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ESS, ein von Invoice Gates unterstütztes Batterieunternehmen, SoftBank, eröffnet an der NYSE

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Eine Batterie von ESS Inc.

Foto mit freundlicher Genehmigung von ESS Inc

ESS versucht mit erneuerbaren Energien ein kritisches Problem zu lösen: Wie kann man Energie aus Wind- und Solaranlagen speichern, wenn der Wind nicht weht und die Sonne nicht scheint.

Die vorgeschlagene Lösung des Unternehmens sind langlebige Energiespeicherbatterien aus Eisen, Salz und Wasser, die viel billiger und leichter verfügbar sind als die heute in Batterien verwendeten Elemente wie Lithium und Kobalt.

Die frühe Dynamik von ESS zog 57 Millionen US-Dollar an Investitionen von mächtigen Geldgebern wie Bill Gates und Softbank an, sagte CEO Eric Dresselhuys gegenüber CNBC.

Nun geht es über SPAC an die Börse und beginnt am Montag mit dem Handel an der New Yorker Börse unter dem Tickersymbol GWH. Es hofft, durch den Deal 308 Millionen US-Dollar einzubringen.

“Bis jetzt gab es nur sehr wenige Lösungen für diese lange Dauer, und dies ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass wir uns nicht auf die Energiespeicherung als Hauptlösung für die Härtung des Systems verlassen haben”, sagte Dresselhuys, der CEO von ESS wurde in diesem Jahr nach jahrzehntelanger Erfahrung in der Energie- und Technologieführung.

Das Unternehmen startete in 2011 in Portland, Oregon, Garage der Mitbegründer Craig Evans und Julia Song, die ein Ehepaar sowie Geschäftspartner sind. Es zog in den Portland State Business Accelerator um, bevor es in sein derzeitiges 200.000 Quadratmeter großes Hauptquartier expandierte.

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Das Unternehmen wird von Breakthrough Energy Ventures, Gates’ Investmentgesellschaft für saubere Energie, unterstützt; SB Energy, eine hundertprozentige Tochtergesellschaft von SoftBank; und das multinationale Chemieunternehmen BASF, unter anderen Investoren. Der SPAC entsteht durch eine umgekehrte Fusion mit der ACON S2 Acquisition Corp., die von der Private-Equity-Firma Acon Investments geführt wird.

ESS hat laut Finanzunterlagen vom 8. September noch keine Einnahmen verzeichnet. Dresselhuys sagte jedoch, dass es Produkte an Kunden geliefert hat, darunter TerraSol Energies in Pennsylvania und Siemens-Gamesa in Dänemark; Investorendokumente beanspruchen auch mehrere andere ungenannte Versorgungsunternehmen als Kunden. ESS hat Aufträge von SB Energy und Enel Green Power Espana in der Pipeline.

Das Unternehmen verlor in den ersten sechs Monaten des Jahres 2021 245,3 Millionen US-Dollar, aber die Betriebsverluste betrugen nur 18,4 Millionen US-Dollar; der Rest war auf Verluste aus Neubewertungen von Optionsschein- und derivativen Verbindlichkeiten zurückzuführen. Der Betriebsverlust belief sich 2021 auf 17,4 Millionen US-Dollar, und das Unternehmen erwartet, seinen ersten Gewinn im Jahr 2023 zu erzielen.

Eisen, Salz und Wasser: Sichere, leicht verfügbare Materialien

Der große Durchbruch für ESS ist eine langlebige Eisenflussbatterie aus leicht verfügbaren Materialien, sagte Carmichael Roberts, Co-Vorsitzender des Investitionsausschusses bei Breakthrough Energy Ventures.

In einer Batterie ist der Elektrolyt das chemische Medium, das die beiden Enden einer Batterie, die Anode und die Kathode, verbindet. In den Batterien von ESS besteht der Elektrolyt aus Eisen, Salz und Wasser.

“Die Flow-Batterie ist billiger, sicherer und hat eine längere Lebensdauer als herkömmliche Lithium-Ionen-Speicher”, sagte Roberts.

