Ein Dilemma lässt Energieversorger und Autobauer zusammenrücken: Beide brauchen leistungsfähige Energiespeicher

Die Zukunft ist grün. Künftig fahren wir mit umweltfreundlichen Elektroautos statt mit klimaschädlichen Verbrennungsmotoren. Die Energie dazu kommt nicht aus Kohle- oder Atomkraftwerken, sondern wird von Wind und Sonne gespendet.

Bis zum Jahr 2020 soll sich Deutschland nach dem Willen der Bundesregierung in den Bereichen Mobilität und Energie zum ökologischen Musterschüler mausern: Dann werden, so die politische Vision, mehr als eine Million Elektrofahrzeuge auf unseren Straßen rollen. Gleichzeitig wird die Ökostromerzeugung drastisch ausgebaut, von derzeit knapp 15 auf mehr als 30 Prozent Anteil am Strommix. Dazu können Photovoltaik und Bioenergie nur einen kleinen Teil beitragen, vor allem die Windkraft muss die Last schultern.

Der Autofahrer kann beim Aufladen und Entladen Geld verdienen

Ausgerechnet für das Kraftfahrzeug bedeutet dies eine gewaltige Veränderung: Bis heute wandelt es Energie in Strecke um, so wie Carl Benz’ erstes Dreirad vor über 120 Jahren. Künftig aber könnten Autos zum rollenden Zwischenspeicher für grünen Strom werden, könnten Autofahrer beim Auf- und Entladen an Preisdifferenzen verdienen. Am Ende gar steht die Vision vom Strom aus Millionen Verbrennungsmotoren, der Versorgungslücken in einer regenerativen Republik füllt. Das klingt exotisch. Zumal es eine eigenwillige Allianz aus Autofahrern, Energieversorgern und Fahrzeugbauern voraussetzt. Doch längst wird daran gearbeitet.

Mit Zuckerbrot und Peitsche fördert die Bundesregierung gegenwärtig den ökologischen Umbau der Elektrizitäts- und Automobilwirtschaft. Über Subventionen, Forschungsprogramme und Vorzeigeprojekte werden die beiden Branchen vernetzt. Parallel sollen regenerative Energien massiv gefördert, Großkraftwerke hingegen mit strengeren Umweltvorschriften zurückgedrängt werden.

Just dieser anvisierte Umbau führt aber absehbar in eine Zwickmühle: Ein enormer Stromdurst im Verkehr träfe auf immer stärkere Produktionsschwankungen beim Ökostrom. In windstiller Winternacht fehlte es dann an Energie, bei Sturm und Sommersonne gäbe es zu viel davon.

Schon heute fließt gelegentlich mehr Windstrom ins Netz, als gebraucht wird. Dann wird hoch subventionierter deutscher Ökostrom ins benachbarte Ausland abgeleitet, quasi verramscht. Energetischer Irrsinn, aber noch ist das ein Randproblem. Es nähme aber groteske Ausmaße an, sollten die in der Nord- und Ostsee geplanten Riesenwindparks mit der Gigawattleistung mehrerer Kernkraftwerke bei Starkwind überschüssigen Strom ins Netz schaufeln. Man müsste sie zwangsabschalten. Wäre es nicht sinnvoller, den Strom zu speichern und bei Bedarf wieder einzuspeisen?

Das ist die Schicksalsfrage der künftigen Elektromobilität. »Bei dem geplanten massiven Ausbau erneuerbarer Energien sind große Speicherkapazitäten zum stabilen Netzbetrieb dringend erforderlich«, sagt Wolfgang Glaunsinger. Er koordiniert die Taskforce Energiespeicher des Verbandes der Elektrotechnik, Elektronik und Energietechnik (VDE). Hier analysieren ehrenamtliche Experten aus Wissenschaft, Energieversorgung und Industrie gerade die Lage, erste Ergebnisse gibt es bereits: Grundsätzlich sei die erforderliche Technik verfügbar, bis zur Marktreife bedürfe es aber noch intensiver Forschung und Entwicklung.

