Donald Sadoway: The missing link to renewable energy

Donald Sadoway: Erneuerbare Energien: Das fehlende Glied

Übersetzung: Jo Pi Lektorat: Sarah Gloeckner

The electricity powering the lights in this theater

Der Strom für das Licht in diesem Saal

was generated just moments ago.

wurde erst vor wenigen Momenten erzeugt.

Because the way things stand today,

Denn nach heutigen Bedingungen

electricity demand must be in constant balance

müssen beim Strom Nachfrage und Erzeugung

with electricity supply.

stets ausgewogen sein.

If in the time that it took me to walk out here on this stage,

Wären in der Zeit, in der ich über diese Bühne ging,

some tens of megawatts of wind power

einige zig Megawatt Windenergie

stopped pouring into the grid,

plötzlich nicht mehr ins Netz geflossen,

the difference would have to be made up

dann hätte die Differenz sofort

from other generators immediately.

von anderen Generatoren wettgemacht werden müssen.

But coal plants, nuclear plants

Aber Kohle- oder Kernkraftwerke

can't respond fast enough.

können nicht schnell genug reagieren.

A giant battery could.

Eine riesige Batterie könnte das schon.

With a giant battery,

Mit einer riesigen Batterie

we'd be able to address the problem of intermittency

könnten wir dem Problem der Unterbrechung begegnen,

that prevents wind and solar

das verhindert, dass Wind- und Solarenergie

from contributing to the grid

das Netz heute im gleichen Ausmaß wie

in the same way that coal, gas and nuclear do today.

Kohle, Gas und Atomkraft speisen.

You see, the battery

Die Batterie ist

is the key enabling device here.

dabei der Schlüsselfaktor.

With it, we could draw electricity from the sun

Mit ihr könnten wir selbst dann Solarenergie nutzen,

even when the sun doesn't shine.

wenn die Sonne nicht scheint.

And that changes everything.

Und das ändert alles.

Because then renewables

Denn dann spielen erneuerbare Energien

such as wind and solar

wie Wind- und Solarenergie

come out from the wings,

keine Nebenrollen mehr,

here to center stage.

sondern werden zum Hauptdarsteller.

Today I want to tell you about such a device.

Heute möchte ich Ihnen von so einem Schlüsselfaktor erzählen.

It's called the liquid metal battery.

Die Flüssigmetallbatterie.

It's a new form of energy storage

Sie speichert Energie auf eine neue Art.

that I invented at MIT

Ich habe sie am MIT

along with a team of my students

zusammen mit einigen meiner Studenten

and post-docs.

und Post-Docs entwickelt.

Now the theme of this year's TED Conference is Full Spectrum.

Der Titel der diesjährigen TED-Konferenz heißt "Volles Spektrum".

The OED defines spectrum

Der Oxford English Dictionary definiert "Spektrum"

as "The entire range of wavelengths

als "die gesamte Bandbreite von Wellenlängen

of electromagnetic radiation,

von elektromagnetischer Strahlung

from the longest radio waves to the shortest gamma rays

von den längsten Radiowellen zu den kürzesten Gammastrahlen,

of which the range of visible light

wovon die Bandbreite des sichtbaren Lichts

is only a small part."

nur ein kleiner Teil ist."

So I'm not here today only to tell you

Heute möchte ich Ihnen nicht nur erzählen,

how my team at MIT has drawn out of nature

wie mein Team am MIT aus der Natur

a solution to one of the world's great problems.

eine Lösung für eines der größten Probleme der Welt entwickelt hat.

I want to go full spectrum and tell you how,

Im Sinne eines vollen Spektrums möchte ich Ihnen sagen,

in the process of developing

wie wir bei der Entwicklung

this new technology,

dieser neuen Technologie

we've uncovered some surprising heterodoxies

auf einige überraschende Heterodoxien gestoßen sind,

that can serve as lessons for innovation,

aus denen wir etwas über Innovation

ideas worth spreading.

und wertvolle Ideen lernen können.

