Forschung am Superspeicher

Die Suche nach dem Super-Speicher

Von Anja Sokolow · 2013

Wohin mit der Energie? Bundesweit arbeiten Forscher an noch leistungsfähigeren und preiswerteren Speichern, als es sie heute gibt.

 Ein USB-Stick. Die Forschung am Superspeicher schreitet voran

An bewölkten Tagen nützt vielen Besitzern von Photovoltaikanlagen die alternative Technik nicht. Sie müssen auf den Strom aus der Steckdose zurückgreifen. Die Ökostromproduzenten stehen mit ihrem Problem nicht allein da: Noch fehlt es an vielen Stellen an bezahlbaren und effektiven Energiespeichern. Auch Autobatterien sind längst noch nicht so leistungsstark, dass sie es mit herkömmlichen Kraftstoffen aufnehmen könnten. Und für große Windkraft- und Solaranlagen gibt es ebenfalls noch keine hinreichenden Speicher, die dafür sorgen, dass der an windigen und sonnigen Tagen produzierte überschüssige Strom gespeichert und bei Windstille und Schatten ins Netz gespeist werden kann – ein Problem, das als größte Herausforderung der Energiewende in Deutschland gilt.

Bundesweit arbeiten Forscher an neuen Lösungen – auch im Institut für Energie- und Klimaforschung Jülich. „Um mit einer Lithium-Ionen-Batterie 1000 Kilometer weit mit dem Auto fahren zu können, bräuchte man heute eine gigantische Batterie von etwa 700 Kilo“, sagt Institutsleiter Hans Peter Buchkremer. „Für den mobilen Einsatz sind Batterien heute einfach noch zu schwer und zu teuer“, beschreibt er die größten Probleme. Er arbeitet mit seinen Kollegen an einem Akku, der in Zukunft die zehnfache Energiedichte speichern soll. Die Wissenschaftler setzen ihre Hoffnungen in einen Lithium-Luft-Akku, bei dem der benötigte Sauerstoff aus der Umgebung entnommen wird.

Ohne Speicher keine Energiewende

„Außerdem arbeiten wir an Festkörper-Batterien, die ganz ohne Flüssigkeiten auskommen“, sagt Buchkremer. Noch hätten die klassischen Lithium-Akkus, die sich auch in Smartphones und Laptops finden, nämlich ein Sicherheitsproblem. Bei Überladung oder Kurzschluss könnten die flüssigen Elektrolyte stark überhitzen. Eindrucksvoll sei das beim Dreamliner von Boeing zu beobachten gewesen. Die Batterien hatten schon während der Entwicklung einen Großbrand verursacht.

Buchkremer hofft, dass die Jülicher Entwicklungen in zehn bis 15 Jahren serienreif sind und unter anderem Besitzern kleiner Solaranlagen oder Autofahrern zugutekommen können. Welche Lösungen am Ende das Rennen machen, sei noch ungewiss: „Vielleicht teilen sich künftig Brennstoffzellen und Batterien fürs Auto den Markt.“ An eine Neuentwicklung glaubt er aber fest: Hochtemperaturbatterien auf der Basis von Metall-Metalloxid-Verbindungen. „Diese Batterie funktioniert zurzeit nur bei mehr als 600 Grad Celsius und könnte zum Beispiel in der Stahlindustrie zum Einsatz kommen, wo viel Wärme produziert wird“, sagt er. Außerdem habe sie Potenzial für große Speicherkapazitäten.

200 Millionen für den Superspeicher

Um sowohl für Industrie als auch Verbraucher im großen Stil und langfristig eine gleichmäßige Stromversorgung aus erneuerbaren Energien zu sichern, hat die Bundesregierung 2011 die „Förderinitiative Energiespeicher“ gestartet. Schließlich soll bis 2050 80 Prozent des Stromverbrauchs aus Wind, Sonne oder auch Biomasse kommen. Bereits jetzt sind fehlende Speicher aber ein Problem: 2012 wurde laut einem Bericht des Bundesforschungsministeriums an 18 Tagen überschüssiger Strom zu negativen Preisen gehandelt. Abnehmer bekamen sogar noch Geld geschenkt für bezogenen Ökostrom, damit die Leitungen nicht überlaufen. „Obwohl bereits heute Pumpspeicherkraftwerke wirtschaftlich betrieben werden, befindet sich eine Vielzahl der Technologien noch im Grundlagenstadium oder in der Entwicklungsphase“, erklärt ein Sprecher des Bundesforschungsministeriums.

Sein Haus stellt noch bis zum nächsten Jahr insgesamt 200 Millionen Euro bereit für die Forschung in diesem Bereich bereit. Wissenschaftler in 100 Verbundprojekten arbeiten an neuen Technologien, denn Pumpspeicherkraftwerke können nicht großflächig gebaut werden. Andere Technologien seien noch im Grundlagenstadium oder der Entwicklungsphase. Dazu zählten thermisch optimierte Druckluftspeicher, bei denen durch die Zwischenspeicherung der anfallenden Wärme der Wirkungsgrad erhöht wird, sowie Redox-Flow-Batterien. An solchen arbeiten etwa Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik in Oberhausen. Die Batterien gelten als kostengünstig, robust, langlebig und lassen sich individuell anpassen. Außerdem sind sie laut Institut in der Lage, Schwankungen bei erneuerbaren Energien auszugleichen und eine stetige Versorgung zu sichern.

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