Äpfel liegen am Boden

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zum Video Kuriose Stromspeicher

Die Kreativität von Forschern ist beeindruckend. Auch in Sachen Energiewende lassen sie sich so einiges einfallen. Alles Wissen stellt fünf Ideen vor, wie sie ein zentrales Problem lösen wollen: überschüssigen Strom in Batterien zwischen zu speichern - und da sind ziemlich verrückte Ideen dabei.

Die Apfelbatterie

Am Helmholtz-Institut in Ulm braucht man viele Äpfel. Die können ruhig schön faulig sein. Denn sie sollen nicht etwa gegessen werden – aus ihnen wird eine Batterie gebaut. Klingt komisch, ist aber so! Mit der Apfeltechnologie will man das Lithium ersetzen. Dominic Bresser ist Wissenschaftler am Helmholtz-Institut und kennt die Gründe: "Man hat gesehen, dass Lithium vielleicht in 50 Jahren, je nach Nachfrage, knapp werden könnte, in jedem Fall wahrscheinlich teurer, und dann braucht man eine gute Alternative."

Und die Alternative kann tatsächlich aus dem Apfel kommen. Denn in dem steckt jede Menge Kohlenstoff. Die Apfelreste müssen im Labor erst mal trocknen und verbrennen. So kommt man an den Kohlenstoff heran. Der hat eine besondere Mikrostruktur, in der sich Natriumionen sehr gut anlagern. Dominic Bresser: "Der Grundgedanke ist, dass man sowohl kosteneffizienter und auch nachhaltiger Batterien bauen kann." Der Kohlenstoff wird in Flüssigkeit aufgelöst und auf Alufolie gestrichen, die als Stromleiter dient, dann getrocknet und ausgestanzt.

Leistungstests zeigen, dass  die Apfelbatterie mit der Lithium-Konkurrenz noch  nicht mithalten kann. Ein weiteres Problem dabei ist: Man kann sie noch nicht kompakt genug zum Beispiel für Handys herstellen. In größerem Maßstab funktioniert sie aber schon. "Beispielsweise von Energiespeichern zu Hause, von Solarenergie, von Windenergie, aber tatsächlich gab es in anderen Ländern auch schon erste Versuche mit Autos" sagt Dominic Bresser.

Ähnliche Tests haben Forscher auch mit anderen Grünabfällen gemacht. In Deutschland bieten sich aber Äpfel an, weil wir davon ausreichend haben.

Die Spinnenbatterie

Gleiches Institut, ein paar Türen weiter. Auch hier wird Batterieforschung betrieben – und man ist auf eine noch etwas skurrilere Idee gekommen. Robert Lehmann forscht mit dem Blut der Spinne. In dem befindet sich das Molekül Porphyrin, das für leistungsstärkere Batterien sorgen kann: "Dieses Molekül speichert bei der Spinne, beim Tintenfisch oder bei der Schnecke, speichert quasi Energie und erlaubt den Transport von Sauerstoff. Ähnlich wie bei uns, beim Hämoglobin, wo der Sauerstoff an Eisen gebunden wird, wird dort eben beim blauen Blut der Sauerstoff an zwei Kupferionen gebunden."

Und weil der Sauerstoff im Spinnenblut an Kupfer und nicht wie bei uns an Eisen gebunden wird, ist das Blut tatsächlich blau. Im Labor wird es künstlich hergestellt. Das Interessante an dem Molekül Porphyrin: Es transportiert sehr viel Energie. Robert Lehmann meint, dass die Lithium-Ionen-Batterie irgendwann ersetzt werden muss: "Die herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus, da sind wir eigentlich weitestgehend an der technischen Grenze angelangt. Wir werden die vielleicht noch mal um 10 oder allerhöchstens 20 Prozent verbessern können. Das war´s aber auch schon."

Erste Tests mit der Spinnenblutbatterie haben ergeben: Die Speicherkapaziät ist deutlich geringer als die der Lithium-Ionen-Batterie. Sie kann aber schneller Ladung aufnehmen und abgeben. Und wenn sie kaputt geht, werden keine gefährlichen Stoffe freigesetzt. In etwa sechs Jahren soll sie auf den Markt kommen.

Kreiselbatterie

Um Speichermedien ganz anderer Größenordnung geht es hier. In Zeiten von erneuerbaren Energien sind nämlich nicht nur kreative Ideen für den Hausgebrauch gefragt. Es müssen viel größere Mengen Strom gespeichert werden. Karsten McGovern leitet die Hessische Landes Energie Agentur. "Die Erzeugung von Strom durch Wind und Sonne ist eine Zukunftsaufgabe und ein Thema. Dabei ist zu bewältigen, dass natürlich  Strom und Wind nicht immer da sind. Also muss man diese Energie auch speichern und da stellt sich die Frage, welche Speichersysteme es gibt", sagt er.

