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POWER TO X – LÖSUNGSANSATZ

Wir haben erfahren, dass der Strom entweder gespeichert oder in einen anderen Energieträger gewandelt werden muss. Entscheidend sind dabei der Wirkungsgrad und die Kosten des Gesamtprozesses. Die Ansprüche sind hoch. Weder Energie noch Geld soll verschenkt werden. Und Lösungen dürfen nicht zulasten der Umwelt ausfallen.

POWER TO POWER

Eine einfache Speicherung von Strom wäre der Königsweg. Jeder von uns benutzt täglich Batterien oder Akkus. Strom rein, Strom raus – eine sehr attraktive Lösung, technisch unproblematisch umsetzbar. Und der Strom muss nicht zusätzlich noch gewandelt werden. Was spricht gegen eine großtechnische Umsetzung? Ganz einfach: der Kostenfaktor. Vor diesem Problem stehen auch die Entwickler der Elektromobilität. Die hohen Kosten der Akkus erhöhen den Gesamtpreis des Fahrzeugs und machen den Kauf für die Verbraucher noch unattraktiv.

Wir müssen den Strom also wandeln. Eine Lösung wäre dabei das sogenannte Pumpspeicherkraftwerk. Überschüssiger Strom wird dabei genutzt, um Wasser in ein höher gelegenes Reservoir zu pumpen. Man wandelt also Strom zunächst in potenzielle Energie (Lageenergie) um. Wird er benötigt, lässt man das Wasser abfließen und setzt die Lageenergie in Bewegungsenergie um. Eine Turbine erzeugt daraus dann wieder Strom. Doch leider bietet Deutschland nicht genügend geeignete und umweltverträgliche Standorte für Pumpspeicher dieser Art.

Denkbar wäre auch, den Strom zur Erzeugung von Druckluft zu verwenden und diese dann bei Bedarf in einer Turbine wieder zu verstromen. Alternativ kann der Strom auch zur Beschleunigung einer rotierenden Schwungmasse genutzt werden. Mit Hilfe eines Generators lässt sich durch das Abbremsen der Masse aus der in ihr gespeicherten Bewegungsenergie wieder Strom erzeugen.

Aber beide Technologien scheitern an einer praktikablen Realisierung. Sie bleiben Nischenanwendungen, die für den großtechnischen Einsatz eher ungeeignet sind.

POWER TO HEAT

Mit hohem Wirkungsgrad und zugleich technisch einfach und günstig umzusetzen ist die Umwandlung von Strom in Wärme. Was im kleinen mit dem Tauchsieder oder Wasserkocher funktioniert, kann auch in großem Maßstab realisiert werden. Nur hängt in diesem Fall ein wesentlich größerer Tauchsieder im Speisewassertank eines Fern- oder Nahwärmenetzes. Außerdem ist er verständlicherweise viel leistungsstärker. Bei diesem Power to Heat genannten Konzept wird der Zeitpunkt des Stromüberschusses von der Nutzung der Heizwärme entkoppelt. Das erwärmte Wasser lässt sich in isolierten Behältern bis zum Gebrauch hervorragend speichern. Die Umsetzung des Konzepts in Ein- oder Mehrfamilienhäusern ist ohne Frage möglich.

Nicht ohne Grund erinnert dieses Prinzip an die mit Strom betriebenen sogenannten Nachtspeicherheizungen, die früher in zahlreichen Wohnungen zum Standard zählten. Aufgrund des hohen Primärenergieverbrauchs und der damit verbundenen Emissionen waren sie über viele Jahre allerdings verboten. Im Jahr 2013 wurde das Verbot wieder aufgehoben. Ihr entscheidender Vorteil, regenerativ erzeugten Überschussstrom sinnvoll zu nutzen, überzeugte – und führte zu weiteren Entwicklungen. So kann der Strom zum Betrieb einer Wärmepumpe oder zur Unterstützung einer Solarthermieanlage eingesetzt werden.