And you know,

Und wissen Sie,

if we're going to get this country out of its current energy situation,

wenn wir dieses Land aus seiner derzeiten Energiesituation befreien wollen,

we can't just conserve our way out;

dann erreichen wir das nicht mit bloßem Stromsparen,

we can't just drill our way out;

Ölbohrungen,

we can't bomb our way out.

oder Bomben.

We're going to do it the old-fashioned American way,

Wir werden es auf die altmodische amerikanische Art machen,

we're going to invent our way out,

wir werden den Ausweg erfinden,

working together.

indem wir zusammenarbeiten.

(Applause)

(Applaus)

Now let's get started.

Fangen wir also an.

The battery was invented about 200 years ago

Die Batterie wurde vor ca. 200 Jahren

by a professor, Alessandro Volta,

von einem Professor, Alessandro Volta,

at the University of Padua in Italy.

an der Universität Padua in Italien erfunden.

His invention gave birth to a new field of science,

Dank seiner Erfindung entstand

electrochemistry,

ein neues Wissenschaftsfeld – die Elektrochemie –

and new technologies

und neue Technologien

such as electroplating.

wie Galvanik.

Perhaps overlooked,

Ein vielleicht vernachlässigter Aspekt war,

Volta's invention of the battery

dass Voltas Erfindung der Batterie

for the first time also

zum ersten Mal auch

demonstrated the utility of a professor.

die Nützlichkeit eines Professors demonstrierte.

(Laughter)

(Lachen)

Until Volta, nobody could imagine

Vor Volta konnte sich niemand vorstellen,

a professor could be of any use.

dass ein Professor zu etwas gut sein könne.

Here's the first battery --

Das ist die erste Batterie –

a stack of coins, zinc and silver,

ein Stapel Münzen, Zink und Silber, getrennt durch einen,

separated by cardboard soaked in brine.

in einer Salzlösung getränkten Karton.

This is the starting point

Das ist der Ausgangspunkt

for designing a battery --

für die Entwicklung einer Batterie –

two electrodes,

zwei Elektroden,

in this case metals of different composition,

in diesem Fall verschiedene Metalle,

and an electrolyte,

und ein Elektrolyt,

in this case salt dissolved in water.

in diesem Fall in Wasser gelöstes Salz.

The science is that simple.

So einfach ist die Wissenschaft.

Admittedly, I've left out a few details.

Zugegebenermaßen habe ich ein paar Details weggelassen.

Now I've taught you

Jetzt habe ich Ihnen erklärt,

that battery science is straightforward

dass die Wissenschaft hiner einer Batterie simpel ist

and the need for grid-level storage

und dass eine Netzspeicherung

is compelling,

zwingend erforderlich wäre.

but the fact is

Tatsache ist aber,

that today there is simply no battery technology

dass es heute einfach keine Batterietechnologie gibt,

capable of meeting

die in der Lage ist,

the demanding performance requirements of the grid --

die Leistungsanforderungen eines Stromnetzes zu erfüllen –

namely uncommonly high power,

und zwar Hochleistung,

long service lifetime

lange Lebensdauer

and super-low cost.

zu einem supergünstigen Preis.

We need to think about the problem differently.

Wir müssen das Problem anders betrachten.

We need to think big,

Wir müssen in großen Dimensionen denken

we need to think cheap.

und billig bleiben.

So let's abandon the paradigm

Geben wir also das Paradigma auf,

of let's search for the coolest chemistry

nach der coolsten Chemie zu suchen,

and then hopefully we'll chase down the cost curve

um dann hoffentlich die Kosten senken zu können,

by just making lots and lots of product.

indem wir massenweise produzieren.

Instead, let's invent

Erfinden wir stattdessen etwas,

to the price point of the electricity market.

das zum Kostenpunkt des Strommarktes passt.

So that means

Das bedeutet also,

that certain parts of the periodic table

dass gewisse Bereiche des Periodensystems

are axiomatically off-limits.

automatisch ausscheiden.

This battery needs to be made

Diese Batterie muss aus Elementen bestehen,

out of earth-abundant elements.

die reichlich vorhanden sind.

I say, if you want to make something dirt cheap,

Ich sage, wenn etwas so billig wie Schrott sein soll,

make it out of dirt --

macht man es am besten aus Schrott.

