Energiespeicher Sie träumen von der Megabatterie

Ingenieure forschen nach neuen Möglichkeiten, Strom zu speichern

Manchmal kommen einem die besten Ideen beim Duschen oder in der Kneipe. Vor sieben Jahren saß auch Christian Dötsch mit Kollegen abends nach der Arbeit beim Bier zusammen, diskutierte über seine aktuellen Projekte. »Damals ist uns aufgefallen, dass sich in Deutschland fast niemand mit Energiespeichern beschäftigt. Doch ohne diese Technik werden wir die Energieprobleme der Zukunft nicht lösen können«, sagt der 41-jährige Forscher vom Fraunhofer Institut Umsicht in Oberhausen: »Wir haben dann beschlossen, hier Forschung anzuzetteln, Fördermittel einzuwerben, Industriepartner zu überzeugen.«

Seitdem beschäftigt sich der Energie-Verfahrens-Ingenieur intensiv mit elektrischen Energiespeichern, vor allem mit sogenannten Redox-Flow-Batterien, sieben Doktoranden unterstützen ihn dabei. Die Technik ermöglicht es, die Leistung der Batterien individuell anzupassen und abzurufen. Die Energie speichern zwei Elektrolyte, die aufgeladen und in beliebig große Tanks gefüllt werden und dann bei Bedarf durch eine chemische Reaktion Strom liefern – zumindest theoretisch. Denn noch sind diese Batterien für eine breite Anwendung viel zu teuer, schon eine Demonstrationsanlage mit einem Megawatt beziehungsweise zehn Megawattstunden würde schnell fünf Millionen Euro kosten. Es wird noch Jahre dauern, bis sie für Energiekonzerne auch wirtschaftlich attraktiv werden. »Das Thema Energiespeicher wurde lange vernachlässigt, rückt aber jetzt in den Fokus von Forschung, Politik und Wirtschaft«, sagt Dötsch.

Bis zum Jahr 2020 will Deutschland den Anteil der erneuerbaren Energien auf 40 Prozent steigern, bis 2050 den Ausstoß von Kohlendioxid gar um 85 Prozent reduzieren. Doch was dem Weltklima guttut, stellt die Ingenieure vor große Probleme. Denn anders als Kohle- oder Kernkraftwerke bringen Solar- oder Windkraftanlagen keine konstante Leistung. Die Stürme über der Nordsee lassen sich nur bedingt vorausberechnen, und der Strombedarf der Bevölkerung orientiert sich erst recht nicht am Wetterbericht: Auch an windstillen Tagen wird gekocht, geheizt und gewaschen, Unternehmen brauchen Energie für ihre Produktion. Umgekehrt entsteht bei Starkwind ein immenser Überschuss, der nicht genutzt werden kann. Diese Differenzen werden in Zukunft zunehmen – und müssen ausgeglichen werden: durch ein flexibles, intelligentes Stromnetz - und leistungsfähige Speicher.

Neue Haushaltsgeräte sollen nur noch bei Stromüberschuss anspringen

Bislang wird Energie hauptsächlich in Pumpspeicherkraftwerken gespeichert, die bei einem Überschuss an Energie Wasser in ein höher gelegenes Becken pumpen. Wird zusätzlicher Strom gebraucht, treibt das ablaufende Wasser dann Turbinen und Generatoren an. Doch in Deutschland gibt es kaum noch geeignete Standorte, alle großen Energiekonzerne schauen nach Norwegen, wollen dort neue Anlagen errichten. »Es ist aber eine Illusion, zu glauben, dass Norwegen allein das Speicherproblem für ganz Europa lösen kann«, sagt Dötsch.

Das müssen nun – zumindest in großen Teilen – die Ingenieure leisten, die für diese Aufgabe aber noch nicht immer optimal ausgebildet sind. »Bislang gibt es im Energiebereich eine strikte Trennung zwischen Elektrotechnik und Maschinenbau. Energieingenieure, die sich mit Kraftwerken, Speichern und Netzen beschäftigen, sollten aber eigentlich beides können«, sagt Viktor Wesselak von der Fachhochschule Nordhausen, die als erste deutsche Hochschule im Jahr 2003 den Studiengang Regenerative Energietechnik eingeführt hat. Die Absolventen sollen in Zukunft ganz verschiedene Ansätze verfolgen, etwa auch intelligente Haushaltsgeräte entwickeln, die immer dann anspringen, wenn viel Strom verfügbar ist – Waschen kann man auch nachts. Rund 120 Studenten hat er bislang ausgebildet, beobachtet bei ihnen neben fachlicher Kompetenz auch ein großes gesellschaftliches Engagement: »Wenn es bei uns um fair gehandeltes Mensaessen oder das Semesterticket geht, sind die Energie-Leute immer vorn mit dabei«, sagt Wesselak.

