Erhebliche Forschungsanstrengungen für elektrochemische Batterien notwendig

VCI-Positionspapier „Zukunft der Energiespeicher"

Deutschland steht vor einer gewaltigen Aufgabe: Die Struktur der Energieversorgung soll massiv umgebaut werden. Der VCI betrachtet in seinem Positionspapier das Thema Energiespeicher zur Integration der erneuerbaren Energien in die künftige Energieversorgung aus forschungs- und technologiepolitischer Sicht.

VCI: Die Chemie forscht kontinuierlich an Batterien mit einer immer höheren Energiedicht. © VCI/Becker
VCI: Die Chemie forscht kontinuierlich an Batterien mit einer immer höheren Energiedicht. © VCI/Becker

Der VCI hat die „Zukunft der Energiespeicher“ aus Sicht der chemischen Industrie in einem ersten Ansatz bewertet. Hier die Zusammenfassung der wesentlichen Ergebnisse:

1. Speicher sind notwendig für eine verlässliche Integration erneuerbarer Energien in das System der deutschen Energieversorgung

Zur Glättung der zunehmenden Fluktuationen im Angebot von Strom aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind oder Sonne sind Energiespeicher neben dem notwendigen Ausbau des Stromnetzes unverzichtbar.

2. Elektrochemische und thermische Speicher eignen sich für die kurzzeitige Speicherung

Zukünftig wird die kurzzeitige Speicherung zur Pufferung des tageszeitlichen Überangebots an Strom ein wichtiger Baustein im deutschen Energieversorgungssystem sein; die heute verfügbaren Potentiale reichen dafür bei Weitem nicht aus.

Zur kurzzeitigen Speicherung bieten sich elektrochemische Speicher an; besonders interessant ist die elektrochemische Speicherung auf regionaler und lokaler Ebene. Auch die thermische Speicherung stellt eine interessante Option für die kurzzeitige lokale Speicherung dar.

3. Nur chemische Energiespeicher eignen sich für die Speicherung von Energie über lange Zeiträume und in großen Mengen

Über lange Zeiträume und in großen Mengen kann Überschußstrom aus erneuerbaren Energien nur in Form chemischer Energiespeicher wie elektrolytisch erzeugtem Wasserstoff oder „synthetischem“ Methan sinnvoll gespeichert werden.

Als Speicher- und Transportinfrastruktur steht in Deutschland die Erdgasinfrastruktur zur Verfügung. Im regionalen Bereich könnte Biogas das Versorgungssystem ergänzen.

4. Chemische Energiespeicher können flexibel genutzt werden

In erster Analyse weist keine einzelne Speichertechnologie spezifische Vorteile auf, die in der Gesamtbetrachtung eine grundsätzliche Präferenz zuließen. Es wird aber deutlich, dass die Nutzung der Speicher- und Transportkapazitäten des Erdgasnetzes inklusive der dazugehörigen Gasspeicher ein hohes Potential zur Gewährleistung einer sicheren zukünftigen Versorgung mit Strom und Energie hat.

Die Möglichkeiten, stoffliche Energiespeicher wie Wasserstoff oder Methan flexibel zu nutzen (über Rückverstromung, über Kraft- und Wärmekopplung, über die Nutzung von Wärme, in der Mobilität oder als Chemierohstoff), eröffnen generell neue Optionen für eine effektive und effiziente Energieversorgung.

5. Wirtschaftliche Aspekte der Stromspeicherung

Die Analyse der Potenziale von Energiespeichersystemen muss neben technologischen Möglichkeiten die Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses im Zusammenspiel der Systembausteine in den Blick nehmen: So erfordert die Bereitstellung von Stromerzeugungsreserven und insbesondere von Stromspeichern erhebliche Vor-Investitionen in der Kette „Erzeugung-Nutzung". Für die Bewertung der wirtschaftlichen Tragfähigkeit der technologischen Speicheroptionen sind die entscheidenden Kriterien:

  • die Gesamtkosten des Technologiepfades,
  • das Nutzungsprofil,
  • der Wirkungsgrad des Gesamtprozesses und
  • der technische Entwicklungsstand;
  • ein wesentliches Bewertungskriterium müssen auch die ökonomischen Konsequenzen für den Wirtschaftsstandort Deutschland sein.
Eine ökonomische Kostenanalyse muss auch vermiedene Kosten insbesondere durch einen verringerten Kapazitätsaufbau erneuerbarer Energien oder die Reduzierung des Stromnetzausbaus berücksichtigen.

Bei den Wandlungsschritten von Strom in speicherbare stoffliche Energieträger und zurück sind erhebliche Wirkungsgradverluste zu gegenwärtigen: Da nach derzeitiger Einschätzung die Kosten des aus stofflichen Energieträgern zurückgewonnen Stroms bei Nutzung heutiger Technologien und unter der Annahme geringer Auslastungsgrade der benötigten Anlagen daher erheblich über den heutigen Kosten konventionell erzeugten Stroms liegen werden, erscheint einzig ihre weitere Nutzung attraktiv. Hier eröffnen sich im Verbund mit dem Erdgasnetz interessante Optionen.

