Eisen-Luft-Batterien: Stromspeicherung durch Rost

Die Batterie, die atmet

Die meisten Batterien sind auf teure Metalle wie Lithium und Kobalt angewiesen. Eisen-Luft-Batterien verwenden etwas viel Häufigeres: Eisen, Wasser und Luft. Die zugrunde liegende Chemie ist täuschend einfach – die Batterie erzeugt Elektrizität, indem sie Eisen rosten lässt, und kehrt den Prozess dann um, um sich wieder aufzuladen. Im Wesentlichen ist es eine Batterie, die atmet.

Die Technologie hat Milliarden an Investitionen und Großaufträge von Google, Xcel Energy und Georgia Power angezogen, weil sie ein Problem löst, das Lithium-Ionen-Batterien nicht lösen können: Energiespeicherung nicht für Stunden, sondern für Tage.

So funktioniert die Chemie

Eine Eisen-Luft-Batterie enthält zwei Hauptkomponenten: eine mit Tausenden von kleinen Eisenpellets gefüllte Eisenanode und eine Luftkathode, die Sauerstoff aus der umgebenden Atmosphäre zieht. Beide befinden sich in einem wasserbasierten, nicht brennbaren Elektrolyten, ähnlich dem, der gewöhnliche AA-Batterien antreibt.

Während der Entladung gelangt Sauerstoff in die Zelle und reagiert mit den Eisenpellets. Das Eisen oxidiert – es rostet – und setzt Elektronen frei, die als nutzbare Elektrizität durch einen externen Stromkreis fließen. Das chemische Produkt ist Eisenoxid, gewöhnlicher Rost.

Während des Aufladens kehrt ein elektrischer Strom die Reaktion um. Der Sauerstoff wird vom Eisenoxid getrennt und wandelt Rost wieder in metallisches Eisen um. Der Sauerstoff kehrt in die Luft zurück. Der Zyklus kann sich dann wiederholen.

Diese reversible Rostreaktion ist thermodynamisch günstig und verwendet Materialien, die reichlich vorhanden, billig und ungiftig sind – ein deutlicher Gegensatz zu den Lieferkettenproblemen rund um Lithium, Kobalt und Nickel.

Warum die Dauer wichtig ist

Lithium-Ionen-Batterien dominieren die kurzzeitige Speicherung und liefern typischerweise Energie für zwei bis vier Stunden. Das funktioniert gut, um einen bewölkten Nachmittag im Solarnetz auszugleichen. Aber was passiert während eines einwöchigen Wintersturms, wenn die Solar- und Windenergieerzeugung einbricht?

Eisen-Luft-Batterien sind genau für dieses Szenario konzipiert. Form Energy, der führende Entwickler, hat Systeme gebaut, die in der Lage sind, Elektrizität für bis zu 100 Stunden zu speichern und abzugeben – mehr als vier Tage. Diese Dauer kann längere Lücken in der erneuerbaren Energieerzeugung überbrücken und ein Netz, das hauptsächlich mit Wind und Sonne betrieben wird, weitaus zuverlässiger machen.

Der Kostenvorteil ist ebenso dramatisch. Form Energy hat Kosten von weniger als 20 US-Dollar pro Kilowattstunde Speicherkapazität nachgewiesen, etwa ein Zehntel der Kosten vergleichbarer Lithium-Ionen-Systeme. Für die mehrtägige Speicherung ist Lithium-Ionen einfach zu teuer, um sie in großem Maßstab einzusetzen.

Die Kompromisse

Die Eisen-Luft-Technologie ist kein Ersatz für Lithium-Ionen – sie ist eine Ergänzung. Die Batterien haben einen Wirkungsgrad von 50 bis 60 Prozent, was bedeutet, dass von 100 eingebrachten Energieeinheiten nur 50 bis 60 wieder herauskommen. Lithium-Ionen erreichen 90 bis 95 Prozent. Dieser Energieverlust resultiert aus der Wasserstoffentwicklung an der Eisenelektrode und der hohen Überspannung an der Luftkathode.

Die Leistungsdichte ist ebenfalls geringer, was bedeutet, dass Eisen-Luft-Systeme langsamer reagieren als Lithium-Ionen und für schnell reagierende Netzdienstleistungen wie die Frequenzregulierung ungeeignet sind. Sie sind für Anwendungen mit langer Energiedauer konzipiert – um bei längeren Dürreperioden erneuerbarer Energien das Licht am Brennen zu halten, nicht um kurzzeitige Spannungsspitzen auszugleichen.

Die Systeme sind auch physisch groß. Eine 100-Stunden-Eisen-Luft-Installation benötigt deutlich mehr Platz als eine vergleichbare Lithium-Ionen-Anordnung, wodurch sie besser für den Einsatz im Versorgungsmaßstab als für städtische Dächer geeignet sind.

Von der Stahlstadt zum Netzmaßstab

Form Energy hat seine kommerzielle Produktionsstätte in Weirton, West Virginia, auf dem Gelände eines ehemaligen Stahlwerks errichtet – ein passender Standort für eine Technologie, die auf Eisen basiert. Das Unternehmen expandiert in Richtung einer Produktionsfläche von einer Million Quadratfuß mit einer jährlichen Produktionskapazität von 500 MW bis 2028.

Die Einsätze sind bereits im Gange. Ein Pilotprojekt mit Minnesotas Great River Energy wurde Ende 2025 in Betrieb genommen. Zusätzliche Installationen für Xcel Energy, Georgia Power und ein kalifornisches Projekt, das mit einem staatlichen Zuschuss von 30 Millionen US-Dollar unterstützt wird, sind bis 2026 geplant. Anfang 2026 kündigte Google eine 30-Gigawattstunden-Eisen-Luft-Installation für ein Rechenzentrum in Minnesota an – das größte Batteriesystem nach Energiekapazität, das jemals weltweit angekündigt wurde.

Das größere Bild

Die Herausforderung bei der Dekarbonisierung von Stromnetzen bestand schon immer weniger in der Erzeugung erneuerbarer Energien als vielmehr in der zuverlässigen Speicherung. Eisen-Luft-Batterien lösen nicht jedes Speicherproblem, aber sie adressieren das Problem, das Lithium-Ionen nicht berühren können: Mehrtägige Ausfallsicherheit zu einem erschwinglichen Preis, hergestellt aus Materialien, die die Erde im Überfluss hat.