Dunkle Wolken türmen sich über Windrädern auf: Ab Dienstag sind in Rheinland-Pfalz erneut Gewitter mit Starkregen und Sturmböen angekündigt (Symbolbild). (Foto: picture-alliance / Reportdienste, picture alliance / dpa | Patrick Pleul)

Innovation

Keine Energiewende ohne Energiespeicher

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Lara Bitzer

Wolken und Windstille bremsen die erneuerbare Energiegewinnung. Denn Strom wird nur produziert, wenn das Wetter mitmacht. Um Einbrüche auszugleichen, brauchen wir Energiespeicher.

Altes in die Zukunft bringen. Das scheint das Motto der Energiewende zu sein. Denn Pumpspeicher und Hubspeicher kommen schon seit langer Zeit zum Einsatz, werden aber heute neu entdeckt.

Solche Energiespeicher brauchen wir, weil Wind-, Wasser- und Solarenergie fluktuierend sind, das heißt mal ist zu viel Energie da, mal zu wenig. Unterschiedliche Technologien können dabei helfen, diese Fluktuation auszugleichen und die Flexibilität der Energieversorgung zu erhöhen, damit die Stromversorgung stabil bleibt.

Windräder und eine Solaranlage in Unterfranken. (Foto: picture-alliance / Reportdienste, /dpa)
Wolken und Windstille bremsen den Wind- und Solarenergiegewinn aus. /dpa

Forschung an alternativen Energiespeichern in Karlsruhe

„Ökosystem für Speicherforschungsinfrastrukturen“ – kurz StoRIES – nennt sich ein Europäisches H2020 Forschungsprojekt, welches vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) koordiniert wird. Die Idee dahinter: Infrastruktur zugänglich zu machen, in der Innovationen und Fortschritte in der Technologie begünstigt werden. So kann Forschung schneller aus dem Labor auf den Markt kommen, erklärt Dr. Manuel Baumann, Projektteilnehmer am KIT. Durch das Projekt sollen auch junge Forscherinnen und Forscher ausgebildet werden, um den Blick auf das Thema der Energiespeicherung langfristig und nachhaltig zu verändern.

Dazu beschäftigt sich das Projekt mit elektrochemischen, thermischen, chemischen und mechanischen Speichern sowie supraleitender magnetischer Energiespeicherung. Auch an der technischen, ökonomischen und ökologischen Bewertung der Speichertechnologien ist das KIT beteiligt.

Strommasten stehen in der Dämmerung am Morgen auf einem Feld (Foto: dpa Bildfunk, picture-alliance / Reportdienste, picture alliance/dpa | Federico Gambarini)
Energiespeicher können dabei helfen, damit die Stromversorgung stabil bleibt. picture alliance/dpa | Federico Gambarini

StoRIES entstand im Rahmen des Europäischen Programms für Energiespeicher (JP ES) bei der Europäischen Allianz für Energieforschung (EERA). Sie ist die größte Energieforschungsgemeinschaft in Europa mit mehr als 250 Universitäten und Forschungszentren aus 30 Ländern. Das Forschungsprojekt ist dabei ein Zusammenschluss aus mehreren Unter-Programmen, die ihr Know-how zu verschiedenen Speichertechnologien kombinieren wollen, um an gemeinsamen Lösungen zu arbeiten.

Wie nachhaltig sind Energiespeicher?

Wie nachhaltig unterschiedliche Energiespeichertechnologien sind, ist allerdings schwierig zu beurteilen, da viele verschiedene Aspekte in die Beurteilung mit einbezogen werden müssen. Dieses Problem zeigt sich beispielsweise an Beispiel von Batterien. Zur Beurteilung ihrer Nachhaltigkeit müssen auch Fragen beantwortert werden wie diese: Ist die Arbeitssicherheit beim Abbau von Materialien, die zur Herstellung von Batterien benötigt werden, gewährleistet? Oder gelangen beim Abbau dieser Materialien gefährliche Stoffe in die Umwelt?

Die Kontur eines Batteriesymbols ist gefüllt mit einer die Sonne reflektierenden Photovoltaikanlage. (Foto: Getty Images, Thinkstock -)
Wie nachhaltig das Material einer Batterie ist, muss erst beurteilt werden. Thinkstock -

Wie umweltfreundlich ein Energiespeicher tatsächlich ist, hängt also vom Anwendungsgebiet und auch von den regulatorischen Rahmenbedingungen ab, so Baumann. Projektleiterin Dr. Myriam E. Gil Bardaji verdeutlicht, dass es zwar eine breite Palette von Energiespeicheranwendungen gibt, aber bislang keine Energiespeichertechnologie, die das benötigte Leistungsspektrum ermöglicht und gleichzeitig optimale Leistung, Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit bietet. Um diese Herausforderung zu meistern, sei eine Hybridisierung, also eine Kombination verschiedener Technologien, notwendig so Dr. Gil Bardaji.