Die Herstellung einer Batterie aus Eisen, Salz und Wasser bedeutet, dass “keine Toxizität vorhanden ist, die von uns entwickelte Technologie keine Brände entfacht oder im Feuer nicht explodiert”, sagte Dresselhuys.

Außerdem enthalten ESS-Batterien weder Lithium noch Kobalt, zwei häufige Elemente in Batterien, die von Lieferkettenknirschen betroffen sind.

“Beide sind weltweit potenziell knapp und werden in den USA nicht produziert”, sagte Jesse Jenkins, Assistenzprofessor an der Princeton University, der sich auf Energienetze spezialisiert hat.

„Lithium ist auf lange Sicht weniger ein Problem, solange wir Lithium-Ionen-Batterien recyceln, aber es kann kurzfristig zu Preiserhöhungen kommen, wenn die Produktion hochgefahren wird, um die Batterienachfrage für Elektrofahrzeuge zu decken“, sagte Jenkins.

„Kobalt ist etwas kniffliger und ist für einige der Lieferketten, die sich auf sie verlassen, unter Beschuss geraten [so-called] „handwerkliche Minen“ in Afrika, in denen Zwangsarbeit und in einigen Fällen Kinderarbeit eingesetzt wird, wobei die Menschen Kobalt von Hand und unter sehr, sehr harten Bedingungen ausgraben“, sagte Jenkins.

ESS verwendet auch kein Vanadium, ein chemisches Element, das in einigen Flussbatterietechnologien verwendet wird. Obwohl das Element vielversprechend ist, sagt Dresselhuys, ist es zu teuer, um sinnvoll zu sein.

“Es ist eine Sache, etwas zum Laufen zu bringen, und das kann sehr schwierig sein. Aber es muss kosteneffektiv funktionieren, um als System lebensfähig zu sein, wegen der Größe, über die wir sprechen”, sagte er.

So funktioniert die Batterie: „Die Eleganz ist die Einfachheit“

Stellen Sie sich ein Sandwich vor, sagte Hugh McDermott, Leiter der Geschäftsentwicklung bei ESS. Die ESS-Batterietechnologie besteht aus einem Stapel von Kohlenstoffplatten, durch die Salzwasser mit Eisen fließt, das durch jede Schicht fließt.

Eisen kommt aus der Salzwasserlösung und klebt an einer Seite der Platten. Wenn die Polarität der Platten geändert wird, löst sich das Eisen wieder in der Wasserlösung auf.

Von einem Batteriemanagement-Steuerungssystem aus kann der Fluss der Ionen umgeschaltet werden, wodurch auch der Stromfluss ins Netz ein- und ausgeschaltet wird.

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Der “Stack” der Eisenflussbatterie von ESS Inc.

Bild mit freundlicher Genehmigung von ESS Inc.

Die Idee einer Eisenflussbatterie gibt es seit den 1970er Jahren, sagte Dresselhuys. Aber es gab technische Probleme, die Wissenschaftler nicht gelöst hatten.

Zum Beispiel würden frühe Iterationen der Iron-Flow-Batterietechnologie eine Weile funktionieren, aber die Elektrolytflüssigkeit würde aus dem Gleichgewicht geraten, sich auf der Batterie aufbauen und die Batterie würde mit der Zeit unwirksam werden. Um dies zu beheben, hat ESS eine Protonenpumpe entwickelt, die laut Dresselhuys “dem System ermöglicht, sich während all dieser Ladungen und Entladungen im Gleichgewicht zu halten, so dass der Elektrolyt vollständig sauber ist.”

Frühe Forschung wurde teilweise durch fast 3 Millionen US-Dollar an Zuschüssen aus dem ARPA-E-Programm des Energieministeriums sowie von Einzelpersonen und lokalen Investitionsfonds finanziert.

„Die Eleganz ist die Einfachheit“, sagte Rich Hossfeld, Co-CEO von SB Energy und Vorstandsmitglied von ESS. SB Energy ist sowohl Kunde von ESS als auch Investor.

