Vor einiger Zeit habe ich mich hier in der nnz mit der Frage beschäftigt, ob der Klimawandel zu beherrschen ist. Die pessimistische Schlussfolgerung damals: das wird wohl nichts. Der Mensch steht sich global selbst entgegen. Nun da das neue Jahr so jung nicht mehr ist soll dem optimistischen Blick einmal Raum gegeben werden. Denn vielleicht klappt es ja doch mit der Weltrettung. Der erste Blick gilt heute der Speicherfrage…


Die „Lichtblicke“ sind technologischer Natur und liegen zum Teil in greifbarer Nähe, zum Teil in einiger Entfernung und sollen hier in einer kurzen Übersicht dargestellt werden, die keinerlei Anspruch auf Vollständigkeit erhebt. Den Anfang macht…

Die Speicherfrage

Die Kernproblematik, die am besten vorgestern hätte beantwortet werden sollen, ist die der nachhaltigen Energieerzeugung. Im Grunde setzen wir heute noch auf die gleiche Technik, wie die ersten Menschen: wir verbrennen Dinge, um Energie und Wärme zu erzeugen.

Der Motor des 20. Jahrhunderts in Gestalt fossiler Brennstoffe wird, je nachdem wen man fragt, früher oder später ins Stottern geraten, um schließlich ganz abzusaufen. Das ist keine Kaffeesatzleserei, sondern logischer Zwang. Mit Photovoltaik und Windenergie gibt es zwar inzwischen zwei praktikable Alternativen zur Abbrennorgie der letzten hundert Jahre (und noch ein paar weitere, dazu ein andernmal mehr), doch die haben zwei offensichtliche Probleme. Das erste: keine Sonne, keine Solarenergie, kein Wind, keine Windenergie. Das zweite: die Energie ist nicht immer dann verfügbar, wenn sie gebraucht wird. Die Diskrepanz wird im englischen als „duck curve“, die „Enten-Kurve“ beschrieben, weil die Graphen zu Produktions- und Verbrauchsspitzen übereinander gelegt vage an das aquatische Federvieh erinnern. Kurz gesagt: wenn der individuelle Energiebedarf am größten ist, scheint die Sonne entweder gar nicht mehr oder hat ihre Idealposition lange verlassen und der Wind hält sich ebensowenig an unsere Spitzenlastzeit.

Die Lösung für das Problem wären praktikable Energiespeicher, die den Überschuss auffangen können und dann freigeben, wenn er gebraucht wird. Auch dann, wenn Sonne und Wind auf sich warten lassen. Derlei Energiespeicher gibt es bisher nur in sehr begrenztem Maße oder nur in bestimmten, geographisch günstigen Regionen, wie zum Beispiel mit Wasserkraft arbeitende Pumpspeicherkraftwerke.

Die Kraft der Physik
Das Prinzip des Pumpspeicherkraftswerks ist denkbar einfach: ist überschüssige Energie vorhanden, wird Wasser in ein Reservoir auf einer Anhöhe gepumpt. Wird wieder Energie benötigt, lässt man das Wasser in ein weiteres, niedrig gelegenes Reservoir hinab fließen und nutzt den Wasserfluss, um Turbinen anzutreiben und Strom zu erzeugen.

Ganz ähnlich dem Pumpspeicherkraftwerk würde auch ein „Gravitationsspeicher“ funktionieren. Überschüssige Energie wird genutzt, um Gewichte in die Höhe zu ziehen, wird Strom benötigt lässt man die Erdanziehung ihr Werk verrichten. Die Gravitation zieht das Gewicht hinab, aus der ruhenden Energie wird wieder kinetische Kraft, die eine Turbine antreibt und siehe da: Strom.

Derlei Anlagen ließen sich etwa in den Minenschächten aufgegebener Bergwerke installieren. Die gehen schonmal mehrere Kilometer in die Tiefe hinab und ein Teil der nötigen Infrastruktur, um Gewicht in die Tiefe und wieder hinauf zu befördern, ist in der Regel bereits vorhanden.

Ordentlich Druck machen
Die Hinterlassenschaften des Bergbaus ließen sich auch für andere Speichersysteme nutzen, etwa zur Lagerung von komprimiertem Wasserstoff. Der wird bei Energieüberschuss per Elektrolyse erzeugt und in Hochdruckspeichern gelagert. Das ist im Kern das Funktionsprinzip des Wasserstoffantriebs, die nötige Technik wird unter anderem direkt hier im Südharz entwickelt, bei der Firma Maximator. Die Herstellung von Wasserstoff gilt nicht eben als sonderlich effizient, ist aber gut skalierbar. Will man mehr als ein Fahrzeug antreiben und Strom für ein Haus oder einen ganzen Stadtteil liefern, braucht man vor allem größere Speicherkapazitäten und hier kämen natürliche Hohlräume oder alte Minen ins Spiel.

