Laut FourthPower ist seine Ultrahochtemperatur-Energiespeichertechnologie „Solar-in-a-Box“ mehr als zehnmal günstiger als Lithium-Ionen-Batterien und leistungsstärker und effizienter als jede andere thermische Batterie. Das will das Unternehmen mit einem 1-MWh-Prototyp beweisen.
Als Energiespeicherlösung im Netzmaßstab will Fourth mit großen Lithiumbatterie-Arrays in kurzen Zeiträumen von 5 bis 10 Stunden konkurrieren und im Wesentlichen überschüssige Sonnenenergie während der hohen Tagestemperaturen speichern, um sie abends und nachts zu nutzen, wenn die Stromproduktion sinkt. Das Unternehmen sagte jedoch, es könne auch die 100-Stunden-Phase erreichen, die „mehrere Tage mit Unwettern und unzureichender erneuerbarer Energieerzeugung“ abdecken würde.
Es ist eines von mehreren thermischen Energiespeicherunternehmen, die in Massachusetts entstehen und vom Breakthrough Energy Ventures Fund von Bill Gates unterstützt werden. Sie erinnern sich vielleicht an Antora Energy von vor ein paar Monaten, etwa an seine Ultrahochtemperatur-Kohlenstoffblockbatterien und hocheffizienten thermophotovoltaischen Energiewandler.
Die Idee ist einfach: Überschüssige erneuerbare Energie nutzen, um etwas in einem hochisolierten Speichersystem zu erwärmen. Sowohl Antora als auch Fourth verwenden große, ultragünstige und reichlich vorhandene Graphitblöcke zur Energiespeicherung, die Fourth auf glühende 2.500 °C (4.530 °F) erhitzt.
Die Energie wird durch das System von Unternehmen 4 durch flüssiges Zinnmetall transportiert, das einen relativ niedrigen Schmelzpunkt von 232 °C (450 °F) hat. Das ist das Geheimnis von Company 4, das auf eine vom Gründer Dr. Assegun-Henry entworfene Guinness-Weltrekord-Pumpe setzt. Flüssiges Metall würde Metallpumpen bei Temperaturen über etwa 1.000 °C (1.800 °F) zerstören, aber Henry behauptet, sein technisches Keramikdesign könne bei „fast der halben Temperatur der Sonne“ funktionieren – was unserer Meinung nach bei über 5.600 °C (10.000 °F) an der Sonnenoberfläche und nicht bei 15 Millionen °C (27 Millionen °F) im Kern bedeutet.
Die Pumpen bewegen überhitztes flüssiges Zinn durch ein System aus Graphitrohren und übertragen die Wärme vom Heizelement auf den Graphitblock und dann vom Graphitblock zu einem Energierückgewinnungssystem, wenn die Wärme ins Netz zurückgeführt werden muss.
Um Energie zurückzugewinnen, wird flüssiges Zinn durch eine Vielzahl schmaler Graphitrohre in einer Reihe von Energiegewinnungszellen gepumpt. Die Röhren werden weißglühend, strahlen intensives Licht aus und sammeln Energie durch Thermophotovoltaikzellen (TPV), die Solarzellen sehr ähnlich sind, aber auf die optimale Zusammenarbeit mit diesem Speichersystem abgestimmt sind. Bei diesen Temperaturen erfolgt nahezu die gesamte Wärmeübertragung in Form von Licht und nicht durch leitende oder konvektive Wärme, sodass diese Thermosäulensysteme mithilfe photovoltaischer Prinzipien Energie gewinnen können. Tatsächlich ist das der Hauptgrund für den Namen des Unternehmens; Das von einem Objekt emittierte Licht ist proportional zur „vierten Potenz“ seiner absoluten Temperatur.
Letztes Jahr kündigten Dr. Henry und sein Team am MIT rekordverdächtige Wirkungsgrade bei der thermischen Energiegewinnung an, bei denen mehr Energie aus Wärme gewonnen wird als mit einer Dampfturbine. Für eine optimale Effizienz sammeln diese Zellen nur den energiereichsten Teil des Wellenlängenspektrums und Spiegel hinter den Zellen reflektieren den Rest des Lichts zurück, um so viel Wärme wie möglich im flüssigen Zinn zu speichern.
Nach der Energiegewinnung sinkt die Temperatur des flüssigen Zinns von etwa 2.400 °C auf 1.900 °C (4.350 °F auf 3.450 °F) und wird dann zum Heizelement zurückgeführt, um dort „aufgeladen“ zu werden, wenn Energie verfügbar ist.
Das Unternehmen gibt an, dass das Pumpensystem aus flüssigem Zinn in Kombination mit diesen hocheffizienten Zellen aus thermoplastischem vulkanisiertem Elastomer eine unglaublich schnell reagierende thermische Batterie ergibt, die innerhalb von Sekunden bei Bedarfsspitzen Energie an das Netz liefern kann, mit einer beispiellosen Leistungsdichte, da das System „10 bis 100 Mal mehr Wärme überträgt als Geräte ähnlicher Größe jedes anderen Unternehmens“.
Viertens zufolge besteht das Ziel darin, die Gesamtenergieeffizienz dieser thermischen Batterien auf etwa 50 % zu steigern, was im Vergleich zur höheren Effizienz großer Lithiumbatterie-Arrays nicht hoch ist. Dies scheint auch ein beträchtliches Wachstum an der TPV-Front vorauszusetzen, da der Rekord im Jahr 2022 bei fast 41 % liegt. Bei langfristiger Speichernutzung wird der Wirkungsgrad sogar noch geringer sein, mit einem geschätzten Verlust von 1 % der gespeicherten Energie pro Tag.
Der Schlüssel zum Mitspielen im Machtspiel ist jedoch Bargeld, und in dieser Hinsicht gibt es laut Fourth absolut keinen Streit. Es besteht fast ausschließlich aus supergünstigem Graphit und Zinn und nicht aus teurem raffiniertem Lithium, sodass ein auf Lithium basierendes Gerät etwa 330 US-Dollar pro Kilowattstunde gespeicherter und zurückgegebener Energie kosten könnte, während das Vierte behauptet, es könne die gleiche Aufgabe für weniger als 25 US-Dollar erledigen. Auch wenn dadurch mehr Strom verschwendet wird, ist es aus wirtschaftlicher Sicht immer noch eine gute Wahl.
Darüber hinaus ist es sicherer als Lithiumbatterien, da keine Gefahr eines thermischen Durchgehens oder einer Explosion besteht, und selbst wenn es dem flüssigen Zinn gelingt, aus den Rohrleitungen zu entweichen, gefriert es sofort wieder zu Metall, sobald es die Isolierung oder den Betonboden der Anlage erreicht, der mit Argongas gefüllt ist, um Oxidation zu verhindern.
Kürzlich gab Fourth bekannt, dass es eine Serie-A-Finanzierung in Höhe von 19 Millionen US-Dollar unter Beteiligung von Breakthrough Energy Ventures und Black Venture Capital Consortium erhalten hat. Die Finanzierung wird für den Bau einer 1-Million-Kilowattstunden-Prototypanlage in der Nähe von Boston verwendet, die voraussichtlich im Jahr 2026 fertiggestellt sein wird. Die Markteinführungszeit von Fourth wird deutlich hinter der von Antora zurückbleiben, das bereits thermoplastisch vulkanisierte Batterien herstellt und erwartet, bis 2025 eine thermische Batterieanlage im kommerziellen Betrieb zu haben.