Innovationslabor: So werden erneuerbare Energien gespeichert

So viel ist klar: Eine erfolgreiche Energiewende braucht Speicher. Insbesondere in Regionen, in denen aus erneuerbaren Quellen mehr Energie erzeugt als verbraucht wird und weitergeleitet werden kann, ist Energiespeicherung von großer Bedeutung. Daher wundert es nicht, dass sich Forschende der Hochschule Flensburg dieses Themas angenommen haben. Im Projekt „Innovationslabor: Speicher zur Nutzung erneuerbarer Energien im echten Norden“ werden verschiedene Speichertechnologien entwickelt und erprobt – zu Land, zu Wasser und in der Luft.

Zu Land: Die zeitlich schwankende elektrische Energiebereitstellung aus Windkraft- oder Photovoltaikanlagen stellt die Netzinfrastruktur hinsichtlich ihrer Stabilität vor Herausforderungen. Immer weniger rotierende Massen, wie Turbinen in Kraftwerken, sorgen mit ihrer inhärenten Trägheit für den kurzfristigen Ausgleich von Frequenzschwankungen im Netz. Clemens Jauch hat die Lösung: Ein Gerät, das schon am Netz angeschlossen ist – ein Lüfter, eine Pumpe –, wird um einen Energiespeicher erweitert. „Der nimmt überschüssige Energie aus dem Netz auf und speist sie bei Frequenzabfall wieder ein“, erklärt der Professor für Windenergietechnik. Dazu hat Jauch ein hydraulisches Schwungrad mit variablem Massenträgheitsmoment entwickelt – und patentieren lassen. Das Prinzip: Mittels Flüssigkeit und komprimiertem Gas wird über einen Drehzahlabfall Energie freigesetzt und ins Netz eingespeist. Ein weiterer Vorteil liegt auch im geringen Verschleiß: Es werden keine beweglichen Bauteile verwendet. Die Materialien sind zudem weder rar noch umweltschädlich. „Wir brauchen keine seltenen Erden oder Ähnliches“, so Jauch, der nun verschiedene Demonstratoren entwickelt, um die Technik in Wirtschaft und Gesellschaft zu bringen.

Zu Wasser: Energiespeicher sind aus Sicht von Michael Thiemke auch Kraftstoffe. Der Professor für Verbrennungs­kraft­maschinen denkt dabei an Ammoniak: „Es kann absehbar eine Lösung für den Antrieb in der Schifffahrt sein.“ Denn Ammoniak emittiert bei der Verbrennung kein CO₂ und ist als synthetisch erzeugter Kraftstoff leichter herstellbar als Kohlen­wasser­stoff. Voraussetzung für Nachhaltigkeit ist hierbei natürlich die Verwendung erneuerbarer Energien. Allerdings weist die chemische Verbindung Nachteile und technische Heraus­forderungen auf. Aufgrund seiner Energie­dichte etwa stellt die Verbrennung von Ammoniak die Bevorratung auf kleineren Schiffen vor Probleme. Zudem ist Ammoniak ausgesprochen giftig und kann bei Verbrennung geringe Mengen an Lachgas bilden, was der Idee eines klima­neutralen Kraft­stoffes entgegen­steht. Wie ein umweltsicheres Gesamt­system aussieht, um die Vorteile zu nutzen und die Nachteile zu begrenzen, ist Ziel von Thiemkes Forschung. Dabei will er die Gesellschaft ins Boot holen, will aufzeigen, dass es nicht die eine einfache Lösung gibt, sondern best­mögliche Ergebnisse für bestimmte Bereiche: „Für die Schiff­fahrt kann das in Teil­bereichen Ammoniak sein. Das gilt es ergebnis­offen zu prüfen.“

Die Transparenz, die bei Thiemke mitschwingt, ist zentraler Ansatzpunkt bei Ilja Tuschy. „Nur transparente Lösungen, die verschiedene Akteure gemeinsam tragen, sind gute Lösungen“, sagt der Professor für Energie­technik. Er hat sich in den vergangenen Jahren intensiv mit der Wärmewende – also der Erzeugung von Wärme durch erneuerbare Energien – befasst. Die Forschung hat für Speicher in Wärmenetzen viele Open-Source-Planungs­werkzeuge hervor­gebracht. Die sollen nun der Allgemeinheit zur Verfügung gestellt werden. „Wir passen die Experten-Tools so an, dass Menschen, die sich mit Fragen der Wärme­speicherung oder der Gestaltung des Wärme­netzes befassen, sie leichter nutzen können“, erklärt Tuschy. So können alle am Entscheidungs­prozess Beteiligten – Bürger, Planer, Politiker – auf Augenhöhe breit akzeptierte Lösungen finden. Tuschy hofft, dass so schneller und besser getroffene Entscheidungen die Wärmewende in der Breite beschleunigen.

In der Luft: Wiktoria Vith möchte CO₂ aus Abgasen ziehen und chemisch speichern. Wo Verbrennungs­abgase entstehen, etwa bei der Energie­produktion oder perspektivisch auf Schiffen, soll CO₂ isoliert und als eine Salz­lösung vorüber­gehend gebunden werden. Dadurch ist es stabil und leicht zu transportieren. „Wir haben einen chemischen Speicher, bevor daraus CO₂ abgetrennt und zur weiteren Energie­herstellung genutzt wird“, erklärt die Professorin für Verfahrens­technik. So wird das CO₂ in einem zweiten Schritt in einem Elektrolyseur behandelt – und es entsteht Wasserstoff, der sofort genutzt werden kann. „Das ist ein großer Benefit“, sagt Vith. Gleichsam ein Payback für die viele Energie, freilich grüne Energie, die ein Elektrolyseur benötigt. Das übrige Gemisch eignet sich nach weiteren Behandlungen zur Herstellung von E-Fuels. Dieser Schritt ist allerdings nicht Teil des Projekts. Vith geht es darum, den Prozess in einem Scrubber zu skalieren, mögliche Hindernisse zu identifizieren. Dort, wo im kleineren Rahmen Abgase mit CO₂ entstehen, kann sich Vith den Einsatz der kostspieligen Anlagen vorstellen. Denn wenn der CO₂-Preis steigt, mache es Sinn, Geld in CO₂-capture -Technik zu investieren.

Die Forschenden der Hochschule beschäftigen sich mit der Erprobung unterschiedlicher Speicher­technologien. Am Ende eint alle, diese für die praktische Anwendung vorzubereiten. Aber auch in die Gesellschaft mit ihren unter­schiedlichen, konträr handelnden Akteuren tragen Thiemke, Jauch, Vith und Tuschy ihre Erkenntnisse. „Wir wollen ein gesellschaftlich offenes Umfeld errichten, in dem die richtigen Entwicklungs­entscheidungen zur Schaffung von Energie­speichern diskutiert und vorbereitet werden können“, erklärt Projekt­leiterin Heike Bille. „Hierdurch lässt sich eine zentrale und aktuelle gesellschaftliche Herausforderung adressieren und für die notwendigen Transformations­technologien die Akzeptanz in der Gesellschaft und der Wirtschaft gewinnen beziehungs­weise steigern. So leisten wir einen erheblichen Beitrag zum Gelingen der Energie­wende.“