Technologie vor 127 Tagen

Energieautarkie mit nanoFlowcell®-Strom

Die Energiekosten der meisten Verbraucher entwickeln sich Jahr für Jahr kontinuierlich nach oben. Zwar wird inzwischen viel mehr Wert auf einen sparsamen Umgang mit Strom und Heizung geachtet, doch ständig erhöhte Preise bei den Versorgern wiegen die Einsparungen in der Regel mehr als auf. Zudem werden nur beschränkt "saubere" Energie angeboten. Die Lösung wäre ein Haus, das nachhaltig und umweltgerecht vollständig ohne Öl, Gas oder Netzstrom auskommt. Was lange nur im Modellversuch möglich schien, wird bald auch für den normalen Verbraucher erschwinglich sein: Ein komplett netzautarkes Haus, das umweltgerecht und kostengünstig mit nanoFlowcell®-Energie versorgt wird. Im Rahmen der Energiewende wird sich nanoFlowcell® daher fest im Mix der nachhaltigen Energie etablieren.

Die Idee, ein Haus zu bauen, das ohne Anschluss an die öffentliche Energieversorgung auskommt, ist nicht neu. Zu Demonstrations- und Forschungszwecken wurden immer wieder - sei es von Forschungsinstituten oder von diversen Baufirmen - Modellhäuser gebaut, die ohne externe Energiezufuhr auskommen sollten. Meist handelte es sich dabei um kostenaufwendige Musterprojekte. Daher war sich die Fachwelt einig, dass ein völlig energieautarkes Haus für den Normalverbraucher nicht wirtschaftlich ist. (>) Mit zunehmend günstiger erschließbaren regenerativen Energiequellen, wird das Nullenergiehaus erschwinglicher, doch bei weitem noch nicht günstig, denn für absolute Energie-Autarkie müssen - je nach Geographie - meist mehrere Energiequellen gleichzeitig erschlossen werden, oft separat für den Wärme- und Strombedarf. Das rechnet sich für einen einzelnen Privathaushalt natürlich nicht. Vor allem, da nicht alle regenerativen Energieformen überall in ausreichender Quantität und Qualität verfügbar sind.

Immer mehr private Energieverbraucher wollen sich der (inter)nationalen Energiepolitik entziehen und ihren Energiebedarf in Eigenregie decken. Für die klimafreundliche Strom- und Wärmegewinnung in privaten Haushalten stehen verschiedene erneuerbare Energien zur Verfügung. Doch rechnen sich individuelle Investitionen in die High-Tech der erneuerbaren Energiequellen für den einzelnen Privathaushalt? Welche Vorteile bietet die nanoFlowcell®, die genügend Energie liefert, um den gesamten Wärme- und Strombedarf eines Haushalts abzudecken?

Erneuerbare Energien nahezu unbegrenzt verfügbar und dennoch zu teuer?

Als regenerative Energiegewinnung bezeichnet man die Gewinnung von Energie, meist elektrischer Strom, aus regenerativen Energiequellen. Regenerative Energiequellen sind Energieformen, die sich ständig wieder aufladen beziehungsweise in scheinbar unendlicher Zeit nicht versiegen. Regenerative Energien sind Sonnenenergie, Windenergie, Wasserenergie oder Bioenergie. Regenerative Energie kann zur Stromproduktion, zum Heizen und zur Warmwassergewinnung genutzt werden.

Ungeachtet politischer Vabanque-Rethorik einzelner Industrienationen, ist die Verwendung regenerativer Energien ein Weg, der zunehmenden Verknappung der fossilen Energien zu begegnen und eine Alternative zur Atomenergie sowie der klimaschädlichen Verbrennung von fossilen Energieträgern wie beispielsweise Kohle, Erdöl oder Erdgas.

Mit der Sonne als Energiequelle kann sowohl elektrische als auch Wärmeenergie erzeugt werden. Während die Umwandlung von Sonnenlicht in Strom als Photovoltaik bezeichnet wird, dient Solarthermie der Erzeugung von Wärme aus Sonnenenergie. Auch kann Wind mittels eines Windgenerators in sogenannten Kleinwindkraftanlagen zur häuslichen Stromerzeugung genutzt werden.

Ebenfalls zu den alternativen Energien zählt die Wärmepumpe. Mit der Wärme aus dem Erdreich wird nicht nur das Haus beheizt, Wärmepumpen liefern auch Warmwasser.

