Die Herausforderungen des Klimawandels in Bezug auf die Energieproduktion werden uns noch lange beschäftigen. Zum einen muss ausreichend erneuerbare Energie erzeugt werden. Zum anderen muss der Ökostrom auch zur Verfügung stehen, wenn die Sonne nicht scheint und der Wind nicht weht. Zur Überbrückung stehen diverse Energiespeichertechnologien zur Diskussion.
Um die Wende zu meistern, ist ein Ausbau der nachhaltigen Energieproduktion unumgänglich. Bei Sonnen- und Windenergie präsentiert sich allerdings das Problem, dass diese abhängig von Wetter und Jahreszeit sind. So ergibt sich die Situation, dass Produktion und Bedarf auseinanderdriften. Um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten, müssen Wege gefunden werden, Produktionsüberschüsse für Zeiten von Strommangel zu speichern. Direkte Energiespeicher wie Kondensatoren oder Spulen können allerdings nur kleine Menge speichern, weshalb auf indirekte Speicher zurückgegriffen wird: Elektrische Energie wird in eine andere Form umgewandelt und zwischengespeichert, um sie bei Bedarf wieder als Strom freizugeben. Einige Beispiele vielversprechender Brückentechnologien.
Batterie
Bei Energiespeicherung denkt man vornehmlich an Batterien, die die Energie chemisch speichern. Batterien und Akkus sind zwar hinlänglich getestet und einsatzbereit, sind aber für grössere Energiemengen weniger geeignet. Hinzu kommen ein vergleichsweise hoher Kostenpunkt sowie Umweltbelastungen durch Produktion und Transport. Im kleineren Rahmen eines Eigenheims können sie durchaus nachhaltig und wirtschaftlich betrieben werden, insbesondere wenn alte E-Auto-Batterien eine zweite Verwendung finden. Die Initiative «Battery 2030+» hat zum Ziel, den Sektor ökologisch, wirtschaftlich und sozial nachhaltiger zu gestalten, indem Batterien in Europa mit weniger Ressourcen hergestellt werden und sie gleichzeitig effizienter und kreislauffähig funktionieren.
Carnot-Batterie
Ein anderer Ansatz, aber nach ähnlichem Prinzip, stellt die Carnot-Batterie dar. Diese macht sich die Thermodynamik zunutze, um Energie nicht chemisch, sondern in Form von Wärme zu speichern. Denn diese lässt sich in unproblematischeren und preiswerteren Medien speichern, als sie in Lithium-Ionen-Batterien zu finden sind. Mögliche Speichermedien sind Wasser, Flüssigsalz, Gestein oder Flüssigmetalle. Im Falle eines Produktionsengpasses wird die Wärme per Generator wieder in Strom umgewandelt. Insbesondere wärmepumpenbasierte Carnot-Batterien scheinen vielversprechend für den Industriebereich. Jene Konzepte mit Medien wie Salze oder Keramik sowie Hochtemperatur-Wärmepumpen befinden sich hingegen noch in der Erforschungsphase.
Moiry-Stausee. iStockPhoto/Nicolas Bocchino
Pumpspeicherkraftwerke
Altbekannte Beispiel der indirekten Energiespeicherung sind die Pumpspeicherkraftwerke. Auf erhöhter Lage wird ein Wasserreservoir oder Stausee errichtet. Bei einem Stromüberangebot wird Wasser aus tieferen Lagen hochgepumpt. Verknappt sich das Energieangebot, kann durch abfliessendes Wasser über Generatoren Strom zurückgewonnen werden. Im Falle der Schweiz reicht das Volumen aller Speicherseen jedoch nicht aus, um den Winter zu überbrücken. Kritiker:innen bemängeln ohnehin, dass durch den Bau von Pumpkraftwerken anderweitige Umweltschäden zu befürchten sind.
Elektrische Energie wird in eine andere Form umgewandelt und zwischengespeichert, um sie bei Bedarf wieder als Strom freizugeben.
Nichtsdestotrotz wurde im letzten Jahr ein grosses Pumpspeicherkraftwerk mit einer Leistung von 900 Megawatt im Wallis eröffnet. «Nant de Drance» besitzt ein Volumen von 25 Millionen Kubikmeter Wasser. Dies entspräche einer Energiespeicherkapazität von 20 Millionen Kilowattstunden und soll einen wertvollen Beitrag zur Stabilisierung des schweiz- und europaweiten Stromnetzes leisten. Eine Zusammenarbeit mit Umweltorganisationen solle derweil die Auswirkungen auf die Umwelt minimieren.
Lageenergie
Ein ähnliches Prinzip wie Pumpspeicherkraftwerke verfolgen Lageenergie-Einrichtungen. Diesem Gedanken folgen beispielsweise Hubspeicherwerke wie das Unternehmen Energy Vault, eine Zusammenarbeit der Schweiz und den USA. Auch hier wird mit der Gravitation gearbeitet, allerdings übernimmt nicht Wasser die Speicherung, sondern Betonblöcke. Mit überschüssigem grünem Strom werden diese auf eine bestimmte Höhe hochgehoben. Wird die Energie erneut benötigt, kann diese durch das Ablassen der Blöcke zurückgewonnen werden. Solche Methoden sind einfach und effektiv und können einen Wirkungsgrad von bis zu 80 Prozent erreichen. Müssen aber grosse Energiemengen gespeichert oder abgerufen werden, wird die Logistik zu einer komplexen Herausforderung.
Power-to-X
Die zurzeit vielversprechendste Technologie ist vermutlich «Power-to-X». Diese beschreibt einen Vorgang, in dem Energie in einem chemischen Träger gespeichert wird. Mögliche Erzeugnisse wären Methan, Methanol, Ammoniak oder, in den meisten Fällen, Wasserstoff. Letzteres ist die meisterprobte Methodik und erlaubt, grosse Energiemengen über längere Zeiträume zu speichern: Der Stromüberschuss wird dazu genutzt, Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufzuspalten, um im Winter über Brennstoffzellen elektrische Energie zu erzeugen. Dieses Verfahren wurde und wird weiterhin in mehreren Projekten unter Realbedingungen getestet. Das schwerwiegendste Hindernis für eine breitere Markteinführung: hohe Kosten.
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