Voll geladen – Neue Speicher für die Energiewende

Nur mit dezentralen Speichern lassen sich Leitungsverluste minimieren. Am vielversprechendsten sind hierbei Batterien. In Schleswig-Holstein steht einer der größten Batteriespeicher Europas – mit 10.000 Lithium-Ionen-Batterien. Sein Probebetrieb hat gezeigt, dass sich selbst kleinste Schwankungen im regionalen Netz blitzschnell ausgleichen lassen. Doch die Lithium-Ionen-Technik ist teuer, die Rohstoffe sind knapp, ihr Abbau ist aufwendig und stellt vielerorts einen massiven Eingriff in zuvor unberührte Natur dar. Daher wird an Alternativen geforscht. Natrium oder Magnesium könnten anstelle von Lithium verwendet werden. Sie sind im Überfluss vorhanden und leicht zu gewinnen. Zahllose Versuchsbatterien werden derzeit auf ihre Leistungsfähigkeit getestet. Als Teil des Netzes könnten dezentrale Batteriespeicher in Städten, Siedlungen, aber auch in Eigenheimen eine stabile Energieversorgung sicherstellen, wenn künftig nur noch Sonne und Wind die Energie liefern.

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Sonnenenergie lässt sich auch direkt als Wärme speichern. Solarkraftwerke wie in der israelischen Wüste Negev nutzen die Strahlungswärme der Sonne. Tausende Spiegel lenken dort die Sonnenstrahlen auf die Spitze des höchsten Solarturms der Welt und erhitzen Wasser. Mit dem entstehenden Wasserdampf erzeugt das Kraftwerk Strom. Lässt man die Sonne jedoch nicht Wasser, sondern zum Beispiel flüssiges Salz erhitzen, kann ein solches Kraftwerk sogar nachts noch Strom erzeugen. Denn Salz kann etwa dreimal so viel Wärme aufnehmen wie Wasser – es ist ein guter Wärmespeicher. Wo die Energie der Sonne nicht ausreicht, können solche Hochtemperatur-Wärmespeicher auch genutzt werden, um überschüssigen grünen Strom, zum Beispiel aus Windkraft, zu speichern. Dieses Verfahren wird derzeit an der Forschungsanlage TESIS des DLR in Köln erprobt: Durch Tanks und Rohre zirkulieren 100 Tonnen flüssiges Salz. Dieses lässt sich mit grünem Strom auf 560 Grad erhitzen. Die Hitze kann bei Bedarf wieder in Strom gewandelt werden.

Hochtemperatur-Wärmespeicher könnten gar genutzt werden, um Kohlekraftwerke für eine CO2-neutrale Zukunft umzurüsten. Bisher wird dort noch Kohle verbrannt, um den Wasserdampf zu erzeugen, der Turbinen und Generatoren antreibt. Künftig könnten sich die Kohlekessel durch Hochtemperatur-Wärmespeicher ersetzen lassen. Die Speicher werden mit überschüssigem Strom aus Wind und Solaranlagen aufgeheizt und sorgen bei Bedarf für den nötigen Dampf. Der Vorteil: Die Netz-Infrastruktur der Kohlemeiler könnte so weiterverwendet werden.

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Strom aus regenerativen Quellen lässt sich auch zur Erzeugung von Wasserstoff nutzen. Die Stahlindustrie, die etwa sieben Prozent der weltweiten CO2-Emissionen verursacht, testet den Einsatz von Wasserstoff bereits in Versuchsanlagen. Bei der Stahlproduktion fallen pro Tonne erzeugtem Stahl rund zwei Tonnen Kohlendioxid an. Sie entstehen, wenn in den Hochöfen Koks bei Temperaturen um die 1400 Grad verbrannt wird, um aus Eisenerz flüssiges Roheisen zu gewinnen. Für eine klimafreundlichere Stahlproduktion könnte statt Kohlenstoff bei der Stahlgewinnung Wasserstoff zum Einsatz kommen. Zunächst wird dazu Wasser mithilfe von grünem Strom per Elektrolyse chemisch in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Der Wasserstoff wird in großen Drucktanks gespeichert und von dort in die Hochöfen geleitet. Mit Wasserstoff lässt sich schon bei 900 Grad Roheisen aus Eisenerzen gewinnen. Statt Kohlendioxid entsteht dabei nur Wasserdampf. Wollen die Stahlkocher ihr Eisen mithilfe von Wasserstoff gewinnen, muss aber ein neues Verfahren etabliert werden. Noch sind die Hochöfen nicht umgestellt, doch angesichts der Klimakrise müsste das bald passieren.

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Als Speicher grüner Energie ist Wasserstoff ein Schlüsselelement der Energiewende. Mit ihm lassen sich die Bereiche Strom, Wärme, Verkehr und Industrie verkoppeln. Wie das funktionieren kann, wird zurzeit in einer Testanlage an der nordfriesischen Küste erprobt. Im Norden Deutschlands produzieren die Windräder die meiste Zeit mehr Strom, als gebraucht wird. Früher mussten sie deswegen oft abgeschaltet werden – ein Verlustgeschäft und mit Blick auf die Energiewende widersinnig. In der Testanlage wird der überschüssige Strom zu einer Elektrolysestation geleitet, wo mit seiner Hilfe Wasserstoff erzeugt wird. Das Gas steht als Kraftstoff vor allem für Lkw und Busse an Tankstellen in der Region zur Verfügung. Auch im öffentlichen Nahverkehr sind schon Wasserstoffbusse im Einsatz. Zudem entsteht beim Elektrolyseprozess Abwärme, die nahe gelegene Siedlungen und Betriebe als Fernwärme nutzen können.

Der grüne Wasserstoff kann auch zu Methan verarbeitet werden, das über das bestehende Gasnetz verteilt und gespeichert wird, ebenso wie eine geringe Menge Wasserstoff. Mit Blockheizkraftwerken und Gasturbinen lässt sich aus beidem Wärme oder wieder Strom gewinnen. Außerdem können grüner Schiffsdiesel und Kerosin sowie Grundstoffe für die chemische Industrie aus dem Wasserstoff entstehen. Power-to-X heißt diese Strategie: Stromüberschüsse lassen sich damit in Zeiten eines Überangebots sinnvoll speichern und nutzen

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In Plusenergiehäusern wird mehr Energie erzeugt, als die Bewohner benötigen. Sie sind so ausgestattet, dass zum Beispiel eine Wärmepumpe mit dem eigenen Solarstrom vom Dach betrieben wird; diese sorgt für Heizung und Warmwasser im Haus. Überschüssige Energie wird in Batterien gespeichert. Werden diese mit vielen anderen Speicherbatterien vernetzt, entsteht ein dezentraler, deutschlandweiter Speicher. So lassen sich Schwankungen ausgleichen: Scheint zum Beispiel im Süden die Sonne und liefert viel Energie, kann das Netz den Bedarf im Norden ausgleichen, wenn dort durch trübes Wetter Strommangel herrscht. Eigenheime oder ganze Wohnviertel werden so zu „Prosumern“ – gleichzeitig Produzenten und Konsumenten von grüner Energie. In Zukunft sollen alle großen und kleinen Kraftwerke untereinander wie mit den Verbrauchern verbunden sein. Der schnelle, digital gesteuerte Austausch von grüner Energie innerhalb ganz Europas kann dafür sorgen, dass immer und überall genügend davon zur Verfügung steht.

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