Fälschlicherweise wird häufig auch die Energiegewinnung aus Biomasse als regenerative Energie bezeichnet. Die in Form von Holz, Energiepflanzen oder Reststoffen, wie Biomüll, Stroh oder Gülle, gespeicherte Energie wird in Biomasse-Anlagen in Wärme, Strom oder Treibstoffe umgewandelt. Unter den Begriff der Biomasse fällt auch die Wärmegewinnung mithilfe einer Pelletheizung. Die aus Biomasse gewonnene Energie ist jedoch nur bedingt regenerativ, da es sich meist um Bioabfälle handelt, die von vorne herein vermieden werden sollten, beziehungsweise wertvolle Ackerfläche nicht zum Anbau von Nutzpflanzen zur Energiegewinnung genutzt werden sollten.

bi-ION, das Elektrolyt, das zur Energiegewinnung in der nanoFlowcell® genutzt wird, ist ebenfalls ein regenerativer Energieträger, der mittels der aus anderen regenerativen Energiequellen gewonnen Energie produziert wird. Im Gegensatz zur Energiegewinnung aus Biomasse entstehen bei der Nutzung von bi-ION aber keine schädlichen Treibhausgase, noch werden landwirtschaftliche Nutzflächen fehlgenutzt.

Die Energiegewinnung aus Wasserkraft ist für den individuellen Haushalt eher ungewöhnlich und wird daher in der Betrachtung alternativer Energiequellen für den Privathaushalt zunächst ausgeklammert.

Die folgende Infografik gibt einen Überblick über die Vor- und Nachteile der einzelnen regenerativen Energieformen, die sich für die private Nutzung eignen.

Das Erneuerbare-Energien-Haus

In exemplarischen Wohnhäusern versucht man, durch eine geschickte Verknüpfung von Solarthermie und Photovoltaik, individuelle Energieautarkie zu erreichen. Bei der Installation von Solarthermie- und Photovoltaik-Anlagen auf dem eigenen Dach sollte man natürlich auch ein geeignetes Dach vorweisen können. Idealerweise zeigt dieses in Richtung Süden und wird weder von Bäumen noch von benachbarten Gebäuden verschattet.

Bei der Solarthermie wird die von den Sonnenkollektoren eingefangene Sonnenenergie mittels eines Langzeitspeichers für die Heizung und Warmwasseraufbereitung des Hauses vorgehalten. So lässt sich ein Teil des jährlichen Wärmebedarfs, zumeist an Warmwasser, decken. Jedoch nur ein Teil, denn der restliche Wärmebedarf, beispielsweise für die Heizung in den Wintermonaten, muss durch externe Quellen wie Strom, Öl, Gas oder Holz gedeckt werden. Die Kosten für eine heizungsunterstützende Solarthermie-Anlage, berechnet für den Verbrauch eines 4-Personen-Haushalts, belaufen sich auf bis zu 12.000 Euro, wobei der Amortisationszeitraum der Anlage bis zu 21 Jahre betragen kann. (>)

Die Stromversorgung eines alternative-Energien Hauses übernimmt eine auf dem Dach installierte Photovoltaik-Anlage, welche natürlich mit den Sonnenkollektoren der Solaranlage um den sonnigsten Platz auf dem Dach konkurriert. Die typische Dachfläche eines deutschen Einfamilienhauses beträgt etwa 30 bis 50 Quadratmeter. Um die Energieleistung von einem Kilowatt zu erreichen, benötigt man Solarmodule auf einer Dachfläche von rund 10 Quadratmetern. Sofern keine Verschattungen oder Dachaufbauten vorliegen, kann man von einer Photovoltaik-Anlage etwa drei bis fünf Kilowatt Leistung erwarten. Dies entspricht rund 2.500 bis 5.000 Kilowattstunden Strom im Jahr. Mit dieser Strommenge kann man eine durchschnittliche Familie mit vier Personen für ein Jahr mit Strom versorgen. Allerdings nur im äußerst günstigen Fall, in dem ausreichend Dachfläche vorhanden ist sowie die Sonnenintensität und -einstrahlung zu 100% gewährleistet sind. Je nach Region ist die Stromausbeute einer Photovoltaik-Anlage jedoch deutlich geringer.