(Laughter)

(Lachen)

preferably dirt

Und vorzugsweise Schrott,

that's locally sourced.

den man vor Ort bekommt.

And we need to be able to build this thing

Und dieses Ding müssen wir

using simple manufacturing techniques and factories

mit einfachen Techniken und

that don't cost us a fortune.

in preiswerten Fabriken herstellen können.

So about six years ago,

Vor ungefähr 6 Jahren

I started thinking about this problem.

begann ich, darüber nachzudenken.

And in order to adopt a fresh perspective,

Um einen anderen Blick dafür zu bekommen,

I sought inspiration from beyond the field of electricity storage.

suchte ich nach Anregungen aus einem anderen Bereich.

In fact, I looked to a technology

Ich sah mir eine Technologie an,

that neither stores nor generates electricity,

die Strom weder speichert noch erzeugt,

but instead consumes electricity,

sondern stattdessen

huge amounts of it.

große Mengen Strom verbraucht.

I'm talking about the production of aluminum.

Ich spreche von der Aluminiumherstellung.

The process was invented in 1886

Der Vorgang wurde 1886 erfunden,

by a couple of 22-year-olds --

von ein paar 22-jährigen –

Hall in the United States and Heroult in France.

Hall in den USA und Heroult in Frankreich.

And just a few short years following their discovery,

Nur ein paar Jahre nach ihrer Entdeckung

aluminum changed

hatte Aluminium den Sprung

from a precious metal costing as much as silver

von einem teuren Metall, das soviel kostete wie Silber,

to a common structural material.

zu einem allgegenwärtigen Strukturmaterial vollzogen.

You're looking at the cell house of a modern aluminum smelter.

Sie sehen gerade das Gehäuse einer modernen Aluminiumschmelzerei.

It's about 50 feet wide

Es ist ca. 15 m breit

and recedes about half a mile --

und etwa 800 m lang –

row after row of cells

eine Reihe Zellen nach der anderen,

that, inside, resemble Volta's battery,

die innen Voltas Batterie ähnlich sehen,

with three important differences.

aber mit drei wichtigen Unterschieden.

Volta's battery works at room temperature.

Voltas Batterie funktioniert bei Zimmertemperatur.

It's fitted with solid electrodes

Sie ist mit festen Elektroden

and an electrolyte that's a solution of salt and water.

und einer Wasser-Salz-Lösung als Elektrolyt ausgestattet.

The Hall-Heroult cell

Die Hall-Heroult-Zelle

operates at high temperature,

arbeitet bei hoher Temperatur,

a temperature high enough

hoch genug,

that the aluminum metal product is liquid.

dass das Aluminiummetallprodukt flüssig ist.

The electrolyte

Das Elektrolyt

is not a solution of salt and water,

ist nicht eine Wasser-Salz-Lösung,

but rather salt that's melted.

sondern eher geschmolzenes Salz.

It's this combination of liquid metal,

Diese Kombination aus flüssigem Metall,

molten salt and high temperature

geschmolzenem Salz und hoher Temperatur

that allows us to send high current through this thing.

erlaubt es uns, Hochstrom durchzuschicken.

Today, we can produce virgin metal from ore

Heute können wir Neumetall aus Erz gewinnen,

at a cost of less than 50 cents a pound.

und ein halbes Kilo kostet weniger als 50 Cent.

That's the economic miracle

Das ist das Wirtschaftswunder

of modern electrometallurgy.

der modernen Elektrometallurgie.

It is this that caught and held my attention

Genau dieser Aspekt hat mich so fasziniert,

to the point that I became obsessed with inventing a battery

dass ich unbedingt eine Batterie erfinden wollte,

that could capture this gigantic economy of scale.

die diese gigantischen Größenvorteile nutzen könnte.

And I did.

Und das tat ich auch.

I made the battery all liquid --

Ich machte die Batterie flüssig –

liquid metals for both electrodes

flüssige Metalle für beide Elektroden

and a molten salt for the electrolyte.

und geschmolzenes Salz für als Elektrolyt.

I'll show you how.

Ich zeige Ihnen, wie.

