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Auf der A 5 zwischen Darmstadt und Frankfurt finden bereits erste Tests mit einer Oberleitung statt. Foto: Helmut Fricke

Güter auf der Gummibahn

Von GOTTFRIED ILGMANN und KLEMENS POLATSCHEK

09.03.2019 · Solange Verkehr an fossiler Antriebsenergie hängt, wird sich die Klimaerwärmung nicht aufhalten lassen. Dazu müssten aber auch Lastwagen elektrifiziert werden. Mit Hilfe von Oberleitungen könnte das gelingen.

L ügt sich Deutschland grün? Das fragte Frank Plasberg Anfang Februar in „Hart aber fair“. Tatsächlich wollte das Land von 1990 bis heute 40 Prozent weniger Treibhausgase in die Atmosphäre blasen, 32 Prozent wurden es. Doch diese sind überwiegend ein Kollateralnutzen der Abwicklung ostdeutscher Industriebetriebe in den 90er Jahren. Spezifische Anstrengungen zur Verminderung von Treibhausgasemissionen stecken nicht dahinter.

Zudem müssen nicht nur Kraftwerke und Heizungen in den Blick genommen werden, sondern auch der Verkehr. Er hat einen großen Anteil an der gesamten CO2-Emission und widersetzt sich bislang hartnäckig jeglicher Minderung. Seit 2009 ist der Anteil laut Umweltbundesamt sogar wieder gewachsen. Zwar wurden Motoren ständig effizienter, doch diese Fortschritte wurden größtenteils durch immer mehr schwere und PS-starke Pkw zunichtegemacht.

Bei Lastkraftwagen ließe sich mehr erreichen. Brummifahrer können ihr Selbstbild eher selten durch die Wahl ihrer Fahrzeuge aufpeppen; für Logistiker sind allein die Transportkosten entscheidend. Entsprechend sind die CO2-Emissionen pro Fahrzeugkilometer beim Lkw deutlich stärker gesunken als beim Pkw. Nun wächst der Transportsektor aber. Die Lkw stoßen heute bereits rund 60 Prozent der CO2-Menge aus, die Pkw absondern. Laut Prognose im Bundesverkehrswegeplan wird der Güterverkehr von 2010 bis 2030 um 38 Prozent zulegen. In Zukunft könnten Pkw und Lkw daher jeweils gleich viel CO2 produzieren.

Und so sieht ein Brummi mit Stromabnehmer aus. Foto: dpa

Nach dem EU-Gesetz dürfen bis 2020 die Emissionen aller neu in der EU zugelassenen Pkw eines Herstellers im Mittel nur noch 95 Gramm CO2 pro Kilometer betragen. Überschreitungen haben saftige Strafzahlungen zur Folge. Im Dezember einigte man sich auf neue Grenzwerte: Von 2021 bis 2025 sollen Pkw-Emissionen um 15 Prozent sinken, bis 2030 um weitere 22,5 Prozentpunkte. Das erscheint nur erreichbar, wenn umfangreich Elektroantriebe eingesetzt werden, denn die bekommen einen Bonus bei der Emissionsanrechnung: Es wird so getan, als würden sie heute schon keinen Strom aus fossilen Kraftwerken beziehen. Im Januar einigten sich EU-Kommission, Parlament und Mitgliedstaaten auch auf Grenzwerte für die Lastkraftwagen: 30 Prozent Reduktion von 2019 bis 2030.

Ziel ist ein Verkehrssektor, der 2050 gar keine Treibhausgase mehr erzeugt. Ein Projektkonsortium des Öko-Instituts Freiburg hat daher vergangenen Herbst im Auftrag des Bundesumweltministeriums eine Studie veröffentlicht, die untersucht, welche technischen Möglichkeiten dem Lkw-Verkehr bleiben. Ihr Titel: „Oberleitungs-Lkw im Kontext weiterer Antriebs- und Energieversorgungsoptionen für den Straßengüterfernverkehr“.