Sandsäcke im Aufzug: Lokale Energiespeicher der Zukunft?

Ein Aspekt der Energiewende ist die Verlagerung von zentralen Großkraftwerken zu dezentralen Strukturen mit vielfältigen Energieerzeugungsanlagen. Dazu wurde auch am International Institute for Applied Systems Analysis im österreichischen Laxenburg geforscht. Ein Team um den Wissenschaftler Dr. Julian Hunt publizierte eine Studie, in der Aufzüge als Energiespeicher genutzt werden können. Die Überlegung: Wenn ein Energieüberschuss entsteht, werden Container mit nassem Sand befüllt und mit dem Aufzug in den obersten Stock eines Hochhauses gefahren. Dort werden die Container so lange gelagert, bis Energie benötigt wird. Wenn die Container wieder heruntergefahren werden, kann die Lageenergie genutzt werden, um Strom zu erzeugen.

Dieses Konzept der lokalen Energiespeicherung kann dort zum Einsatz kommen, wo der meiste Strom verbraucht wird, nämlich in Städten. Wie gut sich das Konzept in der Realität umsetzten lässt, muss noch weiter untersucht werden, denn unklar bleibt, ob die Deckentragfähigkeit der Hochhäuser den Containern standhalten würde.

Die Skyline von Frankfurt am Main - wo fast alle Banken zu Hause sind. (Foto: picture-alliance / dpa, picture-alliance / dpa -)
Strom würde dort produziert werden, wo er am meisten benötigt wird. picture-alliance / dpa -

Stillgelegtes Bergwerk als Energiespeicher

Eine weitere Möglichkeit überschüssige Energie zu speichern und vorhandene Infrastruktur zu nutzen sind stillgelegte Bergwerke. Diese können ähnlich wie Pumpspeicherkraftwerke genutzt werden. Dabei wird Wasser von unten nach oben gepumpt, wenn ein Energieüberschuss besteht. Falls der Strom wieder benötigt wird, stürzt das Wasser durch den Schacht und treibt gleichzeitig eine Turbine an. Ein Vorteil: Der Eingriff in die Natur wäre im Vergleich zu neu angelegten Pumpspeicherkraftwerken geringer, weil die Infrastruktur bereits gegeben ist.

Ein solches Speicherwerk hätte in Bottrop im Bergwerk Prosper-Haniel entstehen können. Die Zeche war zum letzten Mal im Dezember 2018 in Betrieb. Allerdings startete im Oktober 2021 der Rückbau des Bergwerks. Das bedeutet, dass die Schächte mit Beton gefüllt und nicht mehr genutzt werden. Die Frage, warum die Idee nicht umgesetzt wurde, bleibt unbeantwortet.

Lokale Energiespeicher für die Wasserkraft

Auch das Fraunhofer-Institut erforscht Energietechnologien. Innerhalb des Forschungsprojekts „StEnSea - Stored Energy in the Sea“ wurde 2016 eine neue Pumpspeichertechnologie im Bodensee getestet, bei der hohle Betonkugeln zum Einsatz kamen. Das Experiment im Bodensee war allerdings nur ein Prototyp im Maßstab eins zu zehn. Um dort den Wasserdruck für die Energiegewinnung zu nutzen, öffnet sich ein Ventil an der hohlen Betonkugel und Wasser kann in den Innenraum hineinströmen. Der hohe Druck und die daraus resultierende Strömungsgeschwindigkeit treiben einen Generator im Hohlraum an, der dann Strom erzeugt. Da die Betonkugeln neben Windrädern in Offshore-Anlagen platziert werden könnten, wäre es möglich, die bestehende Infrastruktur auszunutzen.

Der EnBW-Windpark Baltic 2 in der Ostsee (Foto: picture-alliance / Reportdienste, picture alliance / Jens Büttner/dpa-Zentralbild/dpa)
Die Infrastruktur der Offshore-Anlagen kann zur Energiespeicherung genutzt werden. picture alliance / Jens Büttner/dpa-Zentralbild/dpa

Keine Energiewende ohne Energiespeicher

Der Umstieg auf erneuerbare Energien ist eine große Herausforderung für Politik, Industrie und Wissenschaft. Denn eine stabile Stromversorgung muss zu jedem Zeitpunkt gewährleistet sein.

Eine dieser Schwierigkeiten stellt der Ausgleich des Stromangebots und der Stromnachfrage dar. Aber auch Aspekte der Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit dürfen nicht außer Acht gelassen werden. Hier kommen hybride und dezentrale Energiespeichertechnologien zum Einsatz. Damit aber die Energiewende in Deutschland gelingen kann, brauchen wir mehr als nur Ideen und Konzepte, wie Energie gespeichert werden kann. Es muss auch gehandelt werden.

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Lara Bitzer