte der italienische Physiker Alessandro Volta (1745-1827) nach einer Vielzahl von Untersuchungen und Experimenten, dass nicht nur durch Reibungsvorgänge elektrische Energie erzeugt werden kann.  Voltaische Säule (Quelle: www.energiewelten.de) Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

4. Eine elektrische Batterie besteht aus: Galvanischen Zellen (= Akkumulatorzellen), die auf verschiedene Arten (elektrisch leitend) miteinander verbunden sind zwecks Bereitstellung von elektrischer Energie zu Zeiten und an Orten, wo man sie nicht bedarfsgerecht erzeugen kann. Reihenschaltung:Parallelschattung: = (3 x) Zellentrom (Amper) Primär- Zellen / Batterien = nichtwiederaufladbar Sekundär- Zellen / Batterien = wiederaufladbar = (3 x) Zellenspannung (Volt)  Definition: ( elektrische ) Batterie Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

5. Über 200 Jahren sind Wissenschaft und Technik damit beschäftigt, Batterien für die jeweiligen Anwendungsfelder zu optimieren: Kritische Bereiche waren/sind: ● Elektrochemie (Anorganische-, Organische-, Polymer-Chemie, Keramik) ● Werkstoffe (Metalle, Kunststoffe, Dichtungen, Korrosion, Toxizität) ●Verfügbarkeit der Rohstoffe (speziell Pb) ● Konstruktion (Integrität/Stabilität, Wechsel- und Ladevorrichtungen) ● Sicherheit (Säuren/Laugen, Wärmeentwicklung, Explosionsgefahr) ● Entsorgung (besonders von Primärbatterien, Life-Cycle-Analysen) ● Umgebungsaus-/ein- Wirkungen (toxische Verbindungen, Allergien)  Batterie-Optimierungsgebiete Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

6.  Prinzipieller Batterieaufbau - (Quelle: VARTA_5-10-21) Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

7. 2 Einbaulage 3 Säuereschichtung (Stratifikation) (Quelle: iQPower-Vortrag Dr.Bauer, Elektroniksysteme im Automobil EUROFORUM München 2005-01)  Pb-Starterbatterie: Temperaturabhängigkeit Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

8.  Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG Intelligente Batterietechnik (Quelle: www.iqpower.com )

9.  IQ-Power-MagiQ-100 (Quelle: www.IQPower.com) Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

10. Medizin / Medizintechnik: Künstliche Muskulatur ? V / ? Ah (Elektrostimulation von Kunststoffen) Herzschrittmacher („On-Demand“) LiJ: 2,8 V /2,3 Ah Implantierbare CardioverterDefibrillatoren (ICD´s) LiAgV-H: 3,2 V / 1,0 Ah Tiefenhirn-Stimulation Li-Ion: Neuro- Stimulation AgV-Oxid: ? / 6,4 Ah HörgerätePrimär- Zn-Luft: 1,4 V / 90 mAh(VARTA: Type HA10, Gewicht: 0,31 g)  Batterie-Anwendungen „Medizin“ Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

11. „Consumer“- Batterien: ● Household NiMH; NiCd; (z.B. Handmixer, Zahnbürsten, Uhren) Ag-Oxid (Primär) ● Audio (portable) (z.B. Walkman®) NiCd; Li-Ion (Primär) ● Video / Playstations (PSP) Li-Ion; NiCd (Primär) ● Cameras / Camcorders Li-Ion(3,0 V); NiH(1,2 V, 2,5 Ah) (Sekundär) ● Mobile- Phones NiCd; Li-Ion (3,7 V / 700 mAh) ( Sekundär) ●Elektro- “Shocker“ NiCd (Sekundär) ● ComputersLi-Ion (14,8 V; 6,6 Ah, Sekundär)(z. B.Notebooks)  Batterie-Anwendungen: „Consumer“ Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

12. „Professional“- Batterien: ●Lamps / Lights / Signals Pb; Pb-Gel; NiCd(Primär; Sekundär) ● Security- Equipment Pb-Gel; NiCd (Sekundär) (alarm-sensors) ● Safeguard- Equipment NiCd; NiMH (Sekundär) (door-locks) ● Power-Tools NiCd; NiMH (Sekundär) (drilling, grinding) ● AdjustmentPb; Pb-Gel; NiCd (Sekundär)(fork-lift) ● Electric-Traction Pb; Pb-Gel; NiCd (Sekundär) (trolley) ●Hybrid-Drives Pb; NiCd; NiMH, Zn-Oxid (Sekundär)  Batterie-Anwendungen: „Professional“ Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

