Speicherung der erneuerbaren Energie als Schlüssel zur Lösung?

Unsere Sonne ist die eigentliche, zentrale Energieversorgung der Erde. Ohne die seit Jahrmilliarden andauernde Kernfusion unseres Zentralgestirns wäre kein Leben auf dem Planeten Erde möglich. Das darf man nicht vergessen, wenn man die Formen von Sonnenenergie als “Neue Erneuerbare Energie” in welcher Form auch immer abzuschöpfen gedenkt:

  • Wärmegewinnung über Solarkollektoren
  • Stromgewinnung über Photovoltaik
  • Stromgewinnung aus der kinetischen Energie im Wind

Bei der Wärmegewinnung über Sonnenkollektoren ist der wohl effizienteste Speicher das Wasser. Wärmeenergie kann heute relativ gut gewonnen und gespeichert werden. Es ist nur verwunderlich, dass diese Technologie sich nicht im grossen Rahmen durchsetzt. Denn sie ist weitgehend ausgereift und könnte einen spürbaren Teil an den Energiebedarf unserer Haushalte beitragen. Warum stürzen sich dann trotzdem die meisten “Pioniere” auf die unausgereiften und oftmals wirkungslosesten Technologien der Photovoltaik und Windenergie?

Vielleicht liegt es an der Tatsache, dass für den Einsatz von Wärmeenergiegewinnung aus Sonnenenergie keine staatliche Subvention ausgeschüttet wird. Abgesehen von bescheidenen, einmaligen Beiträgen ist es weder für die Industrie noch für den Betreiber finanziell interessant, solch ausgereifte Technik einzubauen. Sie amortisiert sich in der Regel erst nach etwa 10 Jahren. Das wahre Geld liegt in der “Kostendeckenden Einspeiseverfügung”, wie sie in ganz Europa dem Geldbeutel der Allgemeinheit abgezweigt und den wenigen glücklichen Pfründenjägern einer pseudogrünen und weltverbesserlichen Gruppe von Gewinnlern des heraufbeschwörten Klimawandels wieder in den Sack gesteckt wird. Sie wird bezeichnenderweise nicht in ausgereifte Technik, sondern “als Anschubhilfe” in Projekte mit fraglicher Zukunft und noch fraglicherer Nachhaltigkeit investiert. Und weil es den meisten dieser “Pioniere” lediglich um das Sammeln von Geld und Einfluss geht, kommt die Energiegesellschaft kaum einen Schritt weiter. Das hat in Deutschland dazu geführt, dass Quadratkilometer von Hausdächern mit billigen, ineffizienten, in der Produktion die Umwelt stark belastenden Photovoltaikpanels verbaut wurden. Wirkung für CO2-Emission und Entwicklung: Gleich Null!  Wirkung für die Stromkonsumenten: In Deutschland steigen die Strompreise regelmässig an und sind heute mit die höchsten in ganz Europa.  Ein Vorgehen, dass geschichtskundige Menschen nicht überrascht. Das war schon immer so.  Wenn man künstliche Geldanreize schafft, sind die Räuber nicht weit. Das ist schon einmal grundsätzlich der falsche Ansatz. Er hat bisher schon an die 60 Milliarden Euro gekostet. Allein in Deutschland!

Um die aus der Sonne gewonnene Stromenergie für schlechtere Zeiten aufzuheben, benötigen wir die Umformung in eine Zwischenform der Energie, die speicherbar ist: Gravitation oder chemische Speicherung. Das Erste sind klassischerweise die Speicherseen. Das Letztere sind z.B. ganz normale Batterien.

Batterien könnten die Schwankungen der Leistung überbrücken und würden die Zuverlässigkeit der notorisch unzuverlässigen erneuerbaren Energiequellen aus Sonnenenergie erhöhen . Lasst uns diese bisher unausgereifte Technik einmal genauer betrachten. Denn die Lösung einer zuverlässigen, effektiven und umweltschonenden Speicherung von Strom wäre nichts weniger als das Ei des Kolumbus!

Batterien gibt es schon sehr lange. Selbst die Babylonier sollen sie gekannt haben. Für unsere Zeit wurde sie aber erst zu Beginn des 19. Jahrhunderts entdeckt. Mangels Anwendungen sollte es weitere hundert Jahre dauern, bis die Trockenbatterie durch Paul Schmidt in Berlin erfunden werden sollte. Seither gibt es unzählige Varianten, die praktisch alle unter einem oder mehreren Nachteilen zu leiden haben:

  • Selbstentladung
  • Kurze Lebensdauer
  • Giftig und gesundheitsschädlich für die Umwelt
  • Seltene, schwer zu beschaffende chemische Elemente werden benötigt
  • Teuer in der Herstellung oder Unterhalt