So I put low-density

Ich brachte ein Flüssigmetall

liquid metal at the top,

mit geringer Dichte oben an,

put a high-density liquid metal at the bottom,

ein Flüssigmetall mit hoher Dichte unten,

and molten salt in between.

und geschmolzenes Salz dazwischen.

So now,

Und jetzt,

how to choose the metals?

welche Metalle nehme ich?

For me, the design exercise

Die Planung

always begins here

beginnt für mich immer hier:

with the periodic table,

mit dem Periodensystem,

enunciated by another professor,

festgehalten von einem anderen Professor,

Dimitri Mendeleyev.

Dmitri Mendeleyew.

Everything we know

Alles um uns herum

is made of some combination

besteht aus einer Kombination

of what you see depicted here.

von dem, was Sie hier sehen,

And that includes our own bodies.

inklusive unserer eigenen Körper.

I recall the very moment one day

Ich erinnere mich genau an den Moment,

when I was searching for a pair of metals

als ich nach zwei Metallen suchte,

that would meet the constraints

die die Auflagen von

of earth abundance,

reichlichem Vorkommen,

different, opposite density

verschiedener, entgegensetzter Dichte,

and high mutual reactivity.

und hoher gegenseitiger Reaktionsfähigkeit erfüllten.

I felt the thrill of realization

Ich spürte einen Kick,

when I knew I'd come upon the answer.

als ich wusste, dass ich die Antwort hatte:

Magnesium for the top layer.

Magnesium oben.

And antimony

Und Antimon

for the bottom layer.

unten.

You know, I've got to tell you,

Ich muss Ihnen sagen,

one of the greatest benefits of being a professor:

einer, der größten Vorzüge als Professor ist:

colored chalk.

farbige Kreide.

(Laughter)

(Lachen)

So to produce current,

Zur Stromerzeugung

magnesium loses two electrons

verliert Magnesium zwei Elektronen

to become magnesium ion,

wird zu Magnesiumion,

which then migrates across the electrolyte,

wandert durch den Elektrolyt,

accepts two electrons from the antimony,

nimmt zwei Antimon-Elektronen an,

and then mixes with it to form an alloy.

und verbindet sich damit zu einer Legierung.

The electrons go to work

Die Elektronen machen sich an die Arbeit

in the real world out here,

in der realen Welt hier

powering our devices.

und versorgen unsere Geräte mit Strom.

Now to charge the battery,

Um die Batterie zu laden,

we connect a source of electricity.

schließen wir eine Stromquelle an.

It could be something like a wind farm.

Das könnte ein Windpark sein.

And then we reverse the current.

Dann kehren wir den Strom um.

And this forces magnesium to de-alloy

Das zwingt das Magnesium dazu, sich zu lösen,

and return to the upper electrode,

zur oberen Elektrode zurückzukehren

restoring the initial constitution of the battery.

und die ursprüngliche Struktur der Batterie wieder herzustellen.

And the current passing between the electrodes

Der Strom zwischen den Elektroden

generates enough heat to keep it at temperature.

erzeugt genug Hitze, um die Temperatur zu halten.

It's pretty cool,

Das ist echt cool,

at least in theory.

zumindest theoretisch.

But does it really work?

Aber funktioniert es auch?

So what to do next?

Was ist nun der nächste Schritt?

We go to the laboratory.

Wir gehen ins Labor.

Now do I hire seasoned professionals?

Beauftrage ich erfahrene Profis?

No, I hire a student

Nein, ich nehme einen Studenten

and mentor him,

und betreue ihn,

teach him how to think about the problem,

zeige ihm, wie er das Problem betrachten

to see it from my perspective

und von meiner Perspektive aus sehen soll.

and then turn him loose.

Dann lasse ich ihn von der Leine.

This is that student, David Bradwell,

Das ist der Student, David Bradwell,

who, in this image,

der sich hier auf diesem Bild

appears to be wondering if this thing will ever work.

zu fragen scheint, ob das Ding je funktionieren wird.

What I didn't tell David at the time

Was ich David damals nicht gesagt habe,

was I myself wasn't convinced it would work.

war, dass ich selber nicht überzeugt war.

