Das Weltwirtschaftsforum (WEF) bat eine Gruppe internationaler Technologieexperten, die diesjährigen Top 10 der aufstrebenden Technologien zu ermitteln. Nachdem die Gruppe bei weiteren Experten auf der ganzen Welt Nominierungen eingeholt hatte, bewertete sie Dutzende von Vorschlägen gemäß einer Reihe von Kriterien. Haben die vorgeschlagenen Technologien das Potenzial, den Gesellschaften und Volkswirtschaften einen großen Nutzen zu bringen? Könnten sie die etablierten Vorgehensweisen ändern? Werden sie in den nächsten Jahren voraussichtlich erhebliche Fortschritte machen? „Technologien, die heute entstehen, werden die Welt morgen bald und weit in die Zukunft gestalten – mit Auswirkungen auf die Wirtschaft und die Gesellschaft insgesamt”, sagte Mariette DiChristina, Chefredakteurin von Scientific American und Vorsitzende des Emerging Technologies Steering Committee. Auf der Suche nach den Ursprüngen der Innovation wird IO die Top-10 der aufkommenden Technologien des WEF in einer 10-teiligen Serie präsentieren. Heute Teil 10: Speicherung erneuerbarer Energien.
Die gesamte Serie finden Sie hier.
Wenn man das Wort „Batterie” in das interne Suchfeld von IO eingibt, ist die Anzahl der Artikel überwältigend. Es ist ein Beweis für die Bedeutung und die ständige Suche nach Lösungen im Bereich der Energiespeicherung. Nicht weniger als 150 Artikel zu allen möglichen Formen und Arten von Batterien. Wir haben über Wasserstoff-Brom-Flussbatterien, über Lithium-Ionen, über Trockenfilm-Batterien, über Methanol-Batterien geschrieben, wir haben uns sogar eine neue Klasse von Elektrolyten angesehen, die eine Feststoffbatterie mit einer Kristallstruktur ermöglicht, die zu geometrischer Frustration von Ionen führt. Kein Wunder, dass das Lenkungsausschuss des WEF die Batterie als zehnte und letzte aufstrebende Technologie gewählt hat.
Energie in der Hinterhand
Die Art und Weise, wie die Welt ihren Strom bezieht, befindet sich in einem raschen Wandel. Dieser wird sowohl durch die zunehmende Dringlichkeit der Entkarbonisierung von Energiesystemen als auch durch die sinkenden Kosten der Wind- und Solartechnik beschleunigt. In den letzten zehn Jahren hat sich die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in den USA verdoppelt, vor allem aus Wind- und Solaranlagen, so die Energy Information Administration (EIA). Im Januar 2019 prognostizierte die EIA, dass Wind, Solar und andere nicht-hydroelektrische erneuerbare Energien in den nächsten zwei Jahren der am schnellsten wachsende Teil der Stromversorgung sein würden. Da diese Quellen aber nicht immer gleichmäßig produzieren, bedeutet das, dass die Stromversorger eine Möglichkeit brauchen, Energie in der Hinterhand zu haben, wenn die Sonne nicht scheint und der Wind nicht weht. Das Interesse an der Energiespeichertechnologie nimmt zu – insbesondere an Lithium-Ionen-Batterien, die endlich mehr als nur ein Komparse im Netz sein werden.
Nach Expertenmeinung werden Lithium-Ionen-Batterien in den nächsten fünf bis zehn Jahren die dominierende Technologie sein, und weitere Verbesserungen werden dazu führen, dass Batterien vier bis acht Stunden Energie speichern können – lange genug, um beispielsweise Solarstrom auf die Abendstunden zu verschieben, wenn die Nachfrage ihre Spitze erreicht.
Um soweit zukommen, dass erneuerbare Energien und Energiespeicher die Grundlast der Stromerzeugung bewältigen können, muss die Energiespeicherung jedoch über einen längeren Zeitraum erfolgen, was bedeutet, dass man über Lithium-Ionen-Batterien hinausgeht. Die potenziellen Kandidaten reichen von anderen Hightech-Optionen wie Flow-Batterien – die Flüssigelektrolyte pumpen – und Wasserstoff-Brennstoffzellen bis hin zu einfacheren Konzepten wie Pumpspeicherkraftwerken und so genannten Schwerkraftspeichern. Pumpspeicher-Wasserkraft ist nach der Installation billig, aber sie ist teuer im Bau und kann nur bei einer bestimmten Geländeform genutzt werden. Ebenso einfach ist das Konzept der Schwerkraftspeicherung, das scheinbar mit Ersatzstrom einen schweren Block anhebt, der später abgesenkt werden kann, um eine Turbine zur Stromerzeugung anzutreiben. Obwohl einige wenige Unternehmen an Demonstrationen arbeiten und Investoren gewinnen konnten, hat sich die Idee noch nicht durchgesetzt.
Durchflussbatterie
Weitere Optionen sind noch im Entwicklungsstadium, um sie mit Lithium-Ionen-Batterien ausreichend zuverlässig, effizient und kostengünstig zu machen. Bis Ende 2017 waren in den USA nach laut EIA nur drei große Durchflussbatteriespeichersysteme im Einsatz; Wasserstoffsysteme im großen Maßstab befinden sich noch in der Demonstrationsphase. Die US-Regierung finanziert einige Arbeiten in diesem Bereich, insbesondere über die Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E), aber ein Großteil der Investitionen in diese Technologien – und in die Energiespeicherung im Allgemeinen – geschieht in China und der Republik Korea, die auch die Speicherforschung hochgefahren haben.
Es ist ungewiss, ob und wie stark die Kosten für die Energiespeicherung weiter sinken werden. Doch die zunehmenden Zusagen der Regierungen zum Erreichen einer CO2-freien Stromerzeugung werden dem weiteren Auftrieb geben, um mehr und mehr Speicher online zu bringen.
(Der größte Teil dieses Artikels stammt aus dem Bericht Top 10 Emerging Technologies 2019).