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Neuartige Energiespeicher: Strom im Tank, im Meer, im Berg

Werden hohle Betonkugeln im Wasser versenkt, wie hier testweise in Konstanz, können Sie ähnlich wie ein Stausee Energie speichern.

Werden hohle Betonkugeln im Wasser versenkt, wie hier testweise in Konstanz, können Sie ähnlich wie ein Stausee Energie speichern.

Wenn erneuerbare Energien ohne Atomstrom unseren Bedarf an Strom decken sollen, braucht es neuartige Speicher. Wie das gehen kann, zeigt eine Anlage, die «Regio Energie Solothurn» am Montag in Zuchwil in Betrieb genommen hat.

Im Winter steht die Sonne nur wenige Stunden flach am Himmel. Im Sommer dagegen strahlt sie von morgens früh bis zum Abend prall auf die Solarzellenausser wenn gerade eine Wolke davor steht. Ob im Lauf des Tages oder über die Jahreszeiten: Solarstrom schwankt, dasselbe gilt für die Stromproduktion aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind und Wasser, auch sie sind vom Wetter und den Jahreszeiten abhängig, dies ist ihr grosser Nachteil.

Wenn sie die Atomenergie ersetzen sollen, wie dies das Schweizer Stimmvolk vor zwei Jahren beschlossen hat, müssen deshalb Lösungen gefunden werden, um Strom zu speichern.

Wie das gehen kann, zeigt eine Anlage, die «Regio Energie Solothurn» am Montag in Zuchwil in Betrieb genommen hat. Dort wird der überschüssige Strom aus erneuerbaren Quellen verwendet, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. Wasserstoff wäre an sich schon ein wertvoller Brennstoff. Doch weil der Bedarf an diesem Standort nicht hoch genug ist, wird ein Teil in einen Tank mit Mikroorganismen geleitet, die den Wasserstoff zu Methan umwandeln. Methan ist der Hauptbestandteil von Erdgas und kann in beliebigen Mengen ins Gasnetz eingespeist werden.

Die Schattenseite: Bei der Umwandlung geht Energie verloren. Mit der neuen Methanisierungsanlage ist Zuchwil einer der drei Standorte des europäischen Forschungsprojekts «Store & Go», mit dem derartige Technologien vorangebracht werden sollen. Noch ist diese sogenannte Power-to-Gas-Anlage im Solothurnischen nicht wirtschaftlich, sondern auf Unterstützung des Bundes und EU-Forschungsgelder angewiesen.

Erdgasnetz als Speicher

Thomas Schmidt, Leiter des Forschungsbereichs Energie und Umwelt am Paul-Scherrer-Institut und Professor an der ETH Zürich, rechnet damit, dass derartige Technologien an Bedeutung gewinnen werden. «Die Umwandlung von Strom zu Wasserstoff oder Methan ist die einzige Technologie, die es erlaubt, grosse Mengen Energie saisonal zu speichern und zu verschieben», sagt er. «Das Fantastische daran ist, dass das Gasnetz bereits besteht.» Denn zumindest wenn Methan produziert wird, kann das gesamte Erdgasnetz als Energiespeicher genutzt werden.

Aus dem Methan kann mittels Gasturbinen sogar wieder Strom erzeugt werden – allerdings mit erheblichen Verlusten. Effizienter ist in dieser Hinsicht eine andere Speichermethode, auf welche die Schweiz mit ihren Bergen und Flüssen spezialisiert ist: Pumpspeicherkraftwerke. In Zeiten, wo Strom im Überfluss vorhanden ist, wird dort mit elektrischen Pumpen ein Stausee in den Bergen gefüllt. Später kann das Wasser wieder zu Tal gelassen werden, um mit Turbinen Strom zu erzeugen. Das neuste derartige Werk der Schweiz, Nant de Drance im Wallis, soll im Herbst dieses Jahr in Betrieb gehen. Der Bundesrat bezeichnet die Pumpspeicherkraftwerke gar als «Batterie Europas», da sie Überschüsse aus anderen europäischen Ländern aufnehmen. Jedoch sind die Strompreise derzeit so tief, dass es neue Projekte schwer haben. Hinzu kommt, dass sie mit grossen Eingriffen in die Berglandschaft verbunden sind.