Die VDE-Studie beschreibt die Vor- und Nachteile der wichtigsten Techniken zum Zwischenspeichern von Energie. So kann Luft als Medium für große Speicher dienen (Druckluftspeicher in Kavernen). Oder hochgepumptes Wasser (Pumpspeicherwerke). Aber auch Wasserstoff (H₂), per Elektrolyse mit überschüssigem Strom erzeugt, könnte den Zweck erfüllen. Schnell und relativ effizient wären auch klassische Akkus (Akkumulatoren = »Sammler«). Doch selbst moderne Batterien sind als Großspeicher noch viel zu teuer und zu schwer, obendrein stoßen ihre Kapazitäten an Grenzen.

Genau das ist bislang auch der Hemmschuh für den Einsatz batteriebetriebener Autos: Hohe Kosten, gewaltiges Gewicht, Platzverbrauch im Fahrzeug – all das lässt Hersteller und mögliche Kunden bisher mindestens ebenso zurückschrecken wie die Zeit, die es braucht, um einen leeren Großakku wieder aufzuladen. Stromversorgung und Mobilität stehen vor einem gemeinsamen Zukunftsdilemma.

Leistungsfähige und günstige Batterien wären somit ein doppelter Gewinn, für die Elektrizitäts- und für die Automobilwirtschaft: Die Akkus von Millionen Autos könnten nicht nur zum Fahren, sondern auch als Speicher für billigen Strom und gar für dessen Wiederverkauf dienen. Wolfgang Glaunsinger formuliert das so: »Sobald vollelektrische und Hybridfahrzeuge in großem Umfang zur Verfügung stehen, könnten deren Speicher in erheblichem Umfang zur Netzregelung und Lieferung von Reserveleistung beitragen.« Bei Siemens ist Gernot Spiegelberg für die Forschung zum Thema Elektromobilität zuständig. »Bis 2020 sehe ich allein in Deutschland ein Potenzial von 4,5 Millionen Elektroautos, die ihre Energie über das bestehende Stromnetz beziehen könnten«, sagt er und bezeichnet seine Schätzung noch als »konservativ«.

Technologieunternehmen, Automobilhersteller, Energieversorger entdecken gerade das Potenzial künftiger Zusammenarbeit. Zwei Voraussetzungen gibt es: Künftig müssen viele Autobatterien per Stecker ans Stromnetz gehängt werden. Und ein intelligentes Lade- und Abrechnungssystem muss den Stromaustausch dieser rollenden Batterien steuern.

Fahrzeuge sind während 90 Prozent ihrer Lebenszeit vor allem Stehzeuge

Es klingt seltsam, aber Autos können tatsächlich die meiste Zeit ihres technischen Lebens am Stecker hängen. Statistisch sind die Fahrzeuge während 90 Prozent ihrer Lebenszeit »Stehzeuge«, die ungenutzt zu Hause oder am Arbeitsplatz parken. Und da die meisten Fahrten viel kürzer sind als die mögliche Reichweite von Elektromobilen, könnten deren Fahrer an der Strombörse Geld verdienen.

Grob skizziert, verliefe das so: Nachts zum Schnäppchenpreis vollladen. Damit billig zur Arbeit fahren und gegen Mittag zum Spitzenpreis entladen – bis auf eine Reserve für die Heimfahrt. Fahrzeuge mit Verbrennungs- und Elektromotoren, die über einen entsprechenden Netzanschluss verfügen (»Plug-in-Hybride«), könnten obendrein ihren Motor oder ihre Brennstoffzelle als Generator einsetzen. Als Minikraftwerk würden sie so lange Strom erzeugen, wie attraktive Spitzenpreise gelten. Elektrizitätsversorger wie E.on, RWE oder Vattenfall könnten im Gegenzug auf teure Reservekraftwerke verzichten (die ebenfalls meist still stehen), brächten E-Mobile von VW, Daimler oder BMW ihre gespeicherte Energie intelligent ins Stromnetz ein. Vielleicht muss der Autofahrer künftig seine Batterie – sie ist in einem E-Mobil das teuerste Bauteil – gar nicht mehr selbst kaufen. Er könnte sie bei einem Energieversorger leasen. Dieser dezentralisiert so seine Energiespeicher. Wie eine Trennung von Elektroauto und Akku funktionieren könnte, zeigt heute schon das Projekt Better Place.