Oberleitung, das klingt nach Eisenbahn. Wenn die Lkw dann noch digital miteinander gekoppelt fahren, hätten wir eine Art Gummibahn. Warum dann nicht gleich die Eisenbahn? Weil deren Anteil am deutschen Güterverkehr seit vielen Jahren bei 17 Prozent stagniert. Der Lkw liegt heute bei mehr als 70 Prozent. Und trotz aller Güter-gehören-auf-die-Bahn-Rhetorik ist auch gar nicht genug Geld eingeplant, um die Kapazität der Bahn wirksam auszubauen. Autobahnen mit Oberleitungen zu versehen ist dagegen vergleichsweise einfach. Und so haben im November bereits Funktionstests mit umgerüsteten Lkw auf der A5 in Südhessen begonnen, deren rechte Fahrspur dazu mit einer Oberleitung aufgerüstet wurde. Weitere Tests sollen in Schleswig-Holstein und Baden-Württemberg folgen.

Bei einem Oberleitungs-Lkw (siehe „Schema der Antriebe von Oberleitungs-Lkw“) kann Strom auch aus einer Batterie bezogen werden. Je nach deren Kapazität erlaubt das 100 oder 250 Kilometer Fahrt ohne Oberleitung. Der Lkw kann damit aus seiner Spur ausscheren, mit Batteriestrom überholen und wieder auf die Fahrspur mit Oberleitung einscheren. So werden auch Lücken im Oberleitungsnetz überbrückt. Sobald der Lkw unter Fahrdraht ist, wird die Batterie wieder geladen. Abseits der Autobahn kann der Lkw noch weite Strecken fahren, sofern er sie mit aufgeladener Batterie verlassen hat. In manchen Fällen wird er die Batterie auch am Zielort aufladen können, was das Reichweiten-Problem weiter reduziert. Auch auf Autobahnkreuzungen und Brückenbauwerken, in Tunnels oder Schutzgebieten dürfen zwischendurch die Oberleitungen fehlen. Dadurch kann das Netz erheblich schneller und preisgünstiger gebaut werden. Gemessen am Neu- und Ausbau von Straßen und Schienen, sollte die Planung, Genehmigung und Umsetzung schnell möglich sein. Ein Konzept des Büros Intraplan und der Hochschule Heilbronn sieht ein Netz von bis zu 4265 Kilometer Länge vor (siehe Karte). Es schätzt die Investitionskosten auf 2,5 bis 3,1 Millionen Euro pro Kilometer, dafür sind dann beide Fahrtrichtungen aufgerüstet.

Ausländische Lkw über 7,5 Tonnen Gesamtgewicht erbringen fast die Hälfte aller Fahrleistungen auf mautpflichtigen deutschen Straßen. Im Güterfernverkehr ist der Anteil noch größer. Bei diesem großen Ausmaß des grenzüberschreitenden Verkehrs hat ein Netz aus Oberleitungen nur Aussicht auf Erfolg, wenn das Konzept letztlich auf Europa ausgedehnt wird. Deutschland fiele die Rolle zu, Treiber für den Aufbau eines europäischen Netzes zu sein. Schweden testet bereits seit Juni 2016 auf einem zwei Kilometer langen Autobahnabschnitt nördlich von Stockholm Lkw mit Oberleitung. Wer nun die Geschichte der Eisenbahn mit ihren verschiedenen Standards von Spurbreite, Stromversorgung und Signalen kennt, hegt die Befürchtung, dass auch bei Oberleitungs-Lkw unterschiedliche Standards entstehen könnten, die grenzüberschreitende Fahrten be- oder verhindern. Die Befürchtung ist aber bislang unnötig. Sowohl in Schweden als auch in Deutschland erprobt dasselbe Konsortium aus dem Lkw-Hersteller Scania und Siemens die neue Antriebsoption. Die Tests bauen aufeinander auf.