Flachere Länder sind allerdings auch nicht faul. So wird in Deutschland geprüft, ob in einem ausgedienten Kohlebergwerk im Ruhrgebiet ein unterirdischer Stausee angelegt werden könnte. Jede Menge Platz hätte es auch im Meer. Wie dort ein Energiespeicher aussehen könnte, hat ein Forschungsteam im Bodensee getestet.

Im November 2016 wurde bei Konstanz eine 20 Tonnen schwere hohle Betonkugel versenkt, die nach dem Prinzip eines Pumpspeicherkraftwerks funktioniert: Bei Stromüberschuss wird Wasser aus der Kugel gepumpt. Bei Strombedarf wird ein Ventil geöffnet, Wasser strömt ein und treibt eine Turbine an. Würden derartige Kugeln im Meer platziert, könnten sie die überschüssige Energie von Windparks aufnehmen. Es bräuchte dazu aber Dutzende oder Hunderte Kugeln, von denen jede einzelne zehn Mal grösser wäre als die Testkugel im Bodensee: dreissig statt drei Meter Durchmesser, drei Meter dicke Wände, 10 000 Tonnen schwer das Stück.

Praktischer wäre es, mit dem Strom könnten Speicher gefüllt werden, die nicht zuerst produziert und vor Ort gebracht werden müssen, sondern bereits da sind. Und tatsächlich haben Wissenschafter einen möglichen Energiespeicher im Meeresgrund ausgemacht: Sandstein. Dessen Poren sind natürlicherweise mit Salzwasser gefüllt. Bei Stromüberschuss, etwa im Sommer, könnte Druckluft in diese Poren gepumpt werden. Wenn im Winter der Strombedarf steigt, würde die Luft durch Turbinen geleitet und so Strom produziert. Geeignete Gebiete gibt es zur Genüge, wie eine soeben erschienene Studie der Universität Edinburgh zeigt. Allerdings wären die Kosten für die Bohrungen hoch.

Druckluft im Gotthard

Vom Prinzip her funktioniert das Speichern von Energie in Druckluft aber gut. Zwei kommerzielle Kraftwerke – eines in Deutschland, eines in den USA – tun es bereits seit Jahrzehnten, wobei sie die Luft in Salzkavernen pressen. Potenzial hätte auch die Schweiz, wie eine Tessiner Firma gezeigt hat: In einem Pilotprojekt im Jahr 2016 hat sie einen ausgedienten Gotthard-Stollen zu einem Druckluftspeicher umfunktioniert. Um einen solchen kommerziell zu betreiben, wäre aber noch eine Reihe von Verbesserungen nötig, wie sich in den Experimenten zeigte.

Thomas Schmidt vom Paul-Scherrer-Institut sieht dabei mehr kommerzielle Hürden als technische. Seiner Einschätzung nach ist es jedenfalls richtig, in diverse Richtungen zu forschen. «Man muss für verschiedene Anwendungen und Zeitskalen verschiedene Energiespeicher zur Verfügung haben.»

Dabei können sogar Batterien eine Rolle spielen – allerdings etwas grössere Modelle, als wir sie aus dem Alltag kennen. In Volketswil im Zürcher Oberland steht eine Batterie, die ungefähr die Fläche von zwei Tennis-Spielfeldern einnimmt. Ihre Aufgabe ist es, Schwankungen im europäischen Stromnetz auszugleichen – sie kann schneller reagieren als beispielsweise ein Pumpspeicherwerk.

Welche Speichertypen an Bedeutung gewinnen, hängt insbesondere davon ab, ob Europa die Energie künftig eher aus wenigen Grosskraftwerken (beispielsweise aus Windpärken in Nordeuropa und Nordafrika) bezieht oder aus vielen kleinen Kraftwerken. Im zweiten Fall könnten Power-to-Gas-Werke wie jenes in Zuchwil bald häufiger anzutreffen sein. «Die Technologie ist vorhanden», sagt Thomas Schmidt. «Wirtschaftlich wird sie, wenn grössere Stückzahlen gebaut werden.»

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