Betrachtet man die Möglichkeiten der Energieerzeugung und Energiespeicherung, stellt man schnell fest, dass es starke regionale Unterschiede gibt. Selbst im vergleichbar kleinen Europa kann man das erkennen: Island greift auf die reichlich vorhandene thermale Energie in seinem Boden zurück. Wasserreiche Länder wie Norwegen und Österreich erzeugen einen Großteil ihrer Stromenergie aus Wasserkraft, südlicher gelegene Anrainerstaaten des Mittelmeeres nutzen stark die Solarenergie. In Deutschland gibt es von allem etwas, doch von keiner regenerativen Stromquelle ausreichend.
Der Industriestandort Deutschland mit einer hohen Bevölkerungsdichte und einem großen Energiebedarf hat seit der Industrialisierung vor über 120 Jahren vor allem auf die Verstromung von Kohle gesetzt. In den 60er Jahren kamen dann noch Atomkraftwerke hinzu.
Seit 2000 fördert das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) mit mehreren Novellierungen die Entwicklung von Energiequellen, die eine Alternative zum Verbrennen Millionen Jahre alter Energieträger darstellen. Ein wesentliches Problem dabei ist, das elektrische Energie in dem Moment erzeugt werden muß, in der sie gebraucht wird. Die gewaltige Größe des deutschen Energienetzes und die gute Vernetzung der zuvor wenigen Energieerzeugungszentren sind dabei eine große Hilfe. So können auch ohne Speicherkapazitäten größere Lastwechsel wie z.B. das Anfahren großer Industriemotoren oder das Abschalten von Beleuchtungen ganzer Strassenzüge ausgeglichen werden.
Doch Kohlekraft und Atomkraft stehen aus berechtigten Gründen vor ihrem Aus. Alternativen sind vorhanden, doch kein Licht ohne Schatten. Eine der größten Probleme der alternativen Energien in Deutschland ist, dass sie nicht permanent zur Verfügung stehen. Anders wie die Geothermie in Island oder die Wasserkraft in Norwegen erzeugen Wind- und Solarenergieparks stark schwankend Strom. Sie sind also nicht sogenannt „grundlastfähig“. Und ohne Zwischenspeicherung der erzeugten Energie ist auch kein Ausgleich der Schwankungen möglich. Denn wie gesagt: Strom muß erzeugt werden, wenn er benötigt wird. Eine Solaranlage kann nachts nichts zu einer Elektroheizung oder dem Betrieb des Fernsehgerätes beitragen, bei Flaute dreht sich kein Windrad und Wasserkraft ist in Deutschland nur sehr begrenzt ausbaubar.
Regelbare Biogas-Anlagen als „Lückenfüller“ und saisonale Speicher
Eine potentielle Lösung für das Problem der schwankenden Energiemenge sind Biogasanlagen mit Gaszwischenspeicherung. Im laufenden Betrieb erzeugt eine Biogasanlage aus Energiepflanzen (Mais Raps, Holz), organischen Abfällen (Lebensmittelproduktion, Restaurantabfälle, Biomüll) und Gülle kontinuierlich etwa 95-98% reines Methan. Damit wird in den meisten der 8.000 Anlagen in Deutschland sofort Strom und Wärme erzeugt.
Durch einen Methangas-Zwischenspeicher (Gasometer) und größerer Stromgeneratoren kann man in einem intelligent vernetzten Stromverbund die Schwankungen in der Stromproduktion von Solaranlagen und Windkraft ausgleichen. Dazu erhöht die regelbare Biogasanlage die Strom-Produktion in der benötigten Menge und bedient sich dazu der zwischengespeicherten Gasmenge.
Da Biogas zum größten Teil aus Methan besteht, kann man es zusätzlich auch in den riesigen Erdgasspeicher des deutschen Gasnetzes einspeisen.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Methangas durch Pyrolyse in Wasserstoff zu verwandeln und so der Brennstofftechnologie zugänglich zu machen. Der dabei entstehende elementare Kohlenstoff ist ein willkommener Rohstoff in der Industrie (u,a, Reifenindustrie).
Biogas-Anlagen verwandeln unbrauchbares Material in wertvolle Energie (bei Kraft-Wärme-Kopplung nutzt man zusätzlich die Wärme, die bei der Stromerzeugung entsteht) und sie erzeugen nicht mehr Klimagas, als vorher von den Pflanzen der Atmosphäre entnommen wurde (etwas verkürzte Darstellung).
Nachteile, die vor allem zu Beginn der Förderung von Biogas-Anlagen entstanden, war die Umstellung der Landwirtschaft auf Energiepflanzen. Plötzlich konkurrierten Mais und Raps für die Biogasherstellung mit Lebensmittel-Pflanzen. Es wurde eine Vermaisung und Verrapsung der Landschaft befürchtet. Dies wurde in den Novellierungen des EEG-Gesetzes berücksichtigt und nicht weiter gefördert. Allerdings wächst sowieso zu 60% auf deutschen Äckern vor allem Futtermittel für die Viehhaltung und nur etwa 20% werden für Lebensmittel-Pflanzen genutzt. Dennoch sind Weiterentwicklungen weg von solchen Konkurrenzsituationen wichtig.
Biogas hatte 2018 einen Anteil von etwa 7% an der gesamten Stromerzeugung in Deutschland und etwa 11% bei der Wärme. Biogas liegt damit zwischen dem Anteil von Solar- und Windenergie und ist das dritte wesentliche Standbein der Alternativen Energiewirtschaft. Dennoch erhalten Biogasanlagen wesentlich weniger Aufmerksamkeit in der öffentlichen Diskussion, was zum Teil an ihrer geringen Auffälligkeit liegen könnte.
