Energiespeicher als Schlüssel zur effektiven Nutzung erneuerbarer Energien

Eines der großen Probleme der erneuerbaren Energien ist der noch immer fehlende hoch-volumige Energiespeicher. An einem sonnig-windigen Tag könnten Solaranlagen und Windmühlen doch mal so richtig zeigen, was sie eigentlich drauf haben und kräftig Strom auf Vorrat produzieren. Denn eins ist gewiss: Der Wind macht in Deutschland auch mal Pause und die düsteren Herbsttage werden kein Zuckerschlecken für die Solarbauern. Leider ist die Vorratsenergieproduktion durch Wind und Sonne im großen Stil technisch bislang noch nicht möglich.

Die Forschung hierzu läuft hierzu jedoch auf Hochtouren. Ein interessanter Ansatz ist die Erzeugung von Methanol als umweltfreundlicher Treibstoff für Verbrennungsmotoren. Ausgangsstoffe hierfür wären CO2 und Wasserstoff. Das Kohlendioxid ließe sich in Kohlekraftwerken abscheiden und der Wasserstoff könnte zum Beispiel mithilfe von überschüssigem Strom von Wind- oder Solarkraftanlagen erzeugt werden.

Die Süddeutsche Zeitung berichtete hierzu am 30.7.2012:

Methanol könnte einfach in der existierenden Infrastruktur von Tanks und Tankwagen gespeichert werden; die Flüssigkeit ist bereits ein Grundstoff der Chemieindustrie, aus dem zum Beispiel Formaldehyd erzeugt wird. Mit ähnlichen Argumenten treiben seit einigen Jahren Entwickler die Hersteller von „Windgas“ an, bei der aus überschüssigem Strom erst Wasserstoff und dann mit CO2 Methan gemacht wird, das sich wie Erdgas benutzen lässt. Bei beiden Ansätzen geht viel Energie für die Umwandlungen und chemische Prozesse verloren. Sie ergeben daher nur Sinn, wenn die Zutaten quasi kostenlos sind. Das könnte der Fall sein, wenn die Windräder – oder auch Solarmodule – sonst abgeschaltet werden müssten, weil ihr Strom wegen eines Überangebots gerade nicht verbraucht werden kann und sogar die Stabilität des Stromnetzes gefährdet. Und wenn CO2 als Abfallprodukt in der Zementherstellung, im Kohlemeiler oder idealerweise bei der Erzeugung von Biogas abfällt.

CO2 als einer der Ausgangsstoffe für nachhaltige Energieträger: Dies ist sicher vernünftiger als die Versenkung im Untergrund, insbesondere wenn die Klimawirkung des Kohlendioxids deutlich geringer ist als bislang vom IPCC angenommen. Zudem ist die CO2-Versenkung in Deutschland offenbar auch gar nicht durchsetzbar, was jetzt auch Bundesumweltminister Peter Altmaier nochmals bestätigte (SZ vom 25.7.2012):

Für die unterirdische Speicherung von Kohlendioxid sieht es in Deutschland schlechter aus denn je. Am [23.7.2012] hatte Bundesumweltminister Peter Altmaier (CDU) in der Saarbrücker Zeitung klargestellt, dass CO2-Einlagerung im Boden gegen den Willen der Bevölkerung nicht durchzusetzen sei – und momentan ist nicht absehbar, dass die Technologie in der Bevölkerung beliebter wird.  

Neben Methanol/Methan gibt es eine ganze Reihe weiterer potentieller Energiespeicherverfahren, die sich in der Erforschung befinden. Eines davon ist Carbazol, über das nordbayern.de kürzlich berichtete:

Er gilt als Energiespeicher der Zukunft. Vor allem für die Energie- und Wärmeversorgung von Wohnhäusern eignet sich der Stoff Carbazol. Nach jahrelanger Forschung an der Uni Erlangen soll demnächst eine Carbazol-Pilotanlage in der Praxis getestet werden. […] Der als Energiespeicher der Zukunft gehandelte Stoff Carbazol soll bereits im kommenden Jahr in der Praxis getestet werden. Von 2013 an solle eine Pilotanlage das Nürnberger Museum für Industriekultur mit regenerativer Energie versorgen, berichteten Forscher der Erlanger Universität der Nachrichtenagentur dpa. Der Stoff N-Ethlycarbazol, so seine chemisch korrekte Bezeichnung, wird aus Erdöl oder Kohle gewonnen. Es gebe auch Überlegungen, eine Pilotanlage für die Gewinnung von Strom aus Carbazol in dem einen oder anderen Privathaushalt zu testen, sagte der zuständige Forschungsleiter Professor Wolfgang Arlt. […] Im Unterschied zu reinem Wasserstoff lasse sich Carbazol so ohne größere Energieverluste und ohne teuren Druckbehälter lagern. Anders als beim leicht brennbaren Wasserstoff gebe es bei dem nur schwer entflammbaren Carbazol zudem nur ein geringes Sicherheitsrisiko. Carbazol-Anlagen sind nach Arlts Angaben zusammen mit einer 110 Quadratmeter großen Photovoltaikanlage in der Lage, ein Einfamilienhaus komplett mit Strom zu versorgen. Die Anlage erzeuge mittels Sonnenenergie Wasserstoff. Damit werde dann das in einem Tank gelagerte Carbazol aufgeladen. Später werde dieser eingelagerte Wasserstoff wieder freigesetzt und in einer Brennstoffzelle in Strom zurückverwandelt, erläuterte Arlt. Zugleich könnte die bei dem Prozess entstehende Abwärme für die Beheizung von Teilen des Gebäudes verwendet werden. Der Stoff Carabazol verbrauche sich dabei nicht.

Eine gute Übersicht zu den aktuellen Speichermöglichkeiten für erneuerbare Energien erschien im Februar 2012 in Renews Spezial. Auch Wikipedia bezieht sich auf diese Publikation und listet die einzelnen Technologien auf:

  • Pumpspeicherkraftwerke nutzen überschüssigen Strom, um Wasser bergauf zu pumpen. Wird der Strom gebraucht, fließt das Wasser wieder nach unten und treibt einen Generator an. Pumpspeicherkraftwerke werden aufgrund des relativ günstigen Preises zur Zeit als Großanlagen eingesetzt.
  • Akkumulatoren (Batterien) speichern Strom elektrochemisch.
  • Chemische Speicher: Akkumulator und Redox-Flow-Zelle. Der elektrische Strom wird genutzt um eine chemische Reaktion anzutreiben. Besteht ein Bedarf kann die Reaktion umgekehrt ablaufen und erzeugt Strom.
  • Wärmespeicher: Mit Sonnenwärme wird Wasser erhitzt oder mit überschüssigem Strom Wasser in warme Schichten unter der Erde gepumpt, um dieses natürlich zu erwärmen. Dieses kann für die Beheizung von Gebäuden genutzt werden, die so Wärme vom Tag in der Nacht oder Wärme vom Sommer im Winter nutzen können, oder für die zeitversetzte Stromerzeugung in Solarthermischen Kraftwerken, die so in die Lage versetzt werden, 24 Stunden pro Tag Strom aus Sonnenenergie herzustellen.
  • Gasspeicher: Durch Elektrolyse, ggf. ergänzt durch Methanisierung, lässt sich aus temporär überschüssigem Strom sog. EE-Gas (Wasserstoff bzw. Methan) erzeugen, welches später bei Bedarf zur Stromproduktion oder zur Wärmeerzeugung genutzt werden kann. Gespeichert werden kann das EE-Gas in bereits vorhandenen unterirdischen Erdgasspeichern, deren Kapazität bereits heute für eine regenerative Vollversorgung ausreichen würde.
  • Thermodynamische Speicher: Mit überschüssigem Strom wird Luft in Kavernen gedrückt. Im Bedarfsfall entweicht die Luft wieder, wobei der Luftdruck einen Generator antreibt (Druckluftspeicherkraftwerk).

 

Abbildung 1: Effizienz verschiedener Energiespeichertechniken. Pumpspeicherkraftwerke sind mit unter 10 Ct/KWh die erste Wahl bei der Stromspeicherung, aber schwer realisierbar.