Aber es brauchte viel Forschung und Entwicklung, um eine einfache Lösung zum Laufen zu bringen. ESS arbeitet seit einem Jahrzehnt im Bereich Forschung und Entwicklung. Die Protonenpumpe war ein wirklich wichtiger Durchbruch für das Unternehmen, aber einer von vielen.

“Es gibt einen sehr großen Graben des geistigen Eigentums um die Kerntechnologie herum, und das wird es anderen Wettbewerbern sehr schwer machen, eine Batterie zu bauen, die der Batterie von ESS ähnelt”, sagte Hossfeld gegenüber CNBC.

Eine Batterie von ESS Inc.

Foto mit freundlicher Genehmigung von ESS Inc

Eine von Form Energy entwickelte Langzeitbatterie verwendet ebenfalls Eisen und wird auch von Breakthrough Energy Ventures unterstützt. Form entwickelt jedoch Eisen-Luft-Batterien, die eine andere Technologie verwenden und darauf abzielen, Energie für mehrere Tage zu speichern.

ESS-Batterien können vier bis zwölf Stunden lang Energie speichern, während die Lithiumbatterien in Autos normalerweise zwischen zwei und vier Stunden begrenzt sind, sagte Dresselhuys.

Um mit Lithium-Ionen-Batterien über vier Stunden Energie zu speichern, muss die Anzahl der Lithium-Ionen-Zellen erhöht werden, sagte Hossfeld gegenüber CNBC. ESS hingegen kann einfach mehr Wasser, Eisen und Salz in einen größeren Tank seiner Stapel-Sandwiches geben.

„Der Weg, ESS kostenmäßig zu betrachten, ist, dass sie mit vier Stunden Kostenparität mit Lithium-Ionen haben und etwa die Hälfte der Kosten darüber haben, was unserer Meinung nach einen großen Vorteil für sie verschafft“, sagte Hossfeld gegenüber CNBC.

Ein weiterer Schlüssel zur ESS-Eisenflusstechnologie ist ihre Widerstandsfähigkeit.

“Die Kapazität bleibt zwischen Jahr eins und Jahr 20 gleich”, sagte Hossfeld. Wer ein Handy besitzt, weiß, dass dies bei Lithium-Ionen-Akkus nicht der Fall ist. “Du öffnest es, es kommt aus dem Koffer, es gibt dir jetzt 10 Stunden. Wir alle wissen, dass es dir keine 10 Stunden im Jahr gibt, oder?”

Energiezentren werden mit einem Solar- oder Windpark zusammengelegt. Ein Solarpark ermöglicht es, die Batterien tagsüber bei Sonnenschein aufzuladen und sich am späten Nachmittag, wenn der Energiebedarf typischerweise steigt, zu entladen.

SB Energys erste Installation von ESS Inc-Batterien in Davis, Kalifornien. SB Energy ist ein Investor von ESS und auch ein Kunde. Dies sind Batterien, die von SB Energy gekauft wurden.

Foto mit freundlicher Genehmigung von SB Energy

Ähnlich funktioniert es in einem Windpark. „Man kann mitten in der Nacht vier, acht, zehn Stunden Windkraftanlagen lagern und dann tagsüber nach Bedarf entladen“, sagte Hossfeld gegenüber CNBC. “Wir sehen ESS als eine wirklich gute Ergänzung zu diesem täglichen Wechsel zwischen Wind und Sonne.”

Das Energy Warehouse, das einzige ESS-Produkt, das es bisher gibt, hat die Größe eines Versandcontainers, 12 Meter lang und 2,40 Meter breit.

„Dieser Container fasst 500 Kilowattstunden Energie. Das ist ungefähr die Energie, die Sie benötigen würden, um 20 bis 30 Haushalte zu versorgen, je nachdem, wo Sie sich im Land befinden“, sagte McDermott gegenüber CNBC.

Vier ESS Inc-Batterien

Foto mit freundlicher Genehmigung von ESS Inc

ESS baut auch ein Produkt namens Energy Centers, das für Versorgungsunternehmen und unabhängige Stromerzeuger gedacht ist – zum Beispiel für Unternehmen, die große Solarparks besitzen, die diesen Strom dann an das Netz verkaufen.