Das "Virtuelle Kraftwerk" ersetzt Kohlekraftwerke
Verbindet man Wind-, Solar- und Biogas intelligent miteinander, erhält man ein „Virtuelles Kraftwerk“. Solar- und Windkraft liefert darin einen großen Teil der (elektrischen) Energie. Die unvermeidlichen Lücken bei der Stromerzeugung würden in diesem Kraftwerk dann durch regelbare Energieerzeugung in Biogasanlagen aufgefüllt. Dadurch würde eine Quasi-Grundlastversorgung ähnlich der von Kohlekraftwerken zur Verfügung stellen. Der Regelaufwand und die notwendige Vernetzung der verschiedenen Energieerzeuger und Energiespeicher ist allerdings erheblich komplexer und aufwändiger. Eine Aufgabe, der sich überregionale Energieversorger genauso wie Stadtwerke und Energieverteiler angenommen haben.
Intelligente Stromzähler gibt es schon länger und sind in Ländern wie Schweden oder Italien längst Standard. Sie ermöglich die Echtzeitmessung des Bedarfes an Strom und sind Grundlage für die Regelung des „Virtuellen Kraftwerks“.
Saisonale Wärmespeicher - Wasser als Energieträger
Neben dem elektrischen Strom ist ein weiterer Energieträger die Wärme, die in großen Mengen in Deutschland benötigt wird. Sie aus elektrischem Strom zu erzeugen ist teuer. Besser ist es, Abwärme aus Industrieanlagen zu nutzen (z.B. Nah- und Fernwärmenetze von Müllverbrennungsanlagen). Eine weitere Idee ist, sommerliche Solarenergie für die kältere Jahreszeit zwischen zu speichern.
Ähnlich wie z.B. in Thermalöl-Parabolrinnenkraftwerken wird die Wärmeenergie für den späteren Verbrauch in ein passendes Speicher-Medium übertragen. Dänemark hat aus der Konkurrenz zweiter Hersteller heraus bei dieser Technologie die Führerschaft übernommen. Passende gesetzliche Rahmenbedingungen haben diese Entwicklung noch gefördert – ganz ohne Förderung.
Ähnlich der Solarthermie-Anlage auf dem heimischen Dach wird das von der Sonne erwärmte Wasser in einem riesigen Wasserbehälter zwischengespeichert. Es sind bereits Speicher von bis zu 100.000 m³ im Einsatz. Diese Wasserkavernen speichern die in der Sommersaison im Übermaß vorhandene Wärme und stellen sie in der Wintersaison in einem solargestützten Fernwärmesystem als Heizungswärme zur Verfügung. Darum kann man in Dänemarks Landschaft neben Windkraftparks und Solarenergie-Feldern auch große Solarthermie-Felder finden.
Es gibt weitere spannende Entwicklungen in Richtung Energieerzeugung und -speicherung. Ihre Erprobung, Optimierung und Markteinführung benötigt jedoch Jahre, denn sie konkurrieren nicht nur untereinander, sondern vor allem mit den bereits etablierten Lösungen. Und umso rentabler diese werden, desto höher werden die Hürden für neue Technologien.
Doch es gibt eine Triebfeder, die immer stärker auch bislang als Nischenlösungen belächelten Technologien eine Chance gibt: Der gesellschaftliche Konsens, dass für eine gesunde, zukunftsfähige Umwelt etwas getan werden muß, liegt in Deutschland bei über 85%.
Wie der Diesel-Skandal von VW die Entwicklungsgeschwindigkeit der Elektromobilität beschleunigt hat, so haben unter anderem Greta Tunberg und die Fridays for Future - Proteste Bewegung in das Thema Alternative Energien gebracht. Sie haben den Weg frei gemacht für institutionelle und industrielle Investionen in Forschung und Entwicklung weiterer Lösungsansätze - ein Beispiel davon ist gewiss die Redox-Flow-Batterie.
Der Unterschied zwischen dem aktuellen Primärenergieverbrauch Deutschlands und der in Deutschland auf regenerative Weise herstellbaren Energie (namentlich Wärme) aufgrund Flächenbegrenzung ist jedoch so groß, dass langfristig die größte Hoffnung doch bei der Nutzung der Fusionsenergie liegt. Nur diese enorme Energiequelle wäre aus heutiger Sicht in der Lage, die Nutzung von Uran, Erdgas, Erdöl und Kohle zur Energiegewinnung zu ersetzen.
Gesamtstromproduktion 2018 (also ohne Bedarf an Wärme und für den Verkehr!)
Windenergie 112 TWh
Biomasse 51 TWh
Photovoltaik 46 TWh
Wasserkraft 16,5 TWh
Das entspricht rund 40% des Gesamtstrombedarfs.
Konventionell Energieträger erzeugten insgesamt 245 TWh (Atom, Kohle, Gas)
Gesamtprimärenergiebedarf (Verkehr, Wärme, Industrie und elektrischer Strom):
Im Jahre 2018 waren das rund 3600 TWh, wovon 14% durch erneuerbare Energie erbracht wurden.
Der weitaus größte Teil wurde durch Erdöl, Erdgas und Kohle erzeugt. Diesen Energiebedarf durch Solar- und Windkraft auf der Fläche Deutschlands durch erneuerbare Energiequellen zu ersetzen wird nahezu unmöglich sein (wenn man den Aufwand betrachtet, der betrieben werden muß, um wenigstens einen nennenswerten Beitrag zur Versorgung mit elektrischer Energie zu leisten). Wir sind und bleiben also auf Import von Energie angewiesen und können nur mithelfen, dass diese Energie zunehmend ökologisch verträglicher zur Verfügung gestellt wird (z.B. als verflüssigter oder in LOHC gebundener Wasserstoff).
(Juli 2019, © Gerald Friederici)