Wie viel kostet eine Photovoltaik-Anlage für ein Einfamilienhaus? Photovoltaik-Anlagen für Einfamilienhäuser liegen in etwa bei einem Grundpreis von circa 14.000 Euro (Solarmodule, Stromspeicherbatterie und Installation). Zusätzlich Betriebskosten von rund 320 Euro jährlich fallen an für: Photovoltaik Versicherung, Wartung und Pflege sowie Zählergebühren. Der Amortisationszeitraum für eine Photovoltaik-Anlage auf einem durchschnittlichen Einfamilienhaus beträgt im günstigsten Fall rund 17 Jahre. (>)

Eine Alternative zur Solaranlage ist die Kleinwindkraftanlage. Die spezifischen Investitionskosten d.h. Kosten pro Kilowatt Leistung liegen bei Kleinwindkraftanlagen (Windanlagen unter 100 kW Leistung) im Durchschnitt bei 5.000 Euro pro Kilowatt. Eine Kleinwindkraftanlage mit 5 kW Leitung, die den Strombedarf eines durchschnittlichen 4-Personen-Haushalts abdecken soll, kostet also rund 25.000 Euro. Dies schwankt jedoch sehr stark, da die Kosten abhängig von der Masthöhe und dem dazu notwendigen Fundament sind. Mast und Fundament können zusammen teurer als die Windturbine selber sein. Der Amortisierungszeitraum einer solchen Anlage ist daher vage, doch 25 Jahre und mehr sind nicht unüblich. Zu den Betriebskosten hinzuzurechnen sind Wartungskosten, Versicherungskosten, Reparaturkosten und Stromzählerkosten. (>) Zu Bedenken ist, dass die Installation einer Kleinwindkraftanlage Bauauflagen unterliegt und nicht überall behördlich genehmigt wird.

Eine Pelletheizung kostet als Komplettpaket rund 17.000 Euro. Oft kommen noch weitere Extrakosten für Umbauten des Lagers und schwierigere Installationen hinzu. Somit müssen Sie realistisch für eine komplette Pelletheizung mit Kosten von etwa 19.000 bis 25.000 Euro rechnen (Pelletkessel, Pufferspeicher, Lagerraum mit Transportsystem und Montage). Pelletheizungen eigenen sich daher für große Ein- und Mehrfamilienhäuser mit hohem Wärmeverbrauch, um die hohen Anschaffungskosten im Vergleich zu anderen Heizungsarten (Gasheizung rund 8.000 Euro und Ölheizung rund 15.000 Euro) besonders schnell durch die geringen laufenden Kosten zu amortisieren. Die Kosten zur Erzeugung einer kWh liegen mit einer Pelletheizung bei etwa 5,32 €-Cent. Durch Erdgas hingegen entstehen Kosten von 7,20 €-Cent, durch Heizöl sogar von etwa 7,98 €-Cent pro kWh. Die laufenden Kosten einer Pelletheizung sind natürlich die Pellets selber sowie die Reinigung und Wartung der Anlage. Hierdurch fallen jährlich Kosten von etwa 350 Euro an. (>). Bei einer Pelletheizung sind die Umweltbedenken im Zusammenhang mit der Verwendung von Biomasse natürlich nicht außer Acht zu lassen.

Bei der Erdwärmepumpe wird die Wärme aus dem Boden entweder mittels Erdwärmekollektoren (Verlegung unter der Erdoberfläche) der Erdwärmesonden (Erdbohrung) erschlossen. Bei der Wärmegewinnung über Erdkollektoren werden in der Erde in einer Tiefe von 1,20 - 1,50 m Kunststoffrohre in mehreren Schleifen verlegt. Dies ist besonders sinnvoll im Neubau, da hier die Verlegung in der offenen Baugrube erfolgen kann.

Bei einer oder mehreren Erdbohrung(en) von je 50-100 m kann man ganzjährig hohe Quellentemperaturen von ca. 10°C nutzen. Dafür ist allerdings eine Genehmigung und ein entsprechender Platz für eine Erdbohrung erforderlich und es müssen je nach Geographie spezielle Anforderungen für das Bohren berücksichtigt werden.