But David's young and he's smart

Aber David ist jung und clever

and he wants a Ph.D.,

und er will eine Doktoranden-Stelle,

and he proceeds to build --

und so baut er –

(Laughter)

(Lachen)

He proceeds to build

Er baut dann

the first ever liquid metal battery

die allererste Flüssigmetallbatterie

of this chemistry.

mit dieser chemischen Zusammensetzung.

And based on David's initial promising results,

Aufbauend auf Davids ersten, vielversprechenden Ergebnissen,

which were paid

die mit

with seed funds at MIT,

Startkapital des MIT finanziert wurden,

I was able to attract major research funding

konnte ich größere Forschungsmittel

from the private sector

aus dem Privatsektor

and the federal government.

und von der US-Regierung auftreiben.

And that allowed me to expand my group to 20 people,

So konnte ich meine Gruppe auf 20 Leute ausbauen,

a mix of graduate students, post-docs

bestehend aus MA-Studenten, Post-Docs,

and even some undergraduates.

und sogar einigen BA-Studenten.

And I was able to attract really, really good people,

Ich konnte richtig gute Leute begeistern,

people who share my passion

die meine Leidenschaft

for science and service to society,

für Wissenschaft und den Dienst an der Gesellschaft teilten,

not science and service for career building.

nicht Wissenschaft und den Dienst an der Karriere.

And if you ask these people

Wenn Sie diese Leute fragen,

why they work on liquid metal battery,

warum sie an einer Flüssigmetallbatterie arbeiten,

their answer would hearken back

dann würden ihre Antworten

to President Kennedy's remarks

an Präsident Kennedys Bemerkungen erinnern,

at Rice University in 1962

als er 1962 die Rice-Universität besuchte.

when he said -- and I'm taking liberties here --

Er sagte – und da genehmige ich mir ein paar Freiheiten –

"We choose to work on grid-level storage,

"Wir arbeiten an der Netzspeicherung,

not because it is easy,

nicht weil es leicht ist,

but because it is hard."

sondern weil es schwierig ist."

(Applause)

(Applaus)

So this is the evolution of the liquid metal battery.

Nun zur Entwicklung der Flüssigmetallbatterie.

We start here with our workhorse one watt-hour cell.

Wir beginnen hier mit unserer 1-Wattstunden-Zelle.

I called it the shotglass.

Ich nannte sie das Schnapsglas.

We've operated over 400 of these,

Wir haben mit über 400 davon gearbeitet

perfecting their performance with a plurality of chemistries --

und ihre Leistung mit vielen Chemikalien perfektioniert,

not just magnesium and antimony.

nicht nur Magnesium und Animon.

Along the way we scaled up to the 20 watt-hour cell.

Nach einiger Zeit sind wir bei der 20-Wattstunden-Zelle angekommen.

I call it the hockey puck.

Die nannte ich den Hockey-Puck.

And we got the same remarkable results.

Und wir erzielten die gleichen bemerkenswerten Ergebnisse.

And then it was onto the saucer.

Dann kamen wir zur Untertasse.

That's 200 watt-hours.

Das sind 200 Wattstunden.

The technology was proving itself

Die Technologie erwies sich

to be robust and scalable.

als robust und vergrößerbar.

But the pace wasn't fast enough for us.

Aber es ging uns nicht schnell genug.

So a year and a half ago,

Vor 1,5 Jahren also

David and I,

haben David und ich

along with another research staff-member,

gemeinsam mit einem weiteren Teammitglied

formed a company

eine Firma gegründet,

to accelerate the rate of progress

um unsere Fortschritte zu beschleunigen

and the race to manufacture product.

und schneller ein Produkt herstellen zu können.

So today at LMBC,

Heute bauen wir in der LMBC

we're building cells 16 inches in diameter

Zellen mit einem Durchmesser von ca. 40 cm,

with a capacity of one kilowatt-hour --

mit einer Kapazität von 1 Kilowattstunde –

1,000 times the capacity

das ist das 1000-fache der Kapazität

of that initial shotglass cell.

des anfänglichen Schnapsglases.

We call that the pizza.

Wir nennen sie die Pizza.

And then we've got a four kilowatt-hour cell on the horizon.

Im Moment arbeiten wir an einer 4-Kilowattstunden-Zelle.

