Die Zukunft der Energie könnte einfacher sein, als wir denken – und sie liegt buchstäblich in unserer Natur. Während Lithium-Batterien und Pumpspeicherwerke an ihre Grenzen stoßen, entdecken Forschende neue Wege, Strom und Wärme mit alternativen Speichertechnologien zu speichern.
von Maximilian Hamm
Energie speichern – das ungelöste Problem der Energiewende
Erneuerbare Energien gelten als Herzstück der klimaneutralen Zukunft. Windräder und Solaranlagen liefern inzwischen große Mengen Strom – allerdings nur, wenn die Wetterbedingungen stimmen. Die Sonne scheint nicht immer und der Wind weht nicht rund um die Uhr.
Um trotzdem eine stabile Energieversorgung zu gewährleisten, müssen Energieüberschüsse zwischengespeichert werden. Genau hier liegt die Herausforderung: Woher kommen Speicher, die groß genug, bezahlbar und ressourcenschonend im Betrieb sind?
Aktuell dominieren Lithium-Ionen-Batterien und Pumpspeicherwerke. Doch Batterien benötigen bestimmte Rohstoffe und Pumpspeicher erfordern geeignete geografische Voraussetzungen.
Forschende weltweit suchen deshalb nach weiteren Speicherlösungen und stoßen auf Materialien, die im Alltag weit verbreitet sind: Salz, Sand und Eis.
Salz – der Wärmespeicher mit chemischer Raffinesse
Salz kann weit mehr als Speisen würzen. In der Energietechnik wird es als Wärmespeicher erforscht. Der Grund liegt in seiner Fähigkeit, thermische Energie über sogenannte Phasenübergänge zu speichern.
Wird ein Salz erhitzt und geschmolzen, nimmt es Energie auf. Beim Erstarren gibt es diese Wärme wieder ab. Dieser Prozess weist geringe Speicherverluste auf und kann vielfach wiederholt werden.
Wie funktioniert das technisch?
In Latentwärmespeichern werden Salze, häufig Natrium- oder Kaliumverbindungen, in speziellen Behältern aufgeschmolzen. Elektrische Energie aus Wind- oder Solarstrom wird genutzt, um die Temperatur des Salzes zu erhöhen.
Wird Energie benötigt, überträgt ein Wärmetauscher die gespeicherte Wärme auf Wasser. Dieses kann anschließend Gebäude beheizen oder industrielle Prozesse unterstützen.
Skandinavische Vorreiter
In Norwegen arbeitet das Unternehmen EnergyNest an kommerziellen Wärmespeichern auf Salzbasis. In Dänemark werden ähnliche Systeme testweise in Fernwärmenetze integriert, um Wärme saisonal verfügbar zu machen.
Der große Vorteil: Salz gilt als kostengünstig, nicht brennbar und kann Wärme über längere Zeiträume speichern. Damit könnte die Technologie künftig eine wichtige Rolle in der industriellen Wärmeversorgung übernehmen.
Sand – wenn heiße Körner zu Energiespeichern werden
Was zunächst ungewöhnlich klingt, wird bereits praktisch erprobt: Sandspeicher speichern überschüssige Energie in Form von Wärme.
Das Prinzip
In einem isolierten Behälter wird trockener Sand auf Temperaturen von mehreren Hundert Grad Celsius erhitzt. Die Wärme stammt aus überschüssigem Strom von Wind- oder Solaranlagen.
Der erhitzte Sand kann diese Energie über längere Zeit speichern. Wird sie benötigt, strömt Luft durch den Speicher, nimmt die Wärme auf und transportiert sie zu Wärmetauschern für Fernwärme, Warmwasser oder industrielle Anwendungen.
Pionierarbeit aus Finnland
Das finnische Start-up Polar Night Energy hat einen kommerziellen Sandspeicher entwickelt. Der Speicher versorgt unter anderem Fernwärmesysteme mit Wärmeenergie.
Ein besonderer Vorteil: Der verwendete Sand stammt aus der Region und kann Transportaufwand sowie transportbedingte Emissionen reduzieren.
Wirtschaftlichkeit und Einsatzmöglichkeiten
Sandspeicher sind wartungsarm, benötigen keine seltenen Rohstoffe und eignen sich für unterschiedliche Speichergrößen. Sie können in bestehende Industrieanlagen integriert werden und bieten interessante Möglichkeiten für Regionen mit hohen Anteilen erneuerbarer Energien.
Eis – Kälte als Energiespeicher
Während in einigen Regionen Wärme gespeichert wird, steht in anderen die Kühlung von Gebäuden im Fokus. Hier kommen Eisspeicher zum Einsatz.