Da hilft eine Idee der Darmstädter Firma Adaptive Balancing Power: Der sogenannte Schwungmassenspeicher. Genutzt wird dafür eine Drehbewegung, wie bei einem Kreisel. Ist zu viel Strom im Netz, wird der verwendet, um einen Motor anzutreiben. Der beschleunigt einen Zylinder. In dieser Drehbewegung wird die Energie gespeichert. Wird Strom gebraucht, bremst ein Generator den Zylinder ab und die dadurch freigesetzte Energie wird zurück ins Netz gespeist.

"500 von solchen Schwungmassenspeichern sind in der Lage, das deutsche Stromnetz stabil zu halten. Wenn da also ganz viel Energie reinkommt, können 500 davon das ausgleichen und für Stabilität sorgen", sagt Karsten McGovern. Und sie können auch dafür sorgen, dass Windkraftanlagen nicht mehr abgeschaltet werden müssen, wenn sie bei Sturm zu viel Strom produzieren. Der kann dann gespeichert werden, bis er wieder gebraucht wird.

Stromspeichernde Betonkugeln

Einen besonders kuriosen Speicher haben Wissenschaftler am Fraunhofer Institut in Kassel entwickelt. Betonkugeln werden in 800 Metern Tiefe im Meer in der Nähe von Windkraftanlagen aufgestellt. Erzeugen die Windräder mehr Energie, als das Netz aufnehmen kann, wird die genutzt, um eine Pumpe anzutreiben. Die pumpt das Wasser aus der Betonkugel raus. Ist die Kugel leer, entsteht ein Vakuum.

Wenn man jetzt Energie benötigt, lässt man das Wasser zurück in die Kugel strömen. Dadurch wird eine Turbine angetrieben und wieder Strom erzeugt, der zurück ins Netz gespeist werden kann. Fast wie bei einem Riesen-Akku. Matthias Puchta ist Abteilungsleiter Energiespeicher beim Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik in Kassel: "Wir haben natürlich einen massiven Zubau von erneuerbaren Energien und die konventionellen Pumpspeicher werden nicht ausreichen für die zukünftige Energiewende. Das heißt, wir werden Speicher zubauen müssen, um den Ausgleich zwischen Erzeugung und Verbrauch zu schaffen. Und da ist das ein Baustein und deswegen forschen wir auch an wirtschaftlichen Lösungen zur Energiespeicherung."

Mit einer kleineren Kugel haben die Forscher das Prinzip schon im Bodensee getestet. Es funktioniert. Mit einer Kugel von 30 Quadratmetern Durchmesser könnte man dann 20.000 Kilowattstunden Strom speichern. Das entspricht etwa dem Jahresbedarf von sechs Haushalten.

Gartenteich als Batterie

Auch ein Gartenteich kann ähnlich wie eine Batterie genutzt werden. Dieses verrückte Energiekonzept kann bei gut gedämmten Häusern mit Wärmepumpe eingesetzt werden. Die Wasser-Energie unterstützt dann die Wärmepumpe im Haus.

Karsten McGovern, Leiter der Hessischen Landes Energie Agentur, unterstützt solche innovativen Energiekonzepte: "Wärmepumpen sind tatsächlich die Technologie der Zukunft. Alle gehen davon aus, dass bei besser gedämmten Häusern Wärmepumpen sehr häufig die Funktion von Gas- und Ölheizungen übernehmen. Und die Arbeitszahl, d.h. die Effektivität dieser Wärmepumpe ist entscheidend, ob sich das lohnt. Und in dem Moment, wenn es natürlich draußen kalt ist oder die Umgebungswärme nicht so hoch ist, dann ist diese Arbeitszahl nicht so gut."

Und da kommt der Gartenteich ins Spiel. Dieser Naturwärmespeicher ist zwei Meter tief. Über die Umgebungsluft und die Sonneneinstrahlung nimmt er Energie auf und speichert sie. Bei Bedarf wird diese Energie genutzt, um das Wasser zu erhitzen, mit dem die Wärmepumpe im Gebäude heizt. Verglichen mit konventionellen Systemen kann man mit diesem Konzept bis zu 30 Prozent Energie beim Heizen einsparen.

Autorin: Barbara Petermann

Sendung: hr-fernsehen, "alles wissen", 14.03.2019, 20:15 Uhr