It's going to be 36 inches in diameter.

Sie wird ca. 91 cm Durchmesser haben.

We call that the bistro table,

Wir nennen sie den Bistro-Tisch.

but it's not ready yet for prime-time viewing.

Noch ist sie nicht präsentierbar im Hauptabendprogramm.

And one variant of the technology

Bei einer Variante dieser Technologie

has us stacking these bistro tabletops into modules,

stapeln wir die Bistro-Tischflächen zu Modulen auf,

aggregating the modules into a giant battery

fassen die Module in einer Riesenbatterie zusammen,

that fits in a 40-foot shipping container

die in einen ca. 12 m großen Schiffscontainer passt

for placement in the field.

und in der Praxis getestet werden soll.

And this has a nameplate capacity of two megawatt-hours --

Sie verfügt über eine Kapazität von 2 Megawattstunden –

two million watt-hours.

2 Mio. Wattstunden.

That's enough energy

Das ist genug Strom,

to meet the daily electrical needs

um den Tagesbedarf

of 200 American households.

von 200 amerikanischen Haushalten zu decken.

So here you have it, grid-level storage:

Hier haben Sie also Netzspeicherung:

silent, emissions-free,

leise, ohne Emissionen,

no moving parts,

keine sich bewegenden Teile,

remotely controlled,

ferngesteuert,

designed to the market price point

marktpreisgerecht,

without subsidy.

ohne Subventionen.

So what have we learned from all this?

Was haben wir also aus all dem gelernt?

(Applause)

(Applaus)

So what have we learned from all this?

Was haben wir also aus all dem gelernt?

Let me share with you

Ich möchte Ihnen von

some of the surprises, the heterodoxies.

einigen Überraschungen, den Heterodoxien, erzählen.

They lie beyond the visible.

Sie sind nicht offensichtlich.

Temperature:

Temperatur:

Conventional wisdom says set it low,

Nach klassischer Auffassung hält man sie niedrig,

at or near room temperature,

bei oder nahe Zimmertemperatur,

and then install a control system to keep it there.

und installiert dann ein Kontrollsystem, um sie da zu halten.

Avoid thermal runaway.

Rapiden Temperaturanstieg soll man vermeiden.

Liquid metal battery is designed to operate at elevated temperature

Die Flüssigmetallbatterie arbeitet bei hoher Temperatur

with minimum regulation.

mit minimaler Regulierung.

Our battery can handle the very high temperature rises

Unsere Batterie kann den sehr hohen Temperaturanstieg

that come from current surges.

von Stromstößen aushalten.

Scaling: Conventional wisdom says

Größenordnung: Nach klassischer Auffassung

reduce cost by producing many.

senkt man die Kosten durch eine hohe Produktionsmenge.

Liquid metal battery is designed to reduce cost

Die Flüssigmetallbatterie senkt Kosten,

by producing fewer, but they'll be larger.

wenn man weniger Stückzahlen produziert, die aber größer sind.

And finally, human resources:

Und schließlich das Personal:

Conventional wisdom says

Nach klassischer Auffassung

hire battery experts,

stellt man Batterieexperten an,

seasoned professionals,

erfahrene Profis,

who can draw upon their vast experience and knowledge.

die auf ihre große Erfahrung und ihr Wissen zurückgreifen können.

To develop liquid metal battery,

Zur Entwicklung einer Flüssigmetallbatterie

I hired students and post-docs and mentored them.

stellte ich Studenten und Post-Docs an und betreute sie.

In a battery,

Bei einer Batterie

I strive to maximize electrical potential;

versuche ich, das elektrische Potential zu maximieren.

when mentoring,

Bei der Betreuung

I strive to maximize human potential.

versuche ich, das menschliche Potential zu maximieren.

So you see,

Sie sehen also

the liquid metal battery story

bei der Geschichte der Flüssigmetallbatterie

is more than an account

geht es nicht nur

of inventing technology,

um eine technologische Erfindung.

it's a blueprint

Sie ist eine Mustervorlage

for inventing inventors, full-spectrum.

zum Erfinden von Erfindern, mit vollem Spektrum.

(Applause)

(Applaus)