13. Das Kreislaufwirtschaft und Abfallgesetz(KrW-AbfG) stuft – verbrauchte - Batterien als „Abfall“ ein (Anhang-1, Gruppe: Q-6 (= Nichtverwertbare Element)). Näheres regelt die Batterieverordnung (BattV), die zum Ziel hat, den Eintrag von Schadstoffen in Abfälle durch Batterien zu verringern, indem: - bestimmte, schadstoffhaltige Batterien nicht in den Verkehr gebracht werden dürfen, - gebrauchte Batterien zurückgenommen und - entsprechend den den Vorschriften des KrW-AbfG ordnungsgemäß und schadlos verwertet oder - nicht verwertbare Batterien gemeinwohlverträglich beseitigt werden. – Aufgrund der Revision der EU-Richtlinie für Batterien am 20.12.2004, gelten ab Dezember 2006 folgende neuen EU-Vorgaben: (siehe gesonderte Tabelle)  Batterieverordnung (BattV) - Rücknahmepflicht Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

14.  Batterie-Verordnung (EU-Richtlinie: ab 2006-12) Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

15.  Batterie-Verordnung (EU-Richtlinie: ab 2006-12) Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

16. TOYOTA-HYBRID-SYNERY-DRIVE Converter:201 /500 (Elektromotor-1: 500 V) Electronically Controlled Variabel Transmission(ECVT) NiMh Spannung:(201.,6V ) (Elektromotor-2: 500 V) (Leistung: 56 kW) Quelle: www.toyota.com  TOYOTA - Hybridantrieb (Prinzip) Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

17. Verbrennungsmotor: 6-Zylinder (Benzin) / Leistung (gesamt) : 200 kW (= 272 PS) Kombinierter Verbrauch: 8,1 l / 100 km Garantie für Batterie: 8 Jahre (oder 100.000 km) Quelle: www.lexus.de  LEXUS (NiMH – Hochleistungsbatterie) Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

18. Frage: Hat die deutsche Automobil-Industrie die Entwicklung der Hybrid-Technologie „verschlafen“ ? Antwort-1:Das scheint nur so. Zunächst hat man in Deutschland auf die Optimierung der Verbrennungsmotoren-Technologie („Direkteinspritzung“) und auf die Optimierung der Fahrzeugtechnologie (neue Konstruktionsprinzipien, neue Werkstoffe) gesetzt. – Das Ergebnis waren optimierte Fahrzeuge (u. a. Diesel- PKW) mit um 20 bis 50 % verringerten Treibstoffverbrauch gegenüber vor etwa 10 Jahren. Antwort-2: Die Entwicklung der Hybrid-Antriebstechnologie wurde in Deutschland besonders im Nutzfahrzeugbau (Busse, Lieferfahrzeuge) vorangetrieben. Hier ist u. a. „mehr Platz“ zum Einbau der für den Elektroantrieb zusätzlich erforderlichen Komponenten (u. a.: der Batterie). Ebenso wirkt sich das hohe Drehmoment von Elektromotoren bei niedriger Umdrehung besonders günstig aus.  In „D“: Hybrid-Antrieb „verschlafen“ ? Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

19. DaimlerChrysler: 1.) Mercedes-Benz „Hybrid-Sprinter 311 CDI“: Emissionsfrei unterwegs Das Fahrzeug erreicht mit dem zusätzlich auf der Antriebswelle eingebauten Elektromotor von 70 kW Leistung und einer NiMH- Batterie (14 kWh, Zusatzmasse: 350 kg) im rein-elektrischen Fahrzyklus eine Reichweite von 30 km. Alternativ könnte eine Li-Ionen Batterie (14 kWh, Zusatzmasse 160 kg) eingesetzt werden, die aber etwa doppelt so teuer ist. – Die Batterie kann über den Dieselmotor über das elektrische Netz (in ca. 6 Stunden) oder über den Dieselmotor aufgeladen werden. In einer zweiten Version wird das Fahrzeug mit einem 30 kW Elektromotor, einer Batterie von 3 kWh und einer Reichweite im elektrischen Fahrbetrieb von 3 km, ohne die Möglichkeit zur Netzaufladung angeboten. (Q-1) 2.) Die DaimlerChrsler-Tochter „ORION“ erhielt einen weitern Großauftrag der Stadt New York City zur Lieferung in 2006 von 500 Stadtbussen mit Hybridantrieb (Typ ORION-VII). Ab Auslieferung werden damit in New York City 825 Busse im eingesetzt werden mit umweltfreundlichem Diesel-Elektroantrieb, bei denen die Bremsenergie wieder in Antriebsenergie umgewnadelt wird. – (Q-2) Quelle: (Q-1) Daimlerchrysler.com / Q-2: VDI nachrichten Nr 42, 21.10.2005, p.24)  DaimlerChrysler: Hybrid-Nutzfahrzeuge Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