Das Prinzip: Kälte speichern, Energie flexibel nutzen
Eisspeicher nutzen den Phasenwechsel von Wasser. Beim Gefrieren und Schmelzen wird Energie gespeichert beziehungsweise abgegeben. Diese Eigenschaft lässt sich nutzen, um Gebäude zu kühlen.
Nachts wird Wasser zu Eis gefroren. Tagsüber schmilzt das Eis kontrolliert und dient als Kältequelle für Gebäude. Das kann Stromspitzen reduzieren, Kosten senken und strombedingte Emissionen verringern.
Beispiele aus Südeuropa
In Spanien, Italien und Portugal werden Eisspeicher bereits in Hotels, Krankenhäusern und Bürogebäuden eingesetzt. Auch verschiedene Pilotprojekte untersuchen den Einsatz für größere Gebäudekomplexe.
Eisspeicher sind modular aufgebaut und lassen sich mit Photovoltaikanlagen kombinieren.
Forschung und Entwicklung – Europa als Vorreiter
Europa gilt als wichtiger Standort für die Entwicklung neuer Speichertechnologien. Neben Skandinavien fördern auch Deutschland, Österreich und die Schweiz Projekte im Bereich thermischer Energiespeicher.
Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme untersucht Hochtemperaturspeicher auf Salzbasis. Weitere Forschungseinrichtungen beschäftigen sich mit Sand- und Hybridspeichern.
Über Förderprogramme der Europäischen Union werden zahlreiche Projekte unterstützt, die Wärme- und Kältespeicher weiterentwickeln und ihre Einsatzmöglichkeiten erweitern.
Warum natürliche Speicherstoffe erforscht werden
Konventionelle Batteriesysteme basieren häufig auf Rohstoffen wie Lithium, Nickel oder Kobalt. Deshalb wird parallel an weiteren Speichertechnologien gearbeitet.
Salz, Sand und Wasser sind in vielen Regionen verfügbar und werden als potenzielle Speicherrohstoffe erforscht. Je nach Anwendung können sie wiederverwendet werden, benötigen keine komplexen elektrochemischen Prozesse und können mit vergleichsweise wenigen komplexen Reststoffen auskommen.
Damit können sie dazu beitragen, Rohstoffabhängigkeiten zu verringern und zusätzliche Speicheroptionen für Energiesysteme bereitzustellen.
Darüber hinaus lassen sich thermische Speicher in bestehende Infrastrukturen wie Fernwärmenetze oder kommunale Energieprojekte integrieren.
Gesellschaftliche Bedeutung – Energie dort nutzen, wo sie entsteht
Energiespeicherung ist nicht nur eine technische, sondern auch eine gesellschaftliche Herausforderung. Lokale Speicherlösungen können dabei helfen, Energie stärker dort zu nutzen, wo sie erzeugt wird.
Ein Sandspeicher in Finnland oder ein Eisspeicher in Spanien zeigt, wie regionale Energiekonzepte umgesetzt werden können. Gleichzeitig entstehen neue Anwendungsfelder für Unternehmen, Kommunen und Energieversorger.
Zukunftsausblick: Die Speicherlandschaft von morgen
Mit dem weiteren Ausbau erneuerbarer Energien steigt auch der Bedarf an Speichermöglichkeiten. Thermische Speicher wie Salz-, Sand- und Eissysteme könnten künftig verschiedene Anwendungsbereiche ergänzen.
Forschende arbeiten bereits an Hybridlösungen, die unterschiedliche Speichertechnologien miteinander kombinieren. Auch die Verbindung mit Wasserstoffsystemen wird untersucht, um Energie flexibel nutzbar zu machen.
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Fazit: Neue Wege der Energiespeicherung
Salz, Sand und Eis stehen sinnbildlich für eine neue Generation von Energiespeichern – vielseitig einsetzbar, technologisch interessant und in vielen Regionen verfügbar.
Sie zeigen, dass innovative Energietechnik nicht immer auf völlig neue Materialien angewiesen ist. Oft eröffnen bekannte Rohstoffe neue Möglichkeiten, Wärme oder Kälte effizient zu speichern und bedarfsgerecht bereitzustellen.
Wenn in Finnland Sand Wärme speichert, in Dänemark Salzlösungen für Wärmenetze erprobt werden und in Südeuropa Eisspeicher Gebäude kühlen, wird deutlich: Die Zukunft der Energie entsteht durch das Zusammenspiel unterschiedlicher Technologien – von Batteriespeichern bis hin zu thermischen Speichersystemen.
Energie neu gedacht. Einfach erklärt.
