Focus hier Gastbeitrag von Energie-Experte Jan Rosenow 19.11.24
Gesteigerte Batterie-Kapazitäten, thermische - oder fahrende E-Auto-Speicher: Ganz unbemerkt löst sich das große Problem der Energiewende. Forschung und Wirtschaft machen Batterien langanhaltender und günstiger. Ein Meilenstein der Energiewende, schreibt Energie-Experte Jan Rosenow.
Die Energiewende ist das zentrale Projekt unserer Zeit, und die Debatte darüber, wie wir die Transformation hin zu einem sauberen, sicheren und kosteneffizienten Energiesystem schaffen, ist lebendig wie nie zuvor.
In diesem Zusammenhang spielen Batterien eine entscheidende Rolle, die oft unterschätzt wird. Batterien sind weit mehr als nur ein technisches Detail oder eine ergänzende Technologie – sie könnten der Katalysator sein, der die Energiewende beschleunigt und gleichzeitig ihre Kosten senkt.
Warum Batterien für die Energiewende unverzichtbar sind
Die zentrale Herausforderung der Energiewende liegt in der Variabilität erneuerbarer Energien. Solar- und Windenergie sind mittlerweile die günstigsten Formen der Stromerzeugung nicht nur in Deutschland, sondern auch international. Solar- und Windenergie haben aber einen entscheidenden Nachteil: Sie sind wetterabhängig. Batterien bieten eine Lösung für dieses Problem, indem sie überschüssige Energie speichern und diese dann bereitstellen, wenn die Sonne nicht scheint oder der Wind nicht weht. Und der Ausbau und die Forschung der Batterien schreitet unbemerkt voran. Doch das ist nur die Spitze des Eisbergs.
Jan Rosenow ist Wissenschaftler an den britischen Universitäten Oxford und Cambridge. Rosenow forscht, berät und schreibt zum Thema Energie und wurde mehrmals zu einem der bedeutendsten Energie-Experten der Welt gekürt. Er ist ein Fellow an der britischen "Royal Society of Arts".
Dezentraler und dekarbonisierter Energiefluss
Die Energieversorgung der Zukunft wird nicht nur dekarbonisiert, sondern auch dezentralisiert sein. In dieser dezentralen Struktur wird der Energiefluss komplexer: Verbraucher werden gleichzeitig zu Produzenten („Prosumer“), und lokale Netze werden stärker beansprucht. Batterien spielen in diesem Szenario eine doppelte Rolle: Sie ermöglichen nicht nur die zeitliche Verschiebung von Energie, sondern stabilisieren auch das Netz. Dies reduziert die Abhängigkeit von zentralen Großkraftwerken, die traditionell für die Netzstabilität verantwortlich waren.
Diesen Effekt sehen wir bereits heute in Kalifornien: Der Bundesstaat ist dafür bekannt, massiv in Photovoltaik investiert zu haben. Mittlerweile stellt Sonnenenergie oft fast die gesamte Stromversorgung tagsüber bereit. In den Abendstunden fällt die Leistung jedoch dramatisch ab, und in der Vergangenheit haben Gaskraftwerke die Lücke gefüllt. Batterien haben so gut wie keine Rolle gespielt.
Das hat sich nun grundlegend geändert: Die installierte Batteriekapazität in Kalifornien ist in den letzten Jahren erheblich gestiegen, von etwa 500 Megawatt (MW) Ende 2020 auf über elf Gigawatt (GW) im August 2024, was zwölf Prozent der gesamten Stromerzeugungskapazität entspricht und ausreicht, um mehr als 20 Prozent der Spitzenlast bereitzustellen. Weitere 300 GW an Batterien sind momentan in der Warteschlange für die Netzanbindung. Dies sind sowohl sehr kleine Batterien mit wenigen MW in Wohngebäuden als auch sehr große Batterien; die weltweit größte Batterie wurde in der Mojave-Wüste in Kalifornien gebaut und nutzt günstigen Solarstrom.
Gewaltige Speicher: Elektrofahrzeuge
Ein weiterer Aspekt, der oft übersehen wird, ist die Integration verschiedener Sektoren – Strom, Wärme und Verkehr. Die Elektrifizierung des Verkehrs ist eine der großen Stellschrauben der Energiewende, aber sie erhöht auch die Nachfrage nach Strom zu bestimmten Spitzenzeiten.
Wenn Millionen von Elektrofahrzeugen gleichzeitig laden, könnte dies das Netz überlasten. Intelligente Batteriesysteme, sowohl in den Fahrzeugen selbst als auch in stationären Anwendungen, können diese Lasten ausgleichen und dafür sorgen, dass das Netz stabil bleibt. Das Konzept des Vehicle-to-Grid (V2G), bei dem Elektroautos Energie ins Netz zurückspeisen, ist ein vielversprechendes Beispiel dafür.
Elektrofahrzeuge werden so zu mobilen Energiespeichern, die Energie speichern, wenn sie günstig ist, und abgeben, wenn sie benötigt wird. V2G kann die Wirtschaftlichkeit von E-Mobilität steigern und bietet Besitzern finanzielle Anreize. Die Entwicklung der V2G-Technologie ist weit fortgeschritten, wenngleich sie noch nicht vollständig kommerzialisiert ist. Zahlreiche Pilotprojekte auf der ganzen Welt haben das Potenzial dieser Technologie getestet.
Die Niederlande, insbesondere Utrecht und Amsterdam, sind Vorreiter bei der Integration der V2G-Technologie in kommunale Projekte, wie z. B. die Johan-Cruyff-Arena, die bidirektionales Laden zur Stabilisierung der Energieversorgung bei Veranstaltungen nutzt. Frankreich hat kürzlich in Zusammenarbeit mit Renault und The Mobility House ein skalierbares, kommerzielles V2G-Produkt auf den Markt gebracht und damit einen wichtigen Schritt in Richtung Mainstream-Einführung gemacht.
Vorteile von thermischen Speicher
Mindestens genauso wichtig wie elektrische Batterien sind thermische Energiespeicher. Diese speichern Wärme oder Kälte, um Energie zeitversetzt nutzbar zu machen. Der große Vorteil gegenüber elektrischen Batterien ist ihre Fähigkeit, Energie über viele Tage und Wochen oder sogar Monate zu speichern. In Vantaa, einer Stadt in der Nähe von Helsinki, wird gerade ein thermischer Speicher für das dortige Fernwärmenetz gebaut.
Bei der Fertigstellung wird dieser Speicher der weltweit größte thermische Speicher sein, und tausende von Haushalten mit Energie versorgen. Solche thermischen Speicher nutzen Wasser und Phasenwechselmaterialien als Speichermedien. Anwendungen reichen von Gebäudewärmeversorgung bis hin zur Nutzung industrieller Abwärme.
Ein weiterer Vorteil thermischer Speicher sind deren geringe Kosten. Thermische Speicher kosten oft nur einen Bruchteil dessen, was für elektrische Batterien veranschlagt werden muss, da sie günstigere Materialien wie Wasser, Salz oder Beton nutzen und aufwendige chemische Prozesse vermeiden.
Kosten und Skalierung von Batterien
Natürlich gibt es auch Herausforderungen. Eine der größten ist der Preis von Batterien. Doch hier zeigt sich ein Trend, der für die Energiewende insgesamt typisch ist: Die Kosten sinken rapide, getrieben durch Innovationen, Skaleneffekte und Investitionen. Die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien, die derzeit dominierende Technologie, sind in den letzten zehn Jahren um etwa 90 Prozent gefallen. Neue Technologien, wie Festkörperbatterien oder Redox-Flow-Batterien, könnten diese Entwicklung weiter vorantreiben. Und thermische Speicher werden weiterentwickelt, um industrielle Prozesse umzustellen.
Es ist auch wichtig, die Diskussion um Batteriekosten im Kontext der Gesamtkosten der Energiewende zu betrachten. Batterien mögen anfangs teuer erscheinen, aber sie können langfristig erhebliche Einsparungen bringen. Sie helfen, die Netzstabilität zu sichern, reduzieren den Bedarf an fossilen Reservekapazitäten und ermöglichen eine effizientere Nutzung von erneuerbaren Energien. All dies senkt die Gesamtkosten des Energiesystems.
Lithium, Kobalt, Nickel: Nachhaltigkeit und Ressourcen
Ein weiterer oft genannter Kritikpunkt betrifft die Umweltbelastungen durch die Rohstoffgewinnung für Batterien, insbesondere Lithium, Kobalt und Nickel. Es ist unbestreitbar, dass die Gewinnung dieser Rohstoffe Herausforderungen mit sich bringt –- von Umweltzerstörung bis hin zu Menschenrechtsproblemen in den Abbaugebieten.
Doch auch hier sehen wir Fortschritte: Recyclingtechnologien für Batterien entwickeln sich schnell, und die Abhängigkeit von problematischen Rohstoffen wird durch technologische Innovationen reduziert. So gibt es bereits Ansätze für kobaltfreie Batterien, und alternative Materialien wie Natrium oder Aluminium könnten in Zukunft eine größere Rolle spielen. Thermische Speicher sind von diesem Problem nicht betroffen, da sie nicht auf solche Metalle angewiesen sind.
Energiewende weltweit
Die Diskussion über Batterien ist nicht nur eine nationale, sondern eine globale. Länder wie China und die USA investieren massiv in die Batterietechnologie und bauen eine Vormachtstellung in der Produktion auf. Europa hat diesen Trend erkannt und holt auf, unter anderem durch die Förderung von Batterie-Gigafabriken und Allianzen wie der European Battery Alliance. Dennoch bleibt viel zu tun, um wettbewerbsfähig zu bleiben.
Gleichzeitig haben Batterien das Potenzial, die Energiewende in Ländern zu unterstützen, die bisher kaum Zugang zu stabiler Energieversorgung haben. Insbesondere in Afrika und Südostasien könnten dezentrale Batterielösungen dazu beitragen, erneuerbare Energien zu integrieren und den Zugang zu Strom für Millionen von Menschen zu verbessern.
Welche Rolle werden Batterien in Zukunft haben?
Die Rolle von Batterien in der Energiewende wird weiter wachsen. Sie sind ein wichtiger Schlüssel, um die Flexibilität zu schaffen, die ein System auf Basis von erneuerbaren Energien benötigt. Gleichzeitig werden sie selbst Teil eines sich wandelnden Energiesystems sein, in dem auch andere Speichertechnologien, wie Wasserstoff oder Pumpspeicher, ihren Platz haben.
Die Zukunft ist jedoch nicht automatisch gesichert. Wir müssen die richtigen Entscheidungen treffen – in der Politik, in der Wirtschaft und als Gesellschaft. Die Energiewende ist ein Gemeinschaftsprojekt, und Batterien sind eines ihrer zentralen Werkzeuge. Sie bieten uns die Chance, die Energieversorgung der Zukunft sauber, sicher und für alle zugänglich zu gestalten.
Es liegt an uns, diese Chance zu nutzen.
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