20. Bayern: MAN-Hybridfahrzeug im Linienbus-Einsatz: Ein von MAN in Augsburg entwickelter Bus mit Hochleistungskondensatoren („Ultracaps“) wird bei den Verkehrsbetrieben in Nürnberg (VAG) im Linieneinsatz erprobt. – Dabei wird die Bremsenergie als elektrische Energie in den eingebauten Superkondensatoren gespeichert und beim Anfahren/Beschleunigen über zusätzliche Elektromotore (mit hohem Drehmoment bei niedriger Umdrehungszahl) als Antriebsenergie genutzt. Die Entwicklung wurde vom Bayerischen Wirtschaftsministerium mit 260 Tausend Euro finanziell unterstützt. (Q-1) Bosch: Bei Hybrid-Antrieben breit aufgestellt Die von BOSCH angebotenen Hybridsysteme lassen sich in drei Funktionsklassen einteilen: ● „Hicro-Hybrids“(mit Start/Stop-System)● „Mild-Hybrids“ (mit „Booster“-Effect)● „Strong-Hybrids“ (zum Fahren mit Elektroantrieb über kurze Strecken). – (Q-2) (Quelle: (Q-1): VDI nachrichten Nr.42, 21.10.2005, p. 24) / (Q-2): www.bosch.com)  Hybrid-Entwicklungen in Deutschland Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

21. Quelle: Swanbarton - Antony Price  Batteriespeicherwerke „Warum“ Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

22. Quelle: BINE-Projekt-Info 11/03: “Kinetische Speicherung von Elektrizität“  Elektrizitätsnetz-Störungen (Statistische Auswertung UNIPEDE) Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

23.  NiCd - Batteriespeicherwerk –Alaska(Quelle: SAFT.com / Swanbarton)) Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

24.  Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG NGK-NAS-Zelle und Modul (Quelle: Swanbarton.com - Mr. Antony Price)

25.  Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG TEPCO-Ohito-Substation (Quelle: Swanbarton.com – Antony Price)

26. Quelle: Swanbarton - Antony Price  Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG Speicherbatterie- Leistungsvergleich (Status 2005-10)

27. Übersicht Installierte Systeme Quelle: ABB-CH - N. Umbricht_ETG-Tagung-2004-03-24 Batterieenergiespeicheranlage Alaska  Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG Installierte Batterie-Speicherwerke

28. ● „Medizin“ Isotopen-Generator Organ-Transplantationen ● „Consumer“ - Batterien (Mini-) Brennstoffzellen ● „Professional“ – Batterien „Profi“- Brennstoffzellen ● „Fahrzeug“– Batterien H2-Motoren - Hybrid-/ Elektro-Antrieb Brennstoffzellen + Hybrid ● Batteriespeicherwerke - Netzstabilisierung SMESH- Speicher (2 MJ, 2000 A), (Superconducting- Magnetic- Energy- Storage)SUPER- CAP´s (Super-Capasitors)Schwungrad-Speicher (Erot= ½ x J x ω2 ) (11 kWh / 2MW/ 20 msec – 20 sec.)- Lastausgleich H2/O2- Brenner ; Pumpspeicher-/ Druckluftspeicher-Kraftwerke  Alternative Technologien zur Batterie- Energiespeicherung Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG

29. Mein Dank : - giltIhnen, den Zuhörern, für das Interesse und die Aufmerksamkeit beim Vortrag,sowie folgenden Organisationen/Personen, die mich durch Informationen und/oder Bilder für diesen Vortrag unterstützt haben: - ASEA BROWN BOVERI Schweiz AG, CH-ABB-ATPF, Herr Niklaus Umbrich, - ENBW Energie Baden-Württemberg AG, 76131 Karlsruhe, -- Prof. Dr. Ing. Hartkopf, Vorstand und Herrn Heyder (>B.Heyder@enbw.com<) - DaimlerChrysler/Mercedes Benz, PKW-Verkauf,RKG-Siegburg, Herr Blind - - DaimlerChrysler/Mercedes Benz, D-68229 Mannheim, Harl-Heinz Keller, - Medtronic GmbH, Düsseldorf, Frau Dipl. Ing. Claudia Schumann, - Swanbarton Ltd., Wiltshire, U.K., Mr. Antony Price (>price@swanbarton.com<), - NGK Insulators Ltd., Nagoya, Japan (via: Swanbarton) - SAFT Batteries (via: ABB-CH and: >www.saftbatteries.com<) - VARTA Deutschland Online ( >www.varta.de<) - iq-Power Deutschland ( >www.iqpower.com<) - SONY USA ( >www.sony.com<) - LEXUS INFO-Service, 40551 Düsseldorf (>www.lexus.com<) - TOYOTYA Deutschland GmbH, 50420 Köln, (>www.toyota.com<) - Robert Bosch GmbH, D-70049 Stuttgart, (>www.bosch-presse.de<) - VWEW Energieverlag GmbH, (via: >kk@vwew.de<)  Acknowledgement Umweltgutachter (DAU-Zulassung: D-V-0195) BMU - DEHSt- Sachverständiger nach TEHG