Zukunft der Energiespeicher: Schlüsseltechnologien für die Energiewende

Energiespeicher machen Strom aus erneuerbaren Energien flexibel verfügbar und werden so zum Fundament der globalen Energiewende. Nur logisch, dass die weltweite Kapazität zur Speicherung elektrischer Energie in den letzten Jahren exponentiell gestiegen ist. Im Jahr 2022 belief sich die Gesamtkapazität auf 48,8 Gigawatt – das Dreißigfache verglichen mit 2015. Ob für Haushalte, Unternehmen oder ganze Stromnetze – die Anforderungen an Speichertechnologien wachsen. Doch wie sieht die Zukunft der Energiespeicher aus? Hier erfahren Sie es!

Erneuerbare Energien sind nachhaltig, verhältnismäßig günstig und anders als fossile Rohstoffe nicht endlich. Quasi eine Win-Win-Win-Situation. Aber sie haben auch einen großen Nachteil: Sie produzieren Strom dann, wenn der Wind weht oder die Sonne scheint – nicht unbedingt dann, wenn der Bedarf am höchsten ist. Das ist gerade morgens oder abends der Fall.

Daher sind große Stromspeicher nötig, um die Stromschwankungen von Wind- und Solarkraftwerken auszugleichen und um auch dann Energie zu liefern, wenn Sonne und Wind keine Energie liefern. Ohne diese Speicher würden entweder große Mengen an Strom verloren gehen oder Anlagen müssten abgeregelt werden. Beides wäre weder effizient noch wirtschaftlich.

Bereits heute helfen Energiespeicher, den über die PV-Anlage produzierten Strom zu speichern und bei Bedarf nutzbar zu machen. Das passiert sowohl in Privathaushalten als auch in Industrieanlagen. Mit ihnen lässt sich die Wirkung erneuerbarer Energien maximieren, Privathaushalte machen sich unabhängiger und sparen Geld.

Im privaten Bereich, bei Solaranlagen, sind Speicher mit Lithium-Ionen-Batterien aktuell der Standard. Diese zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte, eine lange Lebensdauer und einen hohen Wirkungsgrad aus. Zudem benötigen sie nur wenig Platz und eignen sich daher ideal für Eigenheime. Lithium-Ionen-Batterien können eine große Menge Energie in kompakter Form speichern, was sie ideal für den Einsatz in Elektrofahrzeugen macht. Da sie aber im Schnitt eine Lebensdauer von 12 bis 15 Jahren haben, sind sie beispielsweise für Industrieanlagen zu teuer, die ihrerseits oft jahrzehntelang halten sollen.

Für die großflächige Speicherung von Energie sind Pumpspeicherkraftwerke von zentraler Bedeutung. Diese Kraftwerke, die sowohl für die Integration erneuerbarer Energien als auch für die Netzstabilität unerlässlich sind, zeichnen sich durch ihre Effizienz und Schnellstartfähigkeit aus. Ein Pumpspeicherkraftwerk arbeitet mithilfe von Wasser und Gefälle. Es besteht aus einem oberen und einem unteren Wasserreservoir, verbunden durch Rohrleitungen und Turbinen.

Sobald mehr Strom erzeugt als verbraucht wird, wird mithilfe des überschüssigen Stroms Wasser vom Unter- ins Oberbecken gepumpt. Große Anlagen können mehrere Gigawattstunden (GWh) Energie speichern, was ausreicht, um die Stromversorgung von Städten für kurze Zeit zu unterstützen. Allerdings können sie nur an bestimmten Orten installiert werden – was zudem einiges an Zeit in Anspruch nimmt und teuer ist. Es gilt neue, effizientere Wege zu finden,um in Zukunft Energie zu speichern.

In den kommenden zwei Jahren könnte sich in Deutschland die Kapazität großer Batteriespeicher auf etwa 8,6 Gigawattstunden mehr als dreifachen. Mit Lithium-Ionen-Speichern und Pumpspeicherkraftwerken kann dieser Bedarf nicht gestemmt werden. Es braucht einen tiefgreifenden technologischen Wandel. Damit dieser gelingen kann, müssen die Energiespeicher der Zukunft wirtschaftlich, nachhaltig, flexibel, vernetzungsfähig und leistungsstark sein. Keine leichte Aufgabe, auch wenn die Forschung bereits auf Hochtouren läuft – und das in mehrere Richtungen.

Redox-Flow-Batterien sind dabei eine der aussichtsreichsten Technologien. Sie speichern Energie in flüssigen Elektrolyten, die in getrennten Tanks zirkulieren und bei Bedarf in einer Reaktionszelle durch elektrochemische Redoxreaktionen Strom erzeugen. Redox-Flow-Batterien bieten eine vielversprechende Lösung für größere Energiespeicher, da sie eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Ladezyklen und eine gute Skalierbarkeit bieten. Allerdings steht hier die Entwicklung noch am Anfang und ist folglich insbesondere für Privatkunden noch teuer. Erste Pilotprojekte mit industriellen Kunden laufen bereits.

Auch auf Wasserstoff werden einige Hoffnungen gesetzt. Als chemischer Energiespeicher eignet er sich besonders gut für saisonale Speicherlösungen – also dann, wenn Strom über Wochen oder Monate gespeichert werden muss. Mithilfe von Elektrolyse kann überschüssige Energie in Wasserstoff umgewandelt und bei Bedarf wieder verstromt werden. Der große Vorteil: Wasserstoff verbrennt emissionsfrei, es entsteht nur Wasser und das Gas liefert im Vergleich mit Benzin pro Kilogramm fast die dreifache Energie. Der relativ geringe Wirkungsgrad ist aktuell noch der Knackpunkt.

Physikalische Speicherlösungen wie Schwerkraft- oder Druckluftspeicher rücken als Energiespeichersysteme der Zukunft verstärkt in den Fokus. Zurzeit forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daran, die Nutzung von Druckunterschieden zum Speichern weiterzuentwickeln.

Neben diesen Themen gibt es noch weitere Ideen, wie das Speichern von Energie in der Zukunft aussehen kann. Akkus aus Stein sind dabei ein Ansatz. Ein „Stein-Akku“ speichert Energie, indem er mit überschüssigem Strom schwere Gewichte anhebt und bei deren kontrolliertem Absinken die gespeicherte potentizielle Energie wieder in Strom umwandelt.

Energiespeicher der Zukunft könnten auch aus Salz bestehen, die Wärmeenergie aus Ökostrom speichern können. Salz schmilzt bei hohen Temperaturen – und das, ohne sich auszudehnen und dabei Druck zu entwickeln wie Wasser. Selbst mit Sand als Speichermedium gibt es aktuell Forschungsansätze.