Energie ist der Antrieb für allen Lebens. Ohne die Energiezuführung durch unserer Zentralgestirn gäbe es kein Leben auf der Erde. Energie ist auch der „Treibstoff“ für unsere menschliche Gesellschaft. Allen voran Wärmeenergie und elektrische Energie.
Bislang nutzen wir zu deren Erzeugung Treibstoffe mit sehr hoher Energiedichte: Fossile Brennstoffe.
Diese hohe Energiedichte benötigte allerdings eine extrem lange Zeit, bis sie erreicht wurde. Denn der Umwandlungsprozess von Sonnenenergie in chemisch gebundene Energie erfolgt mit einem dramatisch schlechten Wirkungsgrad. Chlorophyll erreicht in einer gesamtheitlichen Betrachtung (Nettoprimärproduktion 100% Sonnenlichteinstrahlung bis Produktion von Zellmaterial) gerade mal 1% Wirkungsgrad. Es war zusätzlich hoher Druck und Temperatur notwendig, um aus den verrottenden Pflanzenreste vieler Millionen Jahre Pflanzenwachstum die heutigen Erdöl- und Erdgas- sowie Kohlelagerstätten entstehen zu lassen.
Die eingesetzte Energie wurde also in Erdöl mit einer Effizienz im Promillebereich eingespeichert.
Betrachtet man nun eine moderne Lithium-Ionen-Batterie, so kann man über 96% der hineingesteckten Energie auch wieder nutzen. 96% zu unter 1% Prozent – da fällt die Antwort, welcher Energiespeicher effizienter ist, scheinbar gar nicht so schwer. Denn man müsste bei den Pflanzen ja einen dramatisch höheren Energieeinsatz aufbringen, um die gleiche nutzbare Energiemenge wie in einer LION-Batterie zu erhalten.
Die Frage nach der Effizienz bei den verschiedenen Speichermöglichkeiten für Energie ist jedoch nur eine scheinbar wichtige Frage. Und sie wird sogar akademisch, wenn die letzten Reserven der vor Millionen Jahren eingespeicherten Energie aufgebraucht sind: spätestens dann brauchen wir andere, regenerative Energiequellen.
Regenerative, sich nicht aufbrauchende Energiequellen sind zum Beispiel Wind, Wasser, Sonnenenergie und geothermische Energie. Direkt speicherbar sind diese Energieformen (bis auf Wasser in Pumpspeicherkraftwerken) nicht. Da sie in den meisten Fällen nur diskontinuierlich zur Verfügung stehen (Nacht, Flaute), müssen sie in einer Welt ohne fossile Brennstoffe „grundlastfähig“ gemacht werden. Oder mit anderen Worten: die Energie muss an dem Ort und zu dem Zeitpunkt, an dem sie anfällt, auf irgendeine Weise eingespeichert werden, damit sie zu einem späteren Zeitpunkt an einem anderen Ort verbraucht werden kann.
Lithium-Ionen-Batterien, die doch mit hoher Effizienz elektrische Energie speichern können, erscheinen da als ideale Lösung. Erste große Batteriespeicher erreichen auch bereits MW-Größe. Betrachtet man jedoch den elektrischen Gesamt-Energiebedarf nur von Deutschland, wird der Unterschied klar zwischen batterietechnisch speicherbarer Energie und Strombedarf: Deutschland verbrauchte in 2019 eine elektrische Energiemenge von 512 000 000 MW.
Diese Energiemenge mußte natürlich nicht komplett zwischengespeichert werden. Doch die Dimension macht klar, dass einige wenige MW-Batteriespeicher nicht ausreichen werden. Zudem ist die elektrischen Energieübertragung über lange Strecken durch die dabei auftretenden Verluste begrenzt. Nicht nur aus diesem Grund, aber durchaus auch deswegen baut man tausende Kilometer lange Pipelines für Erdgas und Erdöl anstelle entsprechender Elektrotrassen.
Wasserstoff und daraus abgeleitete Produkte wie Ammoniak oder E-Fuels sind chemische Speicher, die in dieser Reihenfolge eine steigende Energiedichte repräsentieren. Selbst Wasserstoff hat in komprimierter Form einen höheren Energiegehalt wie eine Lithium-Ionen-Batterie gleichen Volumens. Dennoch kann man kritisieren, dass die Prozesse, mit denen man durch grünen, regenerativ gewonnenen Strom Wasserstoff (Elektrolyse), Synthesegas oder E-Fuels herstellt, sehr viel Energie verschlingen, die Effizienz der Herstellung also mit zunehmender Energiedichte abnimmt.
Doch ist Effizienz der wichtigste Maßstab bei der Betrachtung eines Energiespeichers für die Zukunft?
Wind und Sonne sind in Deutschland in begrenztem Umfang nutzbar. Die Windkraft kann nicht beliebige im Landesinneren ausgebaut werden und die solare Energieeinstrahlung ist wegen der geographischen Lage nicht optimal (Dunkelpause im Winter). Ohne Kernkraft und fossile Brennstoffe ist also ein Import von Energie aus Gegenden, in denen regenerative Energie reichlich vorhanden ist, unumgänglich. Diese Energie muß transportierbar und lagerbar sein. Niemand wird Lithium-Ionen-Batterien in größeren Mengen als Energiespeicher hin und her transportieren – trotz der exzellenten Effizienz ihrer Energiespeicherung. Die Energiedichte (gespeicherte Energie je Volumen oder Gewicht) ist im Vergleich zu anderer Speichermedien dramatisch schlecht.
Will man also aus dem Verbrennen von fossilen Brennstoffen aussteigen, ist in großen Skalen nicht die Effizienz der Energiespeicherung das Maß der Dinge, sondern ihre Nachhaltigkeit. Und bei der Nachhaltigkeit sind auf lange Frist Wasserstoff, Ammoniak (NH3) und E-Fuels zwar nicht die einzige, aber eine gute Alternative.
Politik und Wissenschaft sollten einander zuhören und voneinander lernen, denn ohne gesellschaftliche Akzeptanz geht es nicht, jedoch auch nicht ohne Sachverstand. Das Thema verlangt einen langen Atem, doch wenn die heute geborene Kinder das erste Mal wählen dürfen, wird 2030 schon Geschichte und 2050 (Pariser Klimaabkommen) gar nicht mehr so weit weg sein. Oder mit anderen Worten: So viel Zeit ist nicht mehr. Ein großer Teil der Menschheit entdeckt gerade erst ihren Energiehunger.