Für diese Art von größeren Kunden wird ESS eine ähnliche Batterietechnologie verwenden, aber die Batteriemodule werden zusammen in einem Gebäude untergebracht. Die Kundentests werden voraussichtlich im Jahr 2022 beginnen.

Die große Herausforderung: Eine Iron-Flow-Batterie maßstabsgetreu zu bekommen

Obwohl eisenbasierte Batterien eine bekannte Technologie sind, bestand die große Herausforderung darin, sie skalieren zu lassen.

„Chemie auf Eisenbasis für Durchflussbatterien hat eine lange und geschichtsträchtige Geschichte, und das zu Recht, weil sie theoretisch einige der niedrigsten theoretischen Kosten haben. Auf dem Papier lassen sich diese Systeme recht gut skalieren“, sagte Dan Steingart, außerordentlicher Professor für chemische Metallurgie an der Columbia Universität.

Aber die Realität sieht ganz anders aus.

“Wir haben keine weit verbreitete Akzeptanz dieser Batterieklasse und ihrer Cousins ​​​​aufgrund von technischen Herausforderungen auf der letzten Meile gesehen, die in der Vergangenheit im Vergleich zu anderen verfügbaren Technologien zu inakzeptablen Kapital- und Betriebskosten geführt haben”, sagte Steingart gegenüber CNBC.

Flow-Batterien sind auf hochtechnische Pumpen und Membranen angewiesen. “Denken Sie an eine Niere, die sehr groß geschrieben wird und die ganze Zeit 10.000 Mal härter arbeitet, als sie muss”, sagte er. “Es war sehr schwierig, diese in der Praxis ohne nennenswerte Zusatzsysteme (die das System im Vorfeld teurer machen) oder Wartungsaufrufe (die die Betriebskosten erhöhen) zuverlässig funktionieren zu lassen.”

Steingart sagte jedoch, dass ESS „ausreichend Kapital“ beschafft habe, um Lösungen für diese Herausforderungen zu finden.

Außerdem sicherte sich ESS im September eine 10-jährige Batteriegarantie des Versicherungsriesen Munich Re, was „ein starkes Signal für ein positives Ergebnis ist“, sagte Steingart gegenüber CNBC.

Die Kosten sind ein weiteres Anliegen.

„Die Iron-Flow-Batterietechnologie sieht sehr vielversprechend aus, da sie sicher und umweltfreundlich ist, ungiftige Materialien verwendet, die in den USA bezogen werden können, und sich im Laufe der Zeit und über mehrere Zyklen nicht abbaut“, Jan Pepper, CEO von Peninsula Saubere Energie, sagte CNBC.

Peninsula Clean Energy, ein kommunaler Energiekäufer und offizieller Stromversorger für San Mateo County in Kalifornien, hat nicht direkt mit ESS zusammengearbeitet, versucht aber, bis 2025 rund um die Uhr wettbewerbsfähige 100 % erneuerbare Energie zu liefern dass die Energiespeicherung dazu beitragen wird, diese Ziele zu erreichen.

“Die aktuelle Herausforderung bei Eisenflussbatterien sind die Kosten”, sagte Pepper. “Wenn Unternehmen wie ESS die Kosten für ihre Technologie senken können, können sie und andere einen bedeutenden Beitrag zur Dekarbonisierung leisten und Organisationen wie Peninsula Clean Energy dabei unterstützen, unsere ehrgeizigen Ziele zu erreichen.”

Steingart sagte gegenüber CNBC: “Ein Ziel, das ich verwende, ist in meinem Labor für die langfristige Energiespeicherung: Die Batterie muss ungefähr den gleichen Preis wie Hundefutter pro Pfund kosten und mit geringem Eingriff ewig halten.”

Wenn ESS tun kann, was seine Investoren glauben, wäre “die erfolgreiche Umsetzung dieser Chemie ein bedeutender Meilenstein für die Energiespeicherung im Netzmaßstab”, sagte Steingart.

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