Ausgestrahlt? Strom ohne Atom

In der Institutsfabrik ETA, Energietechnologie in Anwendung, arbeiten Forschende der TU Darmstadt daran, Industrieprozesse zu optimieren. Metallverarbeitende Betriebe beispielsweise stecken jede Menge Energie in das Reinigen und Trocknen von Bauteilen. Nach der maschinellen Reinigung werden Metallscheiben mit Heißluft getrocknet. Die Forschenden haben jetzt eine neue Methode gefunden: Sie nutzen statt Heißluft Infrarotlicht. Infrarot trocknet die Metallscheiben ebenso gut, ist aber effizienter. Damit lässt sich rund 20 Prozent des Energiebedarfs einsparen.
Beim Waschen der Maschinenteile verpuffen zudem Unmengen an Energie – in Form des aufsteigenden Wasserdampfs. Diese verlorene Energie fangen die Forschenden auf. Die Abwärme aus der Reinigungsanlage heizt so den Fußboden der Büros. Das ETA-Gebäude der TU Darmstadt ist eine regelrechte „Energie-Spardose“: Sind die Maschinen in Betrieb, heizen sie sich auf. Im Winter erhitzt diese Wärme Wasser, das in die Wände geleitet wird und so die Räume temperiert. Im Sommer wird Kaltwasser ins Wandnetz eingespeist, das den Innenraum und die Maschinensysteme kühlt. Durch ihre Versuche zur Energieeffizienz und thermischen Vernetzung konnten die Darmstädter Forschenden bislang 45 Prozent der benötigten Energie einsparen. Energie, die uns allen zugutekommen kann.

In Hamburg ist man bereits einen Schritt weiter. Hier will man ganze Wohngebiete mit der benachbarten Industrie intelligent miteinander vernetzten. Bei der Kupferverarbeitung beispielsweise fällt viel überschüssige Wärme an. Damit lässt sich Wasser auf circa 90 Grad erhitzen. Über ein paralleles Rohrsystem wird das heiße Wasser von der Fabrik zu den Häusern der östlichen HafenCity geleitet. Ab der Werksgrenze übernimmt ein Wärmeversorger. Auf der City-Seite nutzt man die bestehende Infrastruktur und das Fernwärmenetz. Insgesamt profitieren rund 9.000 Kundinnen und Kunden in der östlichen HafenCity und drei weiteren Stadtteilen von der umweltfreundlichen Industrieabwärme. Und in Zukunft könnten es noch mehr werden.

Wie soll ohne Kernkraft und in naher Zukunft auch ohne fossile Energien die Energieversorgung gesichert werden? Können die Erneuerbaren, allen voran Windkraft und Solar, diese Lücke füllen? Denn: Strom durch Wind entsteht besonders im Norden von Deutschland, Solarenergie im Süden. Damit der gewonnene Strom immer und überall gleich zur Verfügung steht, müssen die Überleitungsnetze ausgebaut werden. Und: Bei Flaute oder Dunkelheit wird weniger Energie aus Wind und Solarkraft produziert, als benötigt. Die Lösung könnten intelligente Speichersysteme sein. Laut Forschung sind erneuerbare Energien plus Speicher die Kraftwerke der Zukunft.
Batterien sind schnell verfügbare Speicher, gut regelbar und mit hohem Wirkungsgrad. Auch Wasserstoff kann Energie speichern, die bei Bedarf in Strom rückgewandelt werden kann –  dabei geht allerdings viel Energie verloren. Mit Pumpspeicherkraftwerken lässt sich elektrische Energie sehr gut speichern und blitzschnell wieder abrufen. Aber Pumpspeicher funktionieren nur in Landschaften mit Gefälle und brauchen viel Platz. 
In Berlin gibt es neue Ideen, wie man Wasser als Speicher nutzen kann. Das Prinzip: Strom erhitzt Wasser auf 98 Grad, das in einer riesigen „Thermoskanne“ gespeichert wird. Zu Spitzenzeiten, zum Heizen, Duschen oder Baden, entlässt man das heiße Wasser ins Stadtwärmenetz. Da man die gespeicherte Wärme direkt nutzt, sie nicht noch mal umwandeln muss, hat dieses Prinzip einen hohen Wirkungsgrad. Die „Thermoskanne“ ist ein Beispiel dafür, dass Energiewende Strom- und Wärmewende in einem bedeutet.

Ein mögliches Speichersystem bietet auch die E-Mobilität. Einen Präzedenzfall gibt es bereits: Bei einem Stromausfall in Kanada Ende 2022 vernetzte ein Mann sein E-Auto mit dem Hausstrom und konnte sich so autark mit Strom versorgen. Die Autobatterie, meist aufgeladen, aber ungenutzt im Parkmodus, könnte zur mobilen Powerbank für den Haushalt werden. Die Vorteile des bidirektionalen Ladens sind eine gewisse Unabhängigkeit und das Sparen von Stromkosten. Die Vision: E-Autos nicht nur mit dem eigenen Haus, sondern eines Tages auch untereinander, als vehicle-to-grid, zu vernetzen – zu einem großen gemeinsamen Schwarmspeicher.

Doch es gibt noch größere Visionen. Fusionskraftwerke könnten das Prinzip der Sonne nutzen, um praktisch unbegrenzt Energie zu liefern – ohne die Risiken eines Kernkraftwerks. Seit Jahrzehnten versuchen sich Forschende weltweit daran, Atomkerne, die sich eigentlich abstoßen, miteinander zu verschmelzen. Das ist Kernfusion. In einem Versuchslabor in Kalifornien gelang mit einem Experiment ein wissenschaftlicher Durchbruch: Erstmals war die erzeugte Energie größer als die aufgewendete, wenn auch nur in verschwindend geringem Maß. Und nicht mit eingerechnet ist allerdings die benötigte Energie, um den Laser zu starten und auf das Niveau anzuheben, was es zum Auslösen der Reaktion braucht. Ob und wann je Strom aus einem Kernfusionskraftwerk in unsere Wohnungen fließt, lässt sich so heute kaum abschätzen. Für die aktuelle Energiewende kommt die Fusionstechnologie auf jeden Fall zu spät.