Mit Strom zu heizen, ist also grundsätzlich kein Problem. Allenfalls physikalisch, da es verschwenderisch erscheint, den hochwertigen Strom in minderwertige Wärme umzuwandeln. Dieses Argument relativiert sich jedoch schnell vor dem Hintergrund der enormen finanziellen Aufwendungen für die „Entsorgung“ überschüssigen Stroms. Ein kleiner Schritt in die richtige Richtung also? Zudem bleibt die Frage unbeantwortet, wo in Zukunft die Heizwärme erzeugt werden soll, wenn keine fossilen Energieträger mehr genutzt werden sollen und die Biomasse nicht ausreicht. 

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POWER TO GAS

Ein weiterer vielversprechender Ansatz ist das Power to Gas Verfahren. Dabei wird zu viel produzierter Strom in einer Elektrolyse eingesetzt, um Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zu zerlegen. Da bei seiner Verbrennung keine Emissionen freigesetzt werden, ist Wasserstoff ein umweltfreundlicher Energieträger. Ein weiterer Vorzug zeigt sich in der Vielfalt seiner Speichermöglichkeiten. Er kann sowohl in speziellen Tanks gelagert als auch in das Erdgasnetz eingespeist werden. Doch auch hier bestehen Einschränkungen. Eine Einspeisung von reinem Wasserstoff in das Gasnetz kann nur in dem Maße erfolgen, in dem sich die Gasbeschaffenheit vor Ort nicht wesentlich ändert. Deshalb fiel die Entscheidung, noch einen Schritt weiter zu gehen und eine sogenannte Methanisierung des Wasserstoffs durchzuführen. Das so hergestellte synthetische Erdgas kann einfacher eingespeist werden. Als Kohlenstoffquelle dient hier beispielsweise CO2 aus einer Biogasanlage. Der Vorteil des Verfahrens liegt in der bereits bestehenden, flächendeckend verfügbaren Infrastruktur des Erdgasnetzes. Ist genügend Biomethan im Erdgasnetz gespeichert, können Gaskraftwerke dann eventuelle Versorgungslücken ausgleichen und den fehlenden Strom bereitstellen. Dem Einsatz des Biomethans zu Heiz- oder Mobilitätszwecken steht ebenfalls nichts im Wege. In einem weiteren Prozessschritt (Power to Liquid) kann das produzierte Gas auch verflüssigt werden.
Sind also bereits alle Probleme gelöst? Leider nein. Der Ansatz klingt zwar vielversprechend, aber die Wirkungsgrade der Prozesskette können noch nicht zufriedenstellen. Die Forscher haben glücklicherweise ja auch noch etwas Zeit, bis die Lösungen einsatzbereit sein müssen.

FAZIT

Strom verfügt über eine ganze Reihe an Qualitäten. Direkt oder über Umwege kann er auch dem Heizen und Mobilitätslösungen dienen. Die Entwicklung zeigt einen eindeutigen Trend: Die gesamte Energieversorgung wird komplexer, einst getrennte Systeme wachsen zusammen. Deshalb ist als Masterplan ein systemischer Ansatz vonnöten, der alle Teilprozesse betrachtet und miteinander verknüpft. Ein entscheidender Faktor bleibt die Bezahlbarkeit der benötigten Energie für jeden. Die Effizienz der Konzepte wird sich deshalb an finanziellen Größen messen lassen müssen.
Insbesondere die Politik ist gefordert, Stellung zu beziehen und tragfähige Lösungen konsequent umzusetzen. Nur so lassen sich stabile Rahmenbedingungen für Investitionen schaffen.
Wenn die Technologien erst einmal entwickelt sind und eine rein regenerative Energieversorgung Realität geworden ist, werden wir auch wirtschaftlich von unseren Investitionen profitieren. Bei aller Euphorie dürfen wir aber nicht vergessen, dass die Energiewende eine große Herausforderung darstellt, die Anstrengungen vieler Beteiligter erfordert. Doch der Aufwand lohnt sich, weil Klimawandel und schwindende Ressourcen den künftigen Spielraum bestimmen.