Quelle: Öko-Institut e.V., 2018, F.A.Z.-Grafik Kaiser

Die zweite Version des Oberleitungs-Lkw ist ein Hybrid mit einem vollwertigen Diesel- und einem Elektroantrieb mit jeweils 350 Kilowatt Leistung. Jeder Strang bringt allein die volle Leistung des herkömmlichen Diesel-Lkw. Diese Version ist eine des Übergangs von der Welt des Verbrennungsmotors in die der Elektrifizierung. Solange wir nur den Lkw-Verkehr innerhalb Deutschlands betrachten, ist die Hybrid-Version nicht mehr nötig, sobald Deutschland über ein mehr als 4000 Kilometer langes Oberleitungsnetz auf den Autobahnen verfügt. Jeder Ort wäre weniger als 250 Kilometer von einer Autobahn mit Oberleitung entfernt. Die Oberleitungsversion mit Batterie ist erheblich wirtschaftlicher, die Energieeffizienz deutlich besser. Synthetischer Kraftstoff für den Dieselstrang wird in ferner Zukunft knapp sein (siehe „Vom Zappelstrom“), und seine Energieeffizienz ist schlecht. Weil eine Ausdehnung des Oberleitungsnetzes auf Europa sicher nur schrittweise realisierbar ist, wäre der Hybrid-Lkw eine nützliche Option, allerdings eine teure. Wenn das Ziel ab Autobahnabfahrt unter Oberleitung sehr weit entfernt ist, kann es zum Beispiel effektiver sein, den Sattelanhänger für diesen restlichen Weg auf eine andere Zugmaschine zu hängen.

Die Güterverkehrsbranche ist gespannt auf reine Batterie-Lkw mit 300 und 500 Meilen Reichweite, die der amerikanische Hersteller Tesla angekündigt hat. In Anlehnung daran hat die Studie des Öko-Instituts eine Variante mit Batterie-Lkw von 400 Kilometer und 800 Kilometer Reichweite untersucht. Die Batterien dafür wiegen bis zu drei respektive sechs Tonnen. Wegen ihres großen Gewichts sieht die Studie sie nicht als sinnvolle Antriebsoption für den Fernverkehr. Reine Batterie-Lkw sind dort von Vorteil, wo die Fahrleistung pro Tag gering ist und viel Stop-and-go-Verkehr zu bewältigen ist. Das Beispiel ist der Kleinlaster Streetscooter, der an der RWTH Aachen entwickelt wurde, nun von der Deutschen Post/DHL in Serie produziert und auch an weitere Kunden verkauft wird.

Die Zurückhaltung der Studie des Öko-Instituts angesichts von Gewicht und Kosten heutiger Batterietechnik ist berechtigt. Doch Batterien sind für Lkw immer noch wirtschaftlicher als für Pkw. Lastwagen legen im Fernverkehr 130.000 Kilometer pro Jahr zurück, Pkw durchschnittlich nur 13.000. Entsprechend schlägt auch der Energieverbrauch für die Produktion von Batterien beim Lkw geringer durch als beim Pkw. Die Technik der heutigen Lithium-Ionen-Batterien ist nach Meinung vieler Fachleute ausgereizt. Weltweit wird aber mit hohem Aufwand an neuer Batterietechnik geforscht. So mag auf längere Sicht die Rechnung zu Gewicht und Kosten eines reinen Batterie-Lkw anders aussehen.

Oberleitungsgebundene Nutzfahrzeuge

Quelle: Intraplan, Hochschule Heilbronn et al.: Development of a Core Electrified Networt for the Use of Heavy Goods Vehicles on the German Motorway Network, ERS Conference, Stockholm 2018. Hinterlegte Grundkarte: Bundesamt für Kartographie und Geodäsie 2012 / F.A.Z./heu

Viel geforscht wird auch zum Energieträger Wasserstoff. Ein Wasserstoff-Lkw hat einen Drucktank, aus dem Wasserstoffgas in Brennstoffzellen fließt, die daraus Strom für die Elektromotoren erzeugen. Das Öko-Institut hat in seiner Studie die allgemein übliche Hybrid-Lösung betrachtet: Die Leistung der Brennstoffzellen wird dabei lediglich für die konstante Fahrt auf Autobahnen ausgelegt; für die Leistungsspitzen wie Anfahrt und Steigungen gibt es eine zugeschaltete Batterie mit 70 Kilowattstunden. Das ist eine Kapazität, wie sie heute in E-Pkw eingesetzt wird, zirka doppelt so groß wie die eines BMW i3 und kleiner als in vielen Tesla-Limousinen. Die Reichweite pro Wasserstoff-Füllung beträgt 800 Kilometer. Eine Wasserstofftankstelle würde dabei nicht mit Tankwagen beliefert, sondern das Gas würde vor Ort in der Tankstelle durch Elektrolyse erzeugt, auf einen Druck von über 700 bar verdichtet und so in den Tank der Fahrzeuge gepresst.

Die Studie hat zum Vergleich auch den konventionellen Diesel-Lkw und seinen technologischen Vetter, den Erdgas-Lkw, miteinbezogen (siehe „Treibhausgasemissionen von Lkw-Antriebsoptionen“). Beide nutzen hochgezüchtete Technik und werden bis zum Jahr 2030 noch mit erheblichen Effizienzsteigerungen aufwarten können. Aber das Potential der Verbrennungsmotoren erschöpft sich zusehends. Eine Nullemission ist damit nicht erreichbar. Die Hoffnung, Wind- und Sonnenstrom zu „methanisieren“ und mit solchen synthetischen, grünen Kraftstoffen die Motorenspitzentechnik zu retten, trügt (siehe Kapitel „Vom Zappelstrom“). Es bleiben daher nur drei zukunftsfähige Kandidaten: der Wasserstoff-Lkw, der Lkw mit Oberleitung und Batterie sowie der reine Batterie-Lkw.

Ein zu kurzer Blick auf die Vergleichsgrafik aber kann zu Fehlschlüssen führen. Alle drei Zukunftskandidaten emittieren dort im Jahr 2030 deshalb CO2, weil der Strom noch zur Hälfte aus fossilen Quellen stammt. Im Jahr 2050 soll nur noch grüner Strom erzeugt werden. Erst dann würde kein CO2 mehr emittiert. Es stellt sich nur die Frage, welcher der drei Kandidaten den grünen Strom am effizientesten verwendet. Gewinner ist der Oberleitungs-Lkw, der mit einer relativ kleinen Batterie gepuffert ist. Aber dieses Konzept birgt das Risiko, dass es sich nicht europaweit durchsetzt. Es folgt der reine Batterie-Lkw, aber er kann sich für den Güterfernverkehr nur dann etablieren, wenn neue Batterien die Schwächen der Lithium-Ionen-Technik überwinden. Ob dies gelingt, ist ungewiss. Der Wasserstoff-Lkw verwertet den Strom schlechter als der Oberleitungs-Lkw mit Batterie, ist aber Antrieben mit synthetischen Kraftstoffen weit überlegen.

Dem Verkehr vor allem ist zuzuschreiben, dass Deutschland seine Klimaziele nicht erreicht hat. Eine schnelle Elektrifizierung des Lkw (und des Straßenverkehrs insgesamt) wäre notwendig. Aber wir benötigen nicht nur mehr Strom. Die Stromerzeugung wird wegen des ständig steigenden Anteils von Wind- und Sonnenstrom auch immer unberechenbarer. Im Jahr 2050 wird Deutschland zu 85 bis 90 Prozent von solchem Quellen abhängen. Dieses Problem lässt sich prinzipiell nur über Energiespeicher lösen (siehe „Vom Zappelstrom“). Am wichtigsten und schmerzhaftesten bleibt dabei aber eine traurige Tatsache: Die Batterien der elektrifizierten Autos helfen bei dieser Speicherung wenig bis gar nicht. Sollen Pkw auf Batterie oder Lkw auf Oberleitung umgestellt werden, geht das nicht ohne eine zeitlich dazu passende Strategie für die Speicherung der nun einmal schwankenden erneuerbaren Energie. Alles andere wäre eine weitere Lüge in Grün.

Gottfried Ilgmann ist Wirtschaftsingenieur, Gründer der Beratungspartnerschaft (IMP) und arbeitete zehn Jahre lang für die Regierungskommission Bahn, das Verkehrsministerium und die Deutsche Bahn.

Klemens Polatschek ist Informatiker und seit 2008 Partner bei IMP. Beide sind Autoren des Buches „Zukunft der Mobilität“ (2013).


Nächstes Kapitel:

Vom Zappelstrom


Pumpspeicherwerk Herrischried-Hornberg / Foto: dpa

Vom Zappelstrom

Grüne Energie braucht Speicher. Doch woher die nehmen?

B is zum Jahr 2022 steigt Deutschland aus der Atomenergie aus, um 2038 herum aus der Kohleverstromung, und am Ende stehen auch die Erdgas-Kraftwerke still, auf dass aller Strom bis zum Jahr 2050 aus nichtfossilen Quellen komme. Hierzulande können dann aber weder Biogas- noch Wasserkraftwerke eine große Rolle spielen, die Hauptlast werden am Ende Wind- und Sonnenenergie tragen müssen. Doch was passiert, wenn es dunkel ist und kein Wind weht? Wie viel Strom müssen wir speichern, um die jahreszeitlichen Schwankungen des grünen Stroms auszugleichen?

Die Frage ist bereits akut. Strom aus Wind und Sonne wird heute mit Vorrang eingespeist, wann immer er entsteht. Bei günstigstem Wetter und geringer Nachfrage deckt er den gesamten deutschen Bedarf allein. Dann werden Gas- und Kohlekraftwerke bis auf eine Teillast heruntergefahren. Es kann also zu einem Überschuss an Strom kommen, der dann ins europäische Netz gedrückt wird. Das verdrießt die Stromerzeuger in unseren Nachbarländern, weil es die Wirtschaftlichkeit ihrer Kraftwerke beeinträchtigt. Daher beginnen unsere Nachbarn schon, technisch aufzurüsten, um unerwünschten Strom an der Grenze blockieren zu können. Bereits im Jahr 2014 gab es 90 Tage, an denen der Preis des Exportstroms aus Deutschland zeitweise negativ wurde, für seinen Verbrauch oder seine Vernichtung haben wir also Geld bezahlt. Die Windräder einfach abzuschalten ist natürlich auch möglich, aber noch teurer, denn die Windkraft-Betreiber haben dann Anspruch auf 90 Prozent Ausfallgeld.

„Wie viel Zappelstrom verträgt das Netz?“ So überschrieb Hans-Werner Sinn seine Weihnachtsvorlesung 2017 an der Universität München. Der frühere Präsident des ifo-Instituts rechnete seinen Zuhörern vor, wie viel grünen Strom wir speichern müssen, wenn über Monate hinweg weniger davon fließt als gebraucht wird, in anderen Monaten hingegen mehr. Der Ökonomieprofessor demonstrierte das Speicherproblem an den Daten des Jahres 2014, in dem Wind und Sonne zusammen 16 Prozent der deutschen Stromproduktion gedeckt hatten. 2014 war das aktuellste Jahr, für das damals alle benötigten Zahlen vorlagen, denn Sinn wollte auch die Möglichkeiten einer Zusammenarbeit mit anderen europäischen Ländern ausloten, für die nur ältere Statistiken verfügbar sind.

Quelle und Grafik: Hans Werner Sinn / Bearbeitung F.A.Z.

In einem ersten Schritt ging Sinn von folgenden Annahmen aus: Erstens, die Volatilität des grünen Stroms wird nicht durch fossile Kraftwerke ausgeglichen, auch nicht durch Im- und Export. Die Nachfrage ist, zweitens, über das Jahr hinweg konstant. Und drittens ist eine Speicherung des Stroms „friktionslos“ möglich, die Speicher stehen also nach Belieben zur Verfügung und können Strom ohne Verluste einleiten und entnehmen. Das sind zunächst natürlich nur theoretische Annahmen, aber so versteht man überhaupt erst einmal, was passiert.

So kam Sinn auf die gezeigte Grafik für den sich damit ergebenden Speicherbedarf. Der Verbrauch ist in diesem einfachen Szenario also konstant so hoch, wie ihn Wind und Sonne zusammen gemittelt übers ganze Jahr erbringen, nämlich 9,55 Gigawatt elektrischer Leistung. Wenn Wind und Sonne mehr Strom liefern als diesen Durchschnittswert, füllen sie den Speicher, wenn sie darunter bleiben, muss Strom aus dem Speicher entnommen werden.

Die Grafik zeigt das Auf und Ab der Speicherfüllung getrennt für Wind und Sonne und in ihrer Summe (die schwarze fette Kurve), in Terawattstunden (TWh), entsprechend einer Milliarde Kilowattstunden (kWh). Wie zu sehen ist, bringt der Wind (blaue Kurve) in den stürmischen Wintermonaten kräftig Überschuss und füllt seine Speicher bis zu einem Maximum im März. Der Speicher der Sonnenenergie (orangefarbene Kurve) muss zu dieser dunklen Zeit natürlich dauernd leerer werden, aber von Ende Februar an kann auch die Sonne ihren Speicher immer mehr füllen und erreicht im September einen wochenlangen Höchststand.

Das ist schon einmal erfreulich – die beiden Quellen liefern jahreszeitlich eher im gegenläufigen Trend. Daher benötigen sie in der Summe (schwarze Kurve) weniger Speicher, als sie einzeln für sich brauchen würden. Wie man auch sieht, ist der Windstrom in dieser Darstellung der zappeligere, weil er oft über viele Tage hinweg schwächelt. Der Sonnenstrom erscheint glatter und berechenbarer, doch leider – das Detail ist hier kaum zu erkennen – kann man sich auch auf seinen Tag-Nacht-Zyklus verlassen; in der Nacht ist die Sonne weg und ihre Stromproduktion gleich null.

In der Summe beider Quellen zeigt sich der kritische Punkt für die langfristige Stromspeicherung in Deutschland. Er tritt Anfang Dezember ein (roter Stern), wenn wenig Sonne scheint, die Winterwinde aber erst bevorstehen und alle gespeicherte Energie verbraucht ist. Von diesem Nullpunkt an füllen sich die Speicher bis Mitte August dann auf 6,9 Terawattstunden. Anschließend werden sie binnen dreier Monate entleert. Eine Speicherkapazität in mindestens dieser Höhe ist also nötig, wenn man eine rein grüne Stromerzeugung in Deutschland will. Steht weniger Speicher zur Verfügung, braucht man zwingend noch andere Stromquellen.

An den Höchstpunkten der Kurven vermerkt Hans-Werner Sinns Grafik, wie viele Pumpspeicherkraftwerke (PSKW) deutscher Durchschnittsgröße für die friktionslose Speicherung benötigt würden. Diese Anlagen bestehen aus zwei Becken in unterschiedlicher Höhenlage. Beim Einspeichern wird Wasser aus dem unteren Becken mittels überschüssigen Stroms in das höhergelegene Becken gepumpt. Bei Entnahme strömt das Wasser aus dem höheren Becken über eine Turbine in das untere Becken. Die Turbine treibt einen Generator für die Rückverstromung der gespeicherten Energie. Die heute vorhandenen insgesamt 35 deutschen Pumpspeicher können insgesamt 37 700 Megawattstunden (MWh) und pro Anlage im Schnitt 1077 MWh speichern. Um den oben ermittelten Speicherbedarf von 6,9 TWh zu decken, bedürfte es also 6395 solcher Speicher.

Gewaltige Wassermengen fließen durch die zwei 3,4 Meter dicken Fallrohre in das Pumpspeicherkraftwerk Wendefurth Foto: ZB/dpa

Wie viele weitere Pumpspeicherkraftwerke aber kann man in Europa bauen? Das eStorage-Konsortium, mitfinanziert von der Europäischen Kommission, hat in 15 EU-Ländern sowie Norwegen und Schweiz das Potential ermittelt. Ergebnis: Man könnte Werke mit rund 2,3 TWh errichten, siebenmal höher als der heutige Bestand, und das würde ausreichen, Malta ein ganzes Jahr mit Strom zu versorgen. Aber Malta hat keine 500 000 Einwohner, also grob gerechnet nur ein Tausendstel der EU-Bevölkerung.

Hans-Werner Sinn hat seine theoretischen Annahmen natürlich mit der Wirklichkeit abgeglichen. So ist die Stromnachfrage in Wahrheit nicht gleichmäßig, sondern gleichfalls wechselhaft – leider in ungünstiger Weise, so dass der reale Speicherbedarf dadurch um fast zwei Drittel auf 11,3 TWh steigt. Eine friktionslose Speicherung gibt es in der Realität auch nicht. Pumpspeicherkraftwerke verzeichnen insgesamt etwa 20 Prozent Verlust, man bekommt also nur 80 Prozent des Stroms wieder heraus. Den zweitbesten Wirkungsgrad verspricht Wasserstoff, erzeugt durch Elektrolyse aus Wasser. Er beträgt 40 Prozent, sofern der Wasserstoff direkt in Gas-und-Dampfkraftwerken (GuD) verstromt wird. Wenn er dagegen zur Synthese von Methan herangezogen wird, also praktisch von künstlichem Erdgas, bekommt man bei dessen Rückverstromung nur 25 bis 35 Prozent der ursprünglichen Energie zurück.

Eine Anlage im Energie Park Mainz wandelt den Strom aus Windenergie mit Hilfe der Elektrolyse in Wasserstoff um. Foto: dpa

Bei Speicherung über Wasserstoff muss man also zweieinhalbmal so viel Strom erzeugen, wie man am Ende wieder aus dem Speicher herausholt. Bei Methan sind es drei- bis viermal so viel. Immerhin wird die erforderliche Größe des Speichers nicht durch die Verluste bei der Einspeicherung in die Höhe getrieben – sie ist nur von den Verlusten bei der Rückverstromung abhängig. Nutzt man dafür GuD-Kraftwerke mit einem Wirkungsgrad von 60 Prozent, steigt der theoretische Speicherbedarf für 2014 auf knapp 19 TWh. Das sind rund 23 Prozent der Jahresproduktion von Wind- und Sonnen-Strom.

Diese Anteilszahl können wir jetzt für eine Vorschau auf jene Zukunft anwenden, in der wir ganz vom grünen Strom abhängig sein werden, der zu 85 bis 90 Prozent aus Wind und Sonne stammt. Nehmen wir optimistisch an, der Strombedarf sei im Jahr 2050 so groß wie 2017 (540 TWh), dann bedeutete dies, dass der zusätzliche Strombedarf zur Elektrifizierung des Straßenverkehrs durch eingesparten Strom in allen anderen Sektoren kompensiert werden kann. Dann bräuchten wir Speicher für zirka 100 TWh. Im Falle reiner Wasserstoffspeicherung müsste zusätzlich etwa 90 TWh Zappelstrom erzeugt werden, um die Verluste aus Speicherung und Entnahme auszugleichen.

Welche Speichertechnik sollen wir dafür benutzen? Künstliches Methan mag schmerzhaft verlustreich in der Erzeugung sein, dafür muss man sich über seine Speicherung nicht den Kopf zerbrechen. Deutschland speichert heute schon ein Viertel seines Jahresbedarfs an Erdgas, um saisonale Nachfrageschwankungen zu puffern und möglichen Lieferengpässen nicht hilflos gegenüberzustehen. An Potential für weitere Erdgasspeicher fehlt es nicht. Aber die Methanisierung von Wasserstoff benötigt konzentrierte CO2-Ströme. Die Massenlieferanten dafür, die Abgase fossiler Kraftwerke, wird es in Zukunft nicht mehr geben.

Wasserstoffgas zu speichern wird schwieriger, denn seine kleinen, leichten Moleküle sind besonders mobil. Noch vor wenigen Jahren hieß es auf Fachkonferenzen, in Schleswig-Holstein stünden dafür viele Salzkavernen zur Verfügung. Das hat sich als voreilig erwiesen. Im Projekt „H2-Forschungskaverne“ entwickelt das HYPOS-Konsortium aus Gaswirtschaft, einem Fraunhofer-Institut und Gebirgsmechanikern jetzt einen Wasserstoffspeicher für den Großversuch. In Bad Lauchstädt in Sachsen-Anhalt baut es bis 2024 eine Salzkaverne aus. Der entstehende Speicher soll mehr als 42 Millionen Kubikmeter fassen. Der Energieinhalt von so viel Wasserstoff beträgt 0,12 bis 0,13 Terawattstunden (TWh). Es wird die größte Speicheranlage für grünen Wasserstoff in Europa sein, aber immer noch wenige Tausendstel des künftig nötigen deutschen Speicherbedarfs umfassen. Die Forschungen sollen im Jahr 2027 erste Erfahrungen liefern, wie man solche Wasserstoffspeicher betreibt. Wir wissen vorher also nicht, welche Probleme uns erwarten, wie groß das Potential in Deutschland ist und wie lange wir für die Realisierung benötigen. Dieser trübe Ausblick wird auch dadurch nicht besser, dass die Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse technisch gut beherrschbar erscheint.

Die Elektrolysehalle im Energie Park Mainz Foto: dpa

Nun wird zuweilen die Nutzung der Batterien von Elektro-Pkw als Speicher zur Glättung des Zappelstroms propagiert, etwa vom Tesla-Chef Elon Musk. Hätten aber alle 45 Millionen deutschen Pkw eine Batterie mit rund 43 kWh wie etwa der i3 von BMW, dann könnten damit kaum zwei Terawattstunden Strom gespeichert werden. Und diese Autos dürften auch nicht fahren, weil die Batterien den Strom eben über mehrere Monate bewahren müssten.

Weitere Ideen, den Zappelstrom zu bändigen setzen auf „smartes Timing“: Die Waschmaschine läuft dann eben nachts, das Elektroauto wird nur dann aufgeladen, wenn ein Signal an die Garagensteckdose gelangt, dass reichlich grüner Strom fließt. Solche Steuerungen der Nachfrage sind hilfreich, kosten nur wenig Geld und ein bisschen flexibles Verhalten, nach Sinnschen Berechnungen bringen sie aber auch nur ein paar Prozent Verbesserung.

In der Industrie könnte die Sektorenkopplung helfen, die vielfältige Zusammenarbeit aller Branchen bei energetischen Prozessen. Eine Aufrüstung des paneuropäischen Stromnetzes würde ebenfalls helfen, denn die Volatilität Europas ist wohl geringer als die eines einzigen Landes. Helfen würde auch, grünen Strom in Weltgegenden zu erzeugen, wo die Erzeