Methanol als Energiespeicher

 

Energiespeicher im Kleinen

Manchmal liest man von energieautonomen Siedlungen oder hört von glücklichen Besitzern von Einfamilienhäusern, die sich brüsten, auf keinerlei Strom von aussen angewiesen zu sein. Dann könnte man denken, dass die Energieversorgung unter den neuen Bedingungen tatsächlich bald kein Problem mehr darstellen wird. Die sogenannten Batterie-Home-Speicher, die immer wieder als eine der Lösungen für die Energiewende angeführt werden, sind aber nur halbwegs vernünftig nutzbar.

Das Speicherproblem im Kleinen

  • Nehmen wir an, eine Solaranlage auf dem Dach liefert pro Jahr 3000 Kilowattstunden Strom – genauso viel wie ein Drei-Personen-Haushalt im Durchschnitt verbraucht.
  • Theoretisch könnte sich die Familie nun vom Netz abkoppeln und ihren eigenen Strom produzieren. In der Praxis funktioniert das aber nicht.
  • Denn die Solaranlage produziert im Sommer viel Strom, im Winter indes wenig. Die Nachfrage bleibt das ganze Jahr über bestenfalls konstant.
  • Um autark zu sein, müsste die Familie 25 Prozent der Jahresproduktion von 750 kWh in Batterien speichern.
  • In Gewicht und Preis von Bleiakkus umgerechnet, braucht es dafür 20’000 Kilogramm an Speicherkapazität, was zu Kosten von 187’000 Franken führt. Für Lithium-Ionen-Batterien müsste man sogar eine halbe Million Franken investieren.

Lösungsansatz im Kleinen

Sektorenkopplung: So kann man den Überschussstrom besser nutzen. Wenn man den Strom intelligent untereinander teilt, fallen weniger Über- oder Unterschüsse an.

  • Elektroautos als zusätzliche Zwischenspeicher einsetzen.
  • Überschüssigen Strom zum Aufheizen des Warmwasserboilers nutzen.

Energiespeicher im Grossen

Durch den Ausbau der Sonnenenergienutzung stellen sich neue Herausforderungen. Die Sonnenenergie kann nicht kontinuierlich in Strom umgewandelt werden. Das führt zu Instabilitäten im Netz, die ausgeglichen werden müssen. Energiespeicher können solche Lücken füllen.

Laut Energiestrategie 2050 hat die Solarenergie ein Potenzial von rund 65 Terawattstunden (TWh), das Potenzial der Wasserkraft wird mit rund 38 TWh beziffert. Für eine Netto-Null-Versorgung, wie sie angestrebt wird, reichen insgesamt 80 TWh. Das ergibt einen Überschuss von rund 23 TWh. Um den Energieüberschuss im Winter zur Verfügung zu stellen, müssten demnach rund 20 TWh saisonal gespeichert werden. Je mehr PV-Anlagen errichtet werden, umso grösser ist der Bedarf an Energiespeichern.

Das Speicherproblem im Grossen

Kurzzeitspeicher
Aufladbare Batterien können sehr hohe Leistungen aufnehmen und präzise gesteuert wieder abgeben. Ihr Wirkungsgrad ist sehr hoch, die Kapazität allerdings sehr gering. Dies ist ähnlich wie bei einem Kurzstreckenläufer, der zwar sehr schnell ist, dieses Tempo aber nur über eine kurze Strecke halten kann.

Mittelfristspeicher
Die Pumpspeicherkraftwerke fassen aktuell rund 8 TWh. Das reicht nicht aus, um die Stabilität im Netz und den Ausgleich von rund 20 TWh über die Jahreszeiten hinweg zu gewährleisten. Als Langzeitspeicher sind sie nicht geeignet – dafür wurden sie auch nicht gebaut.

Pumpspeicherkraftwerke decken Bedarfsspitzen ab und sorgen für Stabilität im Netz. Für einen wirtschaftlichen Betrieb brauchen sie eine gewisse Anzahl an Entladungszyklen. Dies funktioniert analog zu einer Flugzeugflotte, die nur wirtschaftlich rentabel ist, wenn sie täglich abheben und landen kann.

Bei der Langzeitspeicherung geht es um die Aufladung im Sommer und die Entladung im Winter. Langzeitspeicher müssen chemisch – und CO2-neutral – hergestellt werden. Die Technologie dafür ist bekannt. Die Produktion hingegen hinkt hinterher.

Lösungsansatz im Grossen

  • Überschüssige Solarenergie nicht ungenutzt lassen, sondern zur Produktion von Methanol einsetzen. So entsteht ein flüssiger Energieträger, der unbegrenzt Strom speichern kann, und über Jahre hinweg haltbar ist.
  • Langzeitspeicher müssen nicht permanent Leistung liefern und nachgeladen werden. Von ihnen verlangt man eine hohe Kapazität und Durchhaltevermögen. Für diesen Vorteil kann man höhere Wirkungsgradverluste, im Vergleich mit Batterien oder Pumpspeicherkraftwerken, in Kauf nehmen.
  • Methanol eignet sich sowohl als Kurz- als auch als Mittel- und Langzeitspeicher.

Wirkungsgrad Einspeicherung (Strom ->Speicher)

Zusammenfassend

  • Wir wollen Energie, wenn immer möglich, direkt nutzen.
  • Der Ausbau der Stromproduktion mit Solarpanels und der Bedarf an Energiespeichern gehen Hand in Hand: Stromüberschüsse müssen gespeichert werden können, sonst macht ein massiver Ausbau der Photovoltaik keinen Sinn.
  • Wir brauchen zwingend saisonale Energiespeicher, die den Pumpspeicherkraftwerken zur Seite stehen.
  • Kraftwerkspark optimal nutzen. Jede Technologie nach ihren Stärken einsetzen.