6. Nutzung stofflich gespeicherter Energie in der chemischen Industrie und im Energiesystem

Energieträger wie Wasserstoff oder „synthetisches“ Methan können in der chemischen Industrie direkt oder indirekt, d.h. umgewandelt in Kohlenwasserstoffe, energetisch und stofflich genutzt werden und im Produktionsverbund der Chemie zukünftig eine größere Bedeutung erlangen. Für eine umfängliche Nutzung müssen allerdings erst entsprechende technische Voraussetzungen und technische Rahmenbedingungen geschaffen werden.

Darüber hinaus sollten die Potenziale flüssiger synthetischer Kraftstoffe zur Energiespeicherung und die Anforderungen an die hierfür benötigte Infrastruktur zunächst näher untersucht werden.

7. Bewertung technologischer Optionen, Zeithorizonte, Forschungs- und Entwicklungsbedarf

Wesentliches Element künftiger forschungs- und technologiepolitischer Maßnahmen sollte eine grundsätzliche Technologieoffenheit sein. So müssen bei der Bewertung der Potenziale der heute beschreibbaren Energiewandlungs- und Transportpfade (Strom, Gas, Wärme, Verkehr, Nutzung z.B. in der chemischen Industrie) ihre wechselseitigen Abhängigkeiten berücksichtigt werden.

Derzeit ist davon auszugehen, dass bis zu einem wirtschaftlich vertretbaren Einsatz von chemischen und stofflichen Energiespeichern ein längerer Zeithorizont zu veranschlagen ist, und somit kurzfristig keine wirtschaftlich tragfähigen Lösungen zur Verfügung stehen werden. Um die Potenziale der Energiespeicher nutzen zu können, besteht bei allen technologischen Optionen noch erheblicher Forschungs- und Entwicklungsbedarf (FuE). Dabei muss der FuE-Bedarf sämtlicher Speichertechnologien weiter identifiziert und strukturiert werden, insbesondere u.a. bei der Schlüsseltechnologie Elektrolyse, welche noch großes Potenzial zur Senkung der spezifischen Erzeugungskosten durch verfahrenstechnische Weiterentwicklungen birgt. Eine Analyse der Gesamteffizienz möglicher technischer Nutzungspfade des Wasserstoffs muss systemische Effekte in der Prozesskette deutlich stärker als bisher einbeziehen; die Nutzungspfade sollten daher in Pilot- und Demonstrationsvorhaben verstärkt erforscht werden.

Für die technologische Entwicklung und die Umsetzung von FuE in Innovationen sind verlässliche und konstante Rahmenbedingungen und eine langfristig stabile Förderung mit solider Finanzierung notwendig, die ein ausreichendes Maß an Planungssicherheit für Investitionen der Unternehmen ermöglichen. So muss die Gestaltung der öffentlichen FuE-Förderprogramme auf einen langfristigen technologischen Entwicklungshorizont ausgerichtet werden.

Diese Positionierung versteht sich als Zwischenbericht und soll mit den Arbeiten des Koordinierungskreises „Chemische Energieforschung“ fortgesetzt werden, der derzeit an einer Publikation zu Energiespeichern arbeitet.

Das Positionspapier enthält auch sechs Projektbeispiele zur Energiespeicherung. Sie dienen zur Erläuterung der Nutzungsmöglichkeiten der im Papier dargestellten technologischen Optionen zur chemischen Energiespeicherung. Außerdem illustrieren sie die Randbedingungen und die Interdependenzen, die ihre Einbindung in das System der deutschen Energieversorgung erfordern bzw. mit sich bringen.

Das vollständige Postionspapier (PDF, 40 Seiten) finden Sie im Downloadbereich im Kopf dieser Seite. Auch einen Artikel zum Papier aus dem chemie report 11/2013 können Sie dort nachlesen.

 Von links: Dr. Jürgen Klockner, Leiter des Bereichs Wissenschaft und Forschung im VCI; Dr. Jörg Rothermel, Leiter des Bereichs Energie, Klima und Rohstoffe im VCI; Dr. Martin Reuter, Bereich Wissenschaft und Forschung im VCI. - Foto: VCI/Becker
Von links: Dr. Jürgen Klockner, Leiter des Bereichs Wissenschaft und Forschung im VCI; Dr. Jörg Rothermel, Leiter des Bereichs Energie, Klima und Rohstoffe im VCI; Dr. Martin Reuter, Bereich Wissenschaft und Forschung im VCI. - Foto: VCI/Becker © VCI/Becker

Für Fragen und Anregungen nehmen Sie gerne Kontakt mit uns auf.

Ansprechpartner

Dr. Martin Reuter

E-Mail: reuter@vci.de

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