Für strombetriebene Wärmepumpen als Komplettanlage muss je nach Leistungsgröße mit Kosten zwischen 8.000 und 16.000 Euro gerechnet werden (zuzüglich Montagekosten). Bei einer Sole-Wasser-Wärmepumpe (Erdwärmepumpe) kommen noch die Kosten für die Wärmequellen-Erschließung, also die Kosten für Geothermie hinzu. Dabei muss man sich entscheiden, ob eine Bohrung oder - bei genügend Grundstücksfläche - der Einbau von Erdkollektoren sinnvoll ist. Je nach Bohrtiefe (zwischen 50 m und 100 m) und der geographischen Bodenbeschaffenheit differieren die Bohrkosten von 8.000 bis zu 20.000 Euro. Die Variante mit Erdkollektoren ist mit Kosten von 3.000 bis 8.000 Euro deutlich preiswerter. (>) Bei beiden Varianten ist zu bedenken, dass eine Wärmepumpe für ihren Betrieb Strom benötigt - je nach Modell rund 10 kWh.

Für die Nutzung einer Erdwärmepumpe wird man sich sicherlich nur entscheiden, wenn die Geographie sehr günstig ist oder man ökologische Gründe priorisiert. Vorteil einer Erdwärmepumpe in heißen Gebieten ist, dass diese im Sommer auch zum Kühlen eingesetzt werden kann.

Ganzheitliche Lösung statt Stückwerk - das nanoFlowcell®-Haus

Es gibt viele Möglichkeiten der alternativen Energieversorgung, doch eine völlig netzautarke Lösung scheint mit den bekannten Technologien nur unter hohem Kostenaufwand möglich zu sein. Es drängt nach einer alternativen Energielösung für Privathaushalte zur kostengünstigen und umweltgerechten Abdeckung ihres Energiebedarfes - autark von jeglicher Umweltrhetorik und internationaler Energiepolitik.

Die nanoFlowcell Holdings entwirft derzeit ein netzautarkes Alternative-Energienhaus, das seinen Energiebedarf ausschließlich über eine nanoFlowcell® abdeckt. Das Besondere an dem nanoFlowcell®-Haus ist, dass eine einzige Energiequelle ausreicht, um den Bedarf eines Haushalts an Warmwasser, Heizung und Elektrizität abzudecken. Ein nanoFlowcell®-Aggregat in der Größe wie es im QUANT 48VOLT verbaut ist, ist mehr als ausreichend, um einen durchschnittlichen 4-Personen Haushalt mit Energie zu versorgen.

Selbst bei einem Peak-Verbrauch, in dem theoretischen Falls, dass alle Stromverbraucher gleichzeitig betrieben werden, kommt das nanoFlowcell®-Haus ohne Backup-Energie aus.

Das nanoFlowcell® Haus – völlige Integration von Haus und Auto. Das nanoFlowcell® Stromaggregat hat ausreichend Kapazität, um selbst Leistungsspritzen dauerhaft und unterbrechungsfrei zu bedienen.

Der theroretische Spitzenvebrauch aller Elektrogeräte liegt bei 22.576 Wh oder rund 23 kWh. (>) Dieser Spitzen-Verbrauchswert ist wie gesagt theoretisch und wird in der Praxis jedoch kaum erreicht. Dennoch kann es Verbrauchssituationen geben, bei denen Photovoltaik- und Kleinwindkraftanlagen als individuelle und alleinige Stromquelle oft an ihre Grenzen stoßen. Anhand der Verbrauchswerte kann man sich seinen eigenen praxisnahen Peak-Stromverbrauch ja einmal errechnen.

Statistisch gesehen, verbraucht ein 4-Personen Haushalt im Jahr durchschnittlich 5.000 kWh Strom und hat einen Wärmeverbrauch von 12.000kWh (120kWh pro Quadratmeter). Dies entspricht rund 28.000 Liter bi-ION Elektrolytflüssigkeit in ihrer derzeitigen Konzentration (600 Wh pro Liter). Aktuell experimentiert man in der Forschungsabteilung der nanoFlowcell Holdings jedoch mit höher konzentrierten Elektrolytflüssigkeiten für den Einsatz in stationären Anwendungen wie einem häuslichen Stromaggregat.

