Energie nachhaltig speichern: Die neuesten Ansätze

Die Energiewende ist in vollem Gange. Wie gut sie vorankommt, hängt auch von den Speichern ab, die dabei eingesetzt werden. Denn je nachdem, wie stark die Sonne scheint oder der Wind weht, liefern Photovoltaik- oder Windkraftanlagen nicht konstant dieselben Mengen Energie. Um trotzdem eine sichere Versorgung zu gewährleisten, muss grüner Strom zwischengespeichert werden. Die Pumpspeicherkraftwerke , die dafür zurzeit meist eingesetzt werden, brauchen allerdings eine geeignete Topografie, also mindestens einen Berg, außerdem ausreichend Wasser und eine vergleichsweise teure Infrastruktur. Für die Herstellung von Blei- oder Lithium-Ionen-Akkus dagegen, die ebenfalls zum Speichern von Ökostrom verwendet werden , sind große Mengen an seltenen Erden wie Lithium, Blei oder Kobalt notwendig. Zudem ist das Recycling kompliziert. Diese sechs innovativen Technologieansätze, um Energie zu speichern, gelten als vielversprechende Alternativen.

Ein Höhenunterschied und ein Speichermedium, das bei Energieüberschuss nach oben befördert wird, um bei Bedarf auf dem Weg nach unten wieder Energie freizugeben: Die Technologie „Underground Gravity Energy Storage“, kurz UGES, arbeitet nach demselben Prinzip wie Pumpspeicherkraftwerke. Dabei dienen stillgelegte Bergwerke anstelle von Bergseen oder Reservoiren als Energiespeicher. In ihre bis zu 1000 Meter tiefen Schächte können Sand oder Wasser hinabgelassen werden, um dabei über Generatoren Strom zu erzeugen. Bei einem Energieüberschuss wird das Material wieder ans Tageslicht befördert. Weltweit hätten solche Bergwerkspeicher laut der Studie einer internationalen Forschungsgruppe, die kürzlich im Fachmagazin „Energies“ veröffentlicht wurde, eine Kapazität von bis zu 70 Terawattstunden. In Deutschland erforscht etwa das Bergbauunternehmen RAG gemeinsam mit mehreren Universitäten die Technologie.

Ebenfalls über die Schwerkraft wollen Start-ups wie Energy Vault in der Schweiz oder Gravitricity in Schottland Energie speichern. Bei ihren Lösungen werden große Gewichte von Elektromotoren in riesigen Stahlkonstruktionen nach oben gezogen. Dabei wandelt sich Strom aus überschüssiger Wind- oder Solarenergie in Lageenergie. In umgekehrter Richtung laufen die Elektromotoren als Generatoren und liefern Strom zurück ins Netz. Solche Anwendungen eignen sich vor allem für Regionen, die keine Berge und kein Wasser haben und darum keine Pumpspeicherkraftwerke anlegen können.

Natrium- beziehungsweise Salzwasserakkus arbeiten ähnlich wie Lithium-Ionen-Batterien – nur dass anstelle von Lithiumionen eben Natriumionen in den Akkus Energie speichern. Das Natrium wird in den Akkus in Wasser gelöst. Das bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich: Wasser und Natrium kosten wenig und sind leicht verfügbar, die Produktion der Akkus ist umweltverträglicher, und die Speicherzellen können weder Feuer fangen noch explodieren. Sie lassen sich darum gefahrloser produzieren, lagern, betreiben und recyceln als Lithium-Ionen-Akkus. Private Nutzerinnen und Nutzer können sie ohne weitere Vorsichtsmaßnahmen etwa im Waschkeller oder unter der Treppe aufstellen.

Allerdings sind Salzwasserakkus im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien gleicher Leistung größer und schwerer. Sie eignen sich daher nur für stationäre Anwendungen – beispielsweise als kostengünstiger Zwischenspeicher für Photovoltaikanlagen in Wohnhäusern.

Auch neue Methoden zur Produktion von grünem Wasserstoff werden erforscht: zum Beispiel riesige und computergesteuerte Segelschiffe, die autonom auf dem Meer kreuzen und aus der Energie von Meeresströmungen das Gas produzieren, um es dann in Tanks zu speichern. Nach Berechnungen des Energieexperten Professor Michael Sterner von der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg könnte ein solches Schiff zwei Megawatt Leistung erreichen.

Druckluftspeicher, auf Englisch „Compressed-Air Energy Storage“ (CAES), komprimieren mit überschüssigem Strom Luft und pumpen diese in Reservoire unter der Erde. Bei Bedarf wird die Luft über Turbinen wieder abgelassen, die dann Strom produzieren. Nach diesem Prinzip arbeitet schon seit den 1970er-Jahren eine Anlage im niedersächsischen Huntorf, die einen 500 Meter tiefen Salzstock als Speicherkammer nutzt. Sie ist aktuell einer von weltweit nur zwei funktionierenden Druckluftspeichern.

Zurzeit forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daran, die Nutzung von Druckunterschieden zum Speichern weiterzuentwickeln – etwa, indem sie komprimierte Luft mit überschüssigem Ökostrom in den porösen, mit Salzwasser gefüllten Sandstein unter den Weltmeeren leiten, wie eine Forschungsgruppe im Fachmagazin „Nature Energy “ berichtet. Bei Strombedarf wird die Luft wieder abgelassen und treibt dann Turbinen an.

Strom lässt sich auch in Form von Wärmeenergie speichern. So haben der Windturbinenhersteller Siemens Gamesa, der Energieversorger Hamburg Energie und die TU Hamburg kürzlich erfolgreich drei Jahre lang im Hamburger Hafen den elektrothermischen Energiespeicher (ETES) getestet. Der Speicher bestand aus rund 1000 Tonnen Vulkangesteinschotter, den eine Art Riesenfön mit Ökostrom auf bis zu 750 Grad Celsius aufgeheizt hat. Die Wärmeenergie blieb rund eine Woche lang in dem riesigen Steinhaufen gespeichert. Daraus ließ sich dann Dampf erzeugen, der eine Turbine antrieb. Die dabei erzeugte elektrische Energie reichte aus, um 3000 Haushalte einen Tag lang mit Strom zu versorgen.