Möglichkeit Nummer zwei: „CAES“ oder „compressed air energy storage“. Diese Variante nutzt Druckluft als Zwischenspeicher, die ebenfalls in Hohlräume gepumpt werden kann. Wird Energie benötigt wird die gespeicherte Luft erwärmt, wodurch sie expandiert und eine Turbine antreiben kann. Der Nachteil: für die Erwärmung muss Gas zugeführt werden, womit man nicht ganz ohne fossilen Brennstoff auskommt. Der erste Druckluftspeicher ging bereits Ende der 1970er Jahre bei Huntorf in Deutschland ans Netz. Aktuell wird an alternativen Aufbauten geforscht, die im Kern dasselbe Prinzip nutzen aber ohne die Erwärmung durch Gas auskommen. Bei Staßfurt in Sachsen-Anhalt sollte ein „Adiabater Druckluftspeicher“ entstehen, der Energiekonzern RWE stellte das Projekt jedoch 2015 „mangels konkreter Marktperspektive“ ein. Großtechnische Speicher würden sich erst dann lohnen, wenn der Anteil der erneuerbaren Energie auf 50 bis 60 Prozent angewachsen sei, erklärte das Unternehmen damals.

Die Batterie
Einen Markt für Großspeicher scheint man anderswo bereits zu sehen und damit auch noch Erfolg zu haben. Die Firma Tesla erbaute 2017 in Australien in nur zwei Monaten den größten Akku der Welt aus zusammengeschalteten Lithium-Ionen Batterien. Die Akku-Park wird durch die Firma „Neoen“ betrieben und unter anderem von der „Hornsdale Wind Farm“ gespeist, sie kann 129 MW/h speichern, soll mindestens 15 Jahre laufen und hat laut Neoen die Marktpreise für die Regelleistung in der Region seit Inbetriebnahme deutlich nach unten gedrückt.

Die gern gescholtene Lithium-Ionen Technik hat im letzten Jahrzehnt enorme Sprünge gemacht, sowohl in Speicherkapazität und Leistung wie auch beim Preis. Vom Handy über den Laptop, den Fotoapparat bis zum Elektroauto treiben Lithium-Ionen Batterie jede Menge moderne Technik, die aus dem Alltag kaum noch wegzudenken ist. Als Energiespeicher im industriellen Maßstab rücken die Akkus nun auch zunehmend in den Fokus, nicht zuletzt weil anzunehmen ist, dass ihre Nutzung eher zu- als abnehmen wird. Anders ausgedrückt: auf uns kommen jede Menge Akkus zu, die ihrem ursprünglichen Zweck nicht mehr effizient dienen können. Ihre Speicherfähigkeit hat die Batterie da aber noch lange nicht verloren. Zusammengeschlossen können die Akkus als Netzspeicher noch einige Jahre weiter Dienst tun, bevor sie das Ende ihres „Lebens“ erreicht haben.

Eine andere Möglichkeit Batterietechnik als Großspeicher zu nutzen, könnte die „Redux-Flussbatterie“ sein. Energie wird hier in flüssigen, chemischen Verbindungen gespeichert. Die nötigen Elektrolyte werden in zwei getrennten Tanks aufbewahrt zwischen die eine galvanische Zelle geschaltet wird, die wiederum durch eine Membran getrennt wird, an der die eigentliche Reaktion stattfindet. Der Vorteil liegt auch hier in der Skalierbarkeit: soll mehr Energie aufgenommen werden braucht man, vereinfacht gesagt, vor allem größere Tanks.

Und dann wären da noch die Verheißungen der Feststoffbatterie, doch die sind ein Thema für sich, das im einzelnen beleuchtet werden sollte. Fakt ist: die Forschung rund um die Speicherfrage ist in vollem Gange. Neben den hier aufgeführten Möglichkeiten gibt es noch eine ganze Palette an weiteren Ideen die vom Rotationspeicher bis zum kryogenen Energiespeicher reichen.

Egal, wie die beste Lösung am Ende aussieht: wahrscheinlich wird man, wie für so ziemlich jede technische Lösung, natürliche Ressourcen brauchen, um sie großflächig einsetzen zu können. Da die nicht unendlich vorhanden sind, muss die zweite große Frage lauten: wieviele unserer Rohstoffe können wir effektiv recyceln?
Angelo Glashagel