Wie in einem nanoFlowcell®-Elektroauto sind Energiewandler (die eigentliche nanoFlowcell®) und Energiespeicher (die bi-ION Tanks) baulich voneinander getrennt. Der Energiewandler ist ähnlich groß wie der im QUANT 48VOLT - im Größenvergleich kompakter als eine moderne Gasheizung - der Energiespeicher, die bi-ION Tanks, fallen hingegen wesentlich größer aus als in einem Fahrzeug und können individuell den räumlichen Gegebenheiten im Heizungskeller angepasst oder aber außerhalb des Hauses (über- oder unterirdisch) positioniert werden, so wie man dies von den Tanks für Ölheizungen her kennt.

Wie bei einer Ölheizung oder einer Pelletheizung würde der Haushalt regelmäßig mit bi-ION Elektrolytflüssigkeit beliefert werden. Das Nutzungsprinzip ist ähnlich wie bei der nanoFlowcell® in einem Elektrofahrzeug: Nach der Energieerzeugung wird die verbrauchte Elektrolytflüssigkeit gefiltert, die im Filter zurückbleibenden Salze und Elektrolyte werden bei der nächsten bi-ION Lieferung zusammen mit dem Filter entsorgt und das anfallende, sauber-gefilterte Wasser kann zur Gartenbewässerung eingesetzt werden, das Schwimmbecken speisen, oder aber über die Kanalisation entsorgt werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, die Anlage so zu konzipieren, dass die verbrauchte Elektrolytlösung in einem separaten Tank aufgefangen und bei der folgenden bi-ION-Lieferung abgepumpt und zentral wieder aufbereitet wird.

Der Vorteil einer nanoFlowcell®-Energieversorgung ist, dass die Energieversorgung umfassend und unterbrechungsfrei erfolgt, auch zu Spitzenzeiten im Stromkonsum und bei widrigen Wetterbedingungen. Das nanoFlowcell®-Aggregat liefert Strom für die elektrischen Verbraucher im Haushalt. Über einen Elektro-Warmwasser-Boiler wird Warmwasser bereitgestellt; über diesen kann auch eine Warmwasserheizung betrieben werden, falls man sich nicht für eine elektrische Heizung entscheiden möchte.

Der nanoFlowcell®-Energiegenerator arbeitet dabei völlig geräuschlos, da es bis auf zwei Elektrolytpumpen keine beweglichen Teile im System gibt. Dies macht die Anlage zudem äußerst wartungsfreundlich.

Die häusliche Energieversorgung mittels eines nanoFlowcell®-Aggregats ist nicht nur umweltgerecht und nachhaltig sondern auch kostengünstig. Die Investitionskosten für die Installation einer nanoFlowcell® werden in etwa mit denen einer Ölheizung vergleichbar sein; die genauen Kosten sind abhängig von der Leistung des Energiewandlers und des Stromverteilers sowie der Größe und Position der Elektrolyttanks. Ein besonderes Bonbon ist die völlige Integration von Auto und Haus: Selbstverständlich kann ein nanoFlowcell®-betriebenes Elektroauto über die häusliche bi-ION Anlage betankt werden. Geplant ist, dass im Gegenzug ein nanoFlowcell®-betriebenes Elektroauto auch als zusätzliche Energiequelle genutzt werden kann - als eine mobile Steckdose sozusagen.

Die Versorgung einer ganzen Region mit bi-ION Elektrolytlösung erfolgt zentral. Von der Produktionsanlage aus wird bi-ION in Tankwagen abgefüllt - ähnlich einem Öl-Tankwagen - und zu den lokalen Verbrauchsstellen, den netzautarken Haushalten, transportiert.

Die Vorteile eines nanoFlowcell®-Stromaggregats im Überblick:

  • Zuverlässig: Unterbrechnungsfreie Stromversorgung - unabhängig von Wetterbedingungen und Peak-Verbrauch

  • Effizient: Eine einzige Energiequelle für Strom- und Wärmeverbrauch im Haus

  • Umweltgerecht: Die Produktion von bi-ION Elektrolyten ist nachhaltig und erfolgt unter Einbezug regenerativer Energien.

  • Sicher: bi-ION und seine Inhaltsstoffe sind nicht gesundheitsgefährdend und weder brennbar noch explosiv.

  • Kostengünstig: Die Produktion der nanoFlowcell® sowie der bi-ION Elektrolytflüssigkeit lässt sich im industriellen Maßstab äußerst wirtschaftlich produzieren.

  • Flexibel: Integration des Energiemanagements Auto - Haus

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