Damit die Energiewende «die Kurve kriegt», sind Speicherlösungen ein Muss

Europa befindet sich im Energieumbruch: Der Kurswechsel weg von den fossilen Brennstoffen stellt die Energieversorgung auf den Prüfstand. Der Ruf nach Stromspeichern und leistungsfähigen Netzen wird dementsprechend lauter, doch deren Realisierung ist komplex. Forschung, Entwicklung und Technologietransfer könnten die Lösung darstellen.

Die letzten Jahre haben schonungslos aufgezeigt, wie verletzlich die Energieversorgung Europas ist: In Frankreich standen mehrere Kernkraftwerke still, Deutschland nahm sein letztes vom Netz. Dem Erdgas aus Russland wurde der Hahn zugedreht und erst vor wenigen Wochen ist in Spanien das Stromnetz zusammengebrochen. Alle diese Faktoren nähren die Skepsis, die sich bei vielen hinsichtlich der Energiezukunft breit macht. Auch die Schweiz sieht vor, langfristig auf fossile Energien und Atomstrom weitgehend zu verzichten. Gleichzeitig wird der Strombedarf massiv wachsen, weil Fahrzeuge zunehmend elektrisch angetrieben und Häuser mit Wärmepumpen geheizt werden. Die dadurch entstehende Lücke soll im Wesentlichen Strom aus Photovoltaikanlagen (PV) sowie Windkraft füllen. Beim Windstrom wird die Schweiz allerdings aufs Ausland angewiesen sein, weil das Potenzial im eigenen Land beschränkt ist und die Projekte enormen «Gegenwind» spüren. Klar ist: Da die Stromproduktion aus Wind- und Sonnenenergie höchst variabel ausfällt und die wirtschaftlichen Potenziale in Europa sehr unterschiedlich verteilt sind, brauchen wir für die Integration dieser Energiequellen in die Stromversorgung Stromspeicher und leistungsfähige Stromnetze.

Speicherung mit Wasserkraft, Batterien und Wasserstoff

Um mehr Stabilität ins Stromnetz zu bekommen und drohende Versorgungsschwankungen auszugleichen, werden Energiespeicherlösungen unerlässlich sein. Als Speicher für den kurzfristigen Tag-Nacht-Ausgleich dürften gemäss Fachleuten stationäre Batterieanlagen sowie mobile Batterien in Elektroautos eine zunehmende Bedeutung erhalten. Doch um die hohen Produktionsüberschüsse durch PV-Anlagen in den Sommermonaten zu verwerten, sind Batterien wohl auch noch langfristig viel zu teuer – hier sind andere Lösungen gefragt. Die bewährte Variante der Speicherung von Energie in den Stauseen der hiesigen Wasserkraftwerke stellt zwar noch immer die günstigste Variante dar, der Ausbau stösst aber häufig auf Widerstand. Somit helfen die Projekte der alpinen Wasserkraftwerke, das Energiemanko im Winter zu verringern. Sie sind aber nicht die langfristige Lösung des Problems für die Schweiz.

Die Technologien für die Energiewende benötigen angewandte Forschung und Entwicklung.

Mit elektrischer Energie lässt sich allerdings relativ einfach über den Prozess der Elektrolyse Wasserstoff erzeugen. Dieser lässt sich gasförmig oder in flüssiger Form (bei minus 253° C) oder als Derivat, z. B. in Form von Ammoniak, aufbewahren und transportieren. Mithilfe einer Brennstoffzelle kann die im Wasserstoff gespeicherte Energie dann in Fahrzeugen oder in Kraftwerken wieder in Strom und Wärme umgewandelt werden.

Hohe Verlustraten

Während die Speicherverluste bei modernen Lithium-Ionen-Batterien relativ gering sind, ist der Pfad der Energiespeicherung über Wasserstoff sehr verlustreich. Je nach eingesetzter Technologie für Wandler und Speicherung kann die «Stromeffizienz» bis auf ein Drittel (33 Prozent) sinken. Das bedeutet, dass bis zu zwei Drittel der für die Elektrolyse eingesetzten elektrischen Energie leider in schlecht nutzbare Wärme transformiert wird.

Die energetische, aber auch die wirtschaftliche Effizienz der zukünftigen Energieversorgung lässt sich also erhöhen, wenn man den Speicherbedarf möglichst tief hält. Dies kann erreicht werden, indem die fluktuierende Erzeugung aus Wind und Sonne möglichst grossräumig kombiniert wird und sich die gesamte Erzeugung länderübergreifend ausgleicht. Hierfür sind leistungsfähige Stromtrassen quer durch Europa erforderlich. So kann die Windenergie im Winter aus Norddeutschland hierzulande dabei helfen, die Energielücke der Schweiz in der kalten Jahreszeit zu verringern. Auch wären durch den Ausbau des europaweiten Stromnetzes die steigenden Sommerüberschüsse der Schweiz in ganz Europa absetzbar. Allerdings ist anzunehmen, dass alle Nachbarn im Sommer ebenfalls mit genügend eigenem Solarstrom ausgestattet sein werden.

Angewandte Forschung und Entwicklung essenziell

Die Technologien für die Energiewende benötigen angewandte Forschung und Entwicklung. Der Staat fördert über seine Forschungsprogramme die Hochschulen, die im Rahmen von innovativen Projekten gemeinsam mit der Wirtschaft praxistaugliche Ansätze und Lösungen entwickeln. Dadurch ist es den Hochschulen möglich, die notwendige Forschungsinfrastruktur aufzubauen – und zu unterhalten. Auch das Feld der Aus- und Weiterbildung erlangt im Kontext der Energiewende neue Relevanz: Der Umgang mit der schwankenden Stromproduktion in Windkraft- und PV-Anlagen und den neuen Stromspeichern (Batterien, Wasserstoffsysteme) erfordert Kompetenzen, die im «Ölzeitalter» noch kaum gefragt waren. Es geht darum, die verschiedenen Systeme, ihre Einsatzgebiete sowie ihre Vor- und Nachteile untersuchen zu können. Zudem müssen Strategien entwickelt werden, mit denen nachhaltige Energiesysteme erfolgreich in einem Unternehmen oder einer Verwaltung eingeführt werden können. Dies lässt sich am besten durch die Zusammenarbeit von Industrie und Akademie im Bereich der Aus- und Weiterbildung erreichen.