Man könnte wahrscheinlich noch mehr Nachteile finden. Beschränken wir uns auf diese fünf entscheidenden Nachteile für die Erklärung, warum die Produktion von Strom durch erneuerbare Energie aus Sonnenenergie bisher nicht wirklich zufriedenstellend funktionieren kann. Ohne die Möglichkeit der Speicherung ist Strom nur dann nutzbar, wenn er im gleichen Moment produziert wird. Entweder sofort oder gar nicht. Kann produzierter, nicht verbrauchter Strom nicht gespeichert werden, geht er nutzlos und spurlos verloren. Windräder mögen Megawatt von Strom produzieren, wird dieser nicht verbraucht, ist er unnütz und verloren. Stehen die Windräder – wie in der Schweiz üblich – an 6 von 7 Tagen die Woche still, müssen konventionelle Kraftwerke übernehmen. Und weil die Produktion von Strom durch Sonnenenergie (Wind gehört dazu) dermassen unsicher und unzuverlässig ist, kann damit praktisch gerade mal ein bisschen “konventioneller Strom” aus Gas, Atom, Wasser oder Kohle eingespart werden. Eine funktionierende chemische Speichertechnologie würde dies schlagartig ändern. Gibt es denn schon so eine Technologie? Ja, es gibt sie, aber …

Die Vanadium-Redox Batterie

Anstatt sich hier nun mit allen möglichen Batterietypen herumzuschlagen, kommen wir gleich auf das Wesentliche zu sprechen: Es gibt schon länger eine Form der Stromspeicherung, die praktisch keine der fünf Nachteile hat. Die Vanadium-Redox Batterie. Vereinfacht gesagt, wird die Energie in Form von gelösten Vanadiumsalzen gespeichert. Durch die Ladung verändert sich der oxydative Zustand des gelösten Vanadiums. Bei der Entladung wird diese Reaktion umgekehrt. Schauen wir uns das Verhalten der Batterie unter dem Gesichtspunkt der “Fünf Nachteile von Batterien” an:

Selbstentladung

Die Entladung ist noch nicht optimal gelöst. Um auch längere Flauten bei Wind- und Solartechnik überbrücken zu können, muss die Selbstentladung noch verbessert werden.

Kurze Lebensdauer

Hier ist die Vanadium-Redox Batterie gegenüber allen anderen Batterieformen klar im Vorteil. Die Lebensdauer wird heute auf ca. 20 Jahre veranschlagt. Das ist die Grundlage einer annehmbaren Amortisation und hat wichtige wirtschaftliche Vorteile.

Giftigkeit

Vanadium kommt im Erdmantel relativ häufig vor. Die Bestandteile der Batterie sind zwar nicht unproblematisch, enthalten aber praktisch keine Schwermetalle und sind fast vollständig reziklierbar. Eingeatmeter Vanadiumstaub wirkt karzinogen und ist entzündlich.

Seltenheit der verarbeiteten Resourcen

Vanadium ist kommt in gediegener Form nicht vor und muss mit aufwändigen Verfahren in reiner Form gewonnen werden. Das heisst, die Resource ist genügend vorhanden, der auch energetische Auwand für die Gewinnung ist hoch. Das relativiert sich durch die Tatsache, dass das benützte Vanadiumoxyd wiederaufbereitet werden kann und somit nicht verloren geht.

Kosten der Herstellung und Unterhalt

Die Vanadium-Redox Batterie ist in der Anschaffung sehr teuer. Das Batteriemanagement benötigt eine komplexe Infrastruktur, die aber immerhin schon in der Grösse eines Standardcontainers untergebracht werden kann. Der Unterhalt ist auch relativ aufwendig. Die Firma Cellstrom (http://www.cellstrom.com) bietet Module schon ab ca. CHF 130’000.- an, die eine Leistung von 10 KW und eine Kapazität von 100 KWh verwalten. Das wäre eine interessante Grösse auch für Einfamilienhäuser. Die Kosten lassen weder eine sinnvolle Amortisation noch einen ökonomischen Betrieb zu.

Fazit

Die Vanadium-Redox Batterie hat zwar viele Vorteile gegenüber anderen Batterietypen. Eine Lösung für das Problem der Stromspeicherung und -Pufferung für das Netz ist damit aber noch nicht erreicht. Das Potenzial dazu hat diese Technologie aber schon. Kritisch ist der Anschaffungspreis und die noch ungelöste Selbstentladung dieser Batterietechnik. Grüne Ideologen und Atomkraftgegner setzen zu unrecht auf diese Technik. Es ist aber sicher richtig, dass wenn die oben formulierten Probleme entwicklungstechnisch gelöst sind, die ökonomische Erzeugung von Erneuerbarer Energie aus Sonne und Wind einen wesentlichen Schritt weiterkommt.

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