Stecker und Spannung stehen fest. Das ist der erste Schritt

Bis zu einer Elefantenhochzeit, deren Frucht ein Energie-Mobilität-Super-Hybrid wäre, wird es wohl noch Jahre dauern. Aber immerhin, der erste Verlobungsschritt ist getan. Kürzlich haben sich die Großkonzerne auf einen einheitlichen Stecker und die Spannung geeinigt, die Autos und Kraftwerke verbinden sollen: 400 Volt Drehstrom, wie es ihn in jedem Haushalt für Elektroherde gibt. Mit Steckdosenstrom (230 Volt, 16 Ampere) müsste man zwölf Stunden lang laden. »Doch bei 400 Volt und 25 Ampere könnte der Autofahrer bereits nach zwei Stunden wieder eine Langstrecke zurücklegen«, sagt Siemens-Entwickler Spiegelberg.

Nicht nur technische Machbarkeit, auch der politische Gestaltungswille inmitten der Wirtschaftskrise beschleunigt die Partnerschaft.Gleich fünf Bundesministerien – nämlich jene für Wirtschaft, Verkehr, Umwelt, Forschung und Landwirtschaft – machen Tempo. Mit Geld befördern sie die Zweckbündnisse. Neben der Finanzierung ohnehin laufender Forschungs- und Pilotprojekte legen sie noch eine halbe Milliarde Euro obendrauf. Der Geldsegen stammt aus dem jüngsten Konjunkturpaket II. Er soll »Deutschland im Zukunftsmarkt Elektromobilität eine führende Rolle« sichern, heißt es in einem Bericht der fünf Ministerien. Es sei ein »nationales Ziel«, bis 2020 eine Million Elektrofahrzeuge in den Verkehr zu bringen.

Andere Staaten verfolgen noch deutlich ehrgeizigere Pläne. Die USA entwickeln ein gigantisches Förderprogramm für Ökostrom und saubere Fahrzeugtechnik. Bis 2015 will Präsident Barack Obama eine Million Elektroautos auf US-Straßen. China investiert zwei Milliarden Euro in zehn Pilotprojekte, die bereits 2011 Tausende E-Mobile betreiben sollen. Entsprechende Elektro- und Hybridautos baut die südchinesische Firma BYD – Build Your Dream. 1995 gegründet, zählt es heute zu den 20 stärksten Unternehmen des Landes und will auf diesem Feld Weltmarktführer werden. Nach der Einführung eines Hybrids in China hat BYD für Ende 2009 ein reines Elektrofahrzeug mit einer Reichweite von 290 Kilometern angekündigt. Unterstützt werden die Ingenieure aus der Provinz Guangdong von einem der erfahrensten und reichsten Investoren der Welt: Warren Buffet hat im September 2008 zehn Prozent von BYD gekauft.

Die Elektrifizierung des Individualverkehrs in Asiens Megastädten ist aus vielen Gründen attraktiv. Denn Elektromotoren sind sauber und leise, billig, platzsparend und extrem zugkräftig, sie benötigen kein Getriebe. Den harten Wettbewerb mit etablierten Autofirmen kann BYD sich schenken. Dafür aber seine Expertise ausspielen – als einer der weltgrößten Batteriehersteller. Gut möglich, dass Autoakkus bald aus China kommen.

Aber auch deutsche Firmen setzen neuerdings stark auf Elektromobilität. So kooperieren E.on und Volkswagen, RWE und Daimler, Vattenfall und BMW. Sogar der größte niedersächsische Regionalversorger EWE präsentierte kürzlich auf der Hannover Messe das eigens von Karmann konzipierte Elektromobil E3: viertürig, 140 Stundenkilometer schnell, Reichweite 150 Kilometer. »Modellprojekte mit Elektroautos sind im Trend«, wirbt EWE in Hannover. Das ist auch gleich nebenan auf den Ständen von EnBW oder Vattenfall zu besichtigen. Gernot Spiegelberg stand mit demselben Thema vor wenigen Tagen beim Siemens Innovation Day im Mittelpunkt des Interesses führender Forscher und Entwickler seines Unternehmens. Spiegelberg kommt gerade aus China zurück. Sein Kollege Reinhold Achatz, Leiter der zentralen Forschung, war schon im vergangenen Jahr dort. Das Reiseziel der beiden: BYD.

Die Energieversorger haben derweil nicht nur das Auto als Pufferspeicher im Blick, sondern die Architektur einer weniger zentralisierten Stromerzeugung. So sollen Photovoltaik, Blockheizkraftwerke und Windparks dezentral Ökostrom liefern. Intelligente Elektronik soll besonders zu Zeiten billigen Stroms Elektrogeräte anspringen lassen oder eben Autobatterien aufladen. Doch wohin mit dem kostbaren Überschuss, wenn jede Batterie proppenvoll ist?

Hybridkraftwerk heißt der Ausweg für die Windmüller. Am 21. April legten Bundeskanzlerin Angela Merkel und Brandenburgs Ministerpräsident Matthias Platzeck in der Uckermark den Grundstein zu einem weltweit einmaligen Projekt: einem Verbund von Windkraftwerken, einer Biogasanlage und Blockheizkraftwerken, die neben Strom auch Wärme für die Stadt Prenzlau liefern sollen. Der Clou dabei: Die Hybridanlage liefert eine konstante Grundlast. Als Speicher dienen sowohl Biogas als auch Wasserstoff, den überschüssiger Windstrom durch das Spalten von Wasser (Elektrolyse) erzeugt.

Das in großen Tanks gebunkerte Wasserstoffgas lässt sich auf zwei Wegen nutzen. Erstens vermischt mit dem chemisch ähnlichen Biogas (CH₄), um die Motoren der Blockheizkraftwerke zu betreiben. Diese produzieren Strom bevorzugt dann, wenn die Windkraft bei Flaute ausfällt.

Die Automobilindustrie träumt von Wasserstofftankstellen

Die zweite Option wäre, mit dem Wasserstoff Autos zu betanken. Schon seit Jahren investieren Staat und Industrie Milliarden in den Aufbau einer wasserstoffbetriebenen Fahrzeugflotte und in die Stromerzeugung mit Brennstoffzellentechnik. Seit 2008 läuft NIP, das Nationale Innovationsprogramm Wasserstoff und Brennstoffzellentechnologie, das die Bundesregierung mit 500 Millionen Euro speist. Die Industrie packt die gleiche Summe obendrauf und hat einen Verbund gebildet, die Clean Energy Partnership (CEP), der alle großen deutschen Automobilfirmen angehören, ferner Shell, Total, Linde und Vattenfall. Das NIP wird flankiert von Dutzenden Förderprojekten der Bundesländer, fast jedes Land bemüht sich um die saubere Wasserstoffwirtschaft.

Seit Jahren schwärmt die Automobilindustrie von einem Wasserstofftankstellennetz, das deutschlandweit tausend Stationen umfasst und eine große Flotte von Brennstoffzellenfahrzeugen bedient. Bläst an der See tagelang der Sturm, fließt Windstrom an die Elektrolyseanlagen, die Tankstellen bunkern Wasserstoff. Da Brennstoffzellenfahrzeuge auch große Akkus an Bord haben, also Hybride sind, können sie wie Elektromobile Billigstrom tanken und bei Windflauten als Stromerzeuger einspringen.

Jahrelang waren Elektroautos hauptsächlich ein Thema für Bastler, Idealisten, Weitvorausdenker. Dass batteriebetriebener Individualverkehr im großen Maßstab realistisch sei, wurde ihnen abgesprochen. Gleichzeitig erschienen die Wasserstoffträume von Herstellern wie BMW reiner Technikverliebtheit zu entspringen. Und die Stromversorger, so schien es, fühlten sich weder für das eine noch das andere zuständig. Nun aber planen Ökovisionäre genau für diese Zukunft, die Steckernormierer des VDE, Technologiezulieferer, Autobauer und Stromgiganten. Das hat Gewicht.

Der erste Schritt in diese Zukunft ist getan. Die rollende Batterie steht in der Montagehalle des schwäbischen Sportwagen-Veredlers Alois Ruf – in Form eines grün lackierten Porsche 911. In dessen Zentrum steckt waschmaschinentrommelgroß ein Elektromotor mit 270 Kilowatt Leistung und 950 Newtonmeter Drehmoment. Die Batterie hält 200 Kilometer weit, lässt sich innerhalb einer Stunde wieder aufladen. Ein Prototyp, einstweilen.

Doch Ruf arbeitet mit Siemens an einer Kleinserie. 2010 soll dieser eRuf auf den Markt kommen – das erste elektrische Fahrzeug mit »bidirektionalem Netzanschluss«, die rollende Batterie eben.

Mitarbeit: Andreas Sentker