Von Kohlehalden und Wasserstoff
Energiespeicher – zentrale Elemente der Energieversorgung
Vorwort
Energiespeicher prägen unser Leben auf unterschiedliche Weise. Manchmal sind wir uns dessen direkt bewusst, so beim Einschalten des Laptops auf Reisen. Häufig jedoch betrachten wir die Energieversorgung als selbstverständlich und verschwenden kaum einen Gedanken daran. So ist uns selten direkt bewusst, dass wir uns mit dem Auto aufgrund eines stofflichen Energiespeichers, dem Benzin im Tank, fortbewegen. Selbstverständlich springt eine Notfallversorgung im Krankenhaus ein, sollte das Stromnetz zusammenbrechen. Wir haben natürlich darauf geachtet, dass der Warmwassertank in unserem Haus gut isoliert ist und auch nach Stunden immer noch heißes Wasser liefert. Speicher für Gas und Öl sorgen dafür, dass in einem harten Winter oder bei Lieferengpässen das normale Leben ungestört weitergeht. Deutschland verfolgt unter dem Begriff „Energiewende“ ein ambitioniertes Programm mit dem Ziel, die Energieversorgung zunehmend und schließlich fast vollständig auf erneuerbare Energien umzustellen, um die limitierten fossilen Ressourcen zu schonen und die Auswirkungen des anthropogen verursachten Klimawandels zu begrenzen. Dazu wird eine Reduzierung des energiegebundenen Ausstoßes von Kohlenstoffdioxid angestrebt. Gleichzeitig wurde als Ausdruck einer breiten gesellschaftlichen Willensbildung der Ausstieg aus der Nutzung der Kernenergie beschlossen. Die Herausforderung ist beeindruckend: Bezogen auf das Basisjahr 1990 mit 977 Millionen Tonnen Kohlenstoffdioxid soll der energiebedingte Kohlenstoffdioxid-Ausstoß 2030 um 55 Prozent auf 440 Millionen Tonnen Kohlenstoffdioxid und ab 2050 um 80 bis 95 Prozent auf höchstens 195 Millionen Tonnen Kohlenstoffdioxid sinken. Der Anteil der erneuerbaren Energien bei der Stromversorgung soll bis dahin auf 80 Prozent ansteigen. 1990 betrug der Anteil 1,3 Prozent und 2011 waren es 11 Prozent. Die Energieform „elektrischer Strom“ ist nur ein Teil unserer Energieinfrastruktur, zu der auch die Versorgung mit Kraftstoffen oder Erdgas gehört. Dabei wird ein Großteil der Primärenergie für die Bereitstellung von Wärme, zum Beispiel als Raum- oder auch Prozesswärme für industrielle Verfahren sowie für die Nutzung mechanischer Energie, hier insbesondere im Verkehrssektor, aufgewendet. Während sich für die Stromerzeugung Alternativtechnologien zu den thermischen Kraftwerken abzeichnen, sind die Herausforderungen in den anderen Bereichen als noch größer einzuschätzen. Die Integration eines wachsenden Anteils fluktuierender erneuerbarer Energien in ein Energiesystem stellt große Herausforderungen an die Netze beim Aufnehmen und Verteilen sowie an die Netzsteuerung. Nicht-grundlastfähige Technologien, wie Solarthermie, Photovoltaik oder Windstrom, erzeugen die nutzbare Energie, wenn die Sonne scheint oder der Wind bläst, jedoch nicht notwendigerweise, wenn wir gerade die Espressomaschine einschalten möchten. Gleichzeitig stellen wir den Anspruch, Energie zu jeder Zeit in der Form und den Mengen, die wir gerade brauchen, bezahlbar zur Verfügung zu haben. Der effiziente Einsatz von Energiespeichern kann hierbei einen wichtigen Beitrag leisten, um die Bereitstellung erneuerbarer Energie und den Energieverbrauch besser aneinander anzugleichen. Ziel ist die sichere Bereitstellung der benötigten Energie zu akzeptablen Kosten für gewerbliche und private Verbraucher. Dabei ist gegenwärtig noch unklar, mit welchen Kosten der verstärkte Einsatz von Energiespeichertechnologien verbunden sein wird. Im Rahmen der Stromversorgung werden heute hauptsächlich Wasserpumpspeicher eingesetzt. Für Notfallanwendungen, aber auch mobile Konsumentenanwendungen kommen elektrochemische Speicher zum Einsatz. Im Gegensatz zum Strom findet die Speicherung von Wärme in thermischen Speichern bisher nur eingeschränkt statt. Stoffliche Speicher auf der anderen Seite bilden ein weniger sichtbares Rückgrat unserer Energieversorgung: Von der Kohlehalde am Kraftwerk über das Benzin im Tank oder dem Gas in der Leitung. Wir sind uns häufig nicht direkt bewusst, dass wir mit der Nutzung von nicht wiederaufladbaren fossilen Energieträgern, also Biomasse, in der vor Millionen von Jahren Sonnenenergie chemisch gespeichert wurde, de facto „stoffliche Energiespeicher“ einsetzen. Umgekehrt wird aber die Funktion sofort offensichtlich, wenn es um die künstliche Herstellung von Energieträgern geht, zum Beispiel um die Herstellung von Wasserstoff in „Power-to-Gas“-Technologien. Diese Broschüre erläutert die verschiedenen Bereiche mit ihren Konzepten und das Potenzial der Energiespeicher-Technologien. Die Autoren der einzelnen Beiträge sind verantwortlich für den jeweiligen Inhalt. Ihre Meinungen und Positionen sind nicht zwangsläufig identisch mit den Meinungen und Positionen der Organisationen, die diese Broschüre herausgeben. Die herausgebenden Organisationen hoffen darauf, dass diese Broschüre bei Ihnen Interesse am Thema weckt und Sie zur weiteren Vertiefung anregt.