Neue Ideen sind gefragt, denn auch bei klassischen Themen sind plötzlich ganz andere Probleme relevant, an denen lange nicht geforscht wurde. »Bei den Batterien müssen wir nun eigentlich noch mal ganz von vorn beginnen, das Rad um 20 Jahre zurückdrehen«, sagt Professor Monika Willert-Porada vom Lehrstuhl für Werkstoffverarbeitung an der Uni Bayreuth, die seit Jahren über Materialien für Lithium-Ionen-Batterien forscht. Bislang wurden diese vor allem in Computer oder Handys eingebaut, haben dort schon einen Wirkungsgrad von bis zu 95 Prozent. Um das Energieproblem zu lösen, müssen sie in Zukunft jedoch langlebiger und vor allem leichter sein, um etwa zuverlässig Elektroautos mit Strom zu versorgen. Da es – beim heutigen Stand der Dinge – unmöglich scheint, alle Netzschwankungen zentral über Großspeicher auszugleichen, sollen die Batterien in Zukunft auch die Schwankungen abpuffern. Autofahrer könnten nachts, zu günstigen Kosten, die Batterien aufladen und tagsüber dann die Wagen benutzen. Außerdem wird an »intelligenten Andockstationen« geforscht, an denen die Besitzer ihre Batterien auch entladen und den Strom verkaufen können.

Peter Igney macht gerade seinen Master in Automotive Components Engineering and Mechatronics und entwickelt in seiner Freizeit im Rahmen der selbst gegründeten Studenteninitiative E-Mobility einen vollelektronischen Rennwagen, der im kommenden Jahr am Hockenheimring starten soll. »Wir bekommen in letzter Zeit sehr viele Anfragen aus der Industrie zu unserem Projekt, das ist wichtig, da gerade die neue Speichertechnologie letztendlich auch wirtschaftlich interessant sein muss, um erfolgreich zu sein«, sagt der 26-Jährige.

Ein Unternehmen, das sich ausschließlich auf regenerative Energien und die damit verbundene Problematik konzentriert, ist die Enertrag aus dem brandenburgischen Gut Dauerthal, die in der Nähe von Prenzlau gerade ein bislang einzigartiges Hybridkraftwerk errichtet. Anfang 2011 soll es fertig sein. »Wir wollen unsere überschüssige Energie nicht nur speichern, sondern gleichzeitig Treibstoff gewinnen. Denn dort wird es in Zukunft ein massives Ressourcenproblem geben. Öl ist in dreißig Jahren keine Option mehr«, sagt Firmengründer Jörg Müller. Der 45-Jährige hat in den 1980er Jahren in Moskau Kernenergietechnik studiert, nun will er mit seiner Pilotanlage eine grüne Zukunftstechnik etablieren. Das Kraftwerk funktioniert als flexibler Regler: Die überschüssige Windenergie erzeugt in einem Elektrolyseur Wasserstoff, mit dem zum einen Wasserstoffautos betankt werden können. Der Rest wird Methangas beigemischt, das in einer kleinen Biogasanlage vor Ort erzeugt wird. Weht dann zu wenig Wind über Brandenburg, kann mit dem Gemisch wieder Strom erzeugt werden. »Das Verfahren ist eigentlich ziemlich banal und auch gar nicht so teuer. Ich denke, dass wir an unserer Wasserstofftankstelle einen Preis von 1,50 Euro pro Liter anbieten können«, sagt Müller. Doch noch läuft das Hybridkraftwerk nicht, ob sich die Technik durchsetzt, muss sich erst zeigen.

Eine andere Alternative, von der sich vor allem die Unternehmen viel versprechen, sind Druckluftspeicher. Eine von bislang weltweit zwei Anlagen steht in Huntdorf nahe Bremen und wird von E.on betrieben, eine weitere mit dem Namen Adele will nun RWE in einem Investoren-Verbund bis 2013 ans Netz bringen. Hierbei wird Luft bei einem Energieüberschuss in unterirdische Kammern gepresst, später dann durch Turbinen und Generatoren wieder »entlassen«. Bis zu einem Gigawatt kann eine solche Anlage speichern, das entspricht etwa der Leistung eines Kernkraftwerks. Die Technik an sich ist erprobt, geeignete Standorte sind jedoch schwer zu finden, die Investitionskosten sind hoch, zehn Millionen Euro stellen die Projektbeteiligten zur Verfügung.

Noch fährt der Elektroingenieur mit Biosprit

Billiger wäre es, mit einem ähnlichen Mechanismus Wasserstoff in unterirdischen Salzkavernen zu komprimieren, doch der Wirkungsgrad dieser Technik ist momentan noch viel zu gering, liegt bei nur 40 Prozent. »Es ist heute noch kaum abzusehen, welches Verfahren sich am Ende durchsetzt. In einigen Bereichen läuft noch die Grundlagenforschung, bei anderen geht es darum, die vorhandenen Techniken marktreif und rentabel zu machen«, sagt Bert Droste-Franke von der Europäischen Akademie Bad Neuenahr-Ahrweiler. Eine interdisziplinäre Forschergruppe versucht dort zurzeit, die Speichermöglichkeiten zu analysieren, die verschiedenen Probleme im Zusammenhang zu betrachten, auch Juristen und Politikwissenschaftler sind beteiligt.

Denn um die Energieversorgung in Zukunft zu sichern, sind nicht nur die Ingenieure, sondern ist auch die Gesellschaft insgesamt gefragt. »Wir werden alle umdenken müssen, unseren Stromverbrauch verringern und an die neue Situation anpassen«, sagt Viktor Wesselak von der Fachhochschule in Nordhausen. Der Elektroingenieur tankt, wenn möglich, Biosprit und wartet auf sein erstes Elektroauto. »Das Thema ist vor allem auch ein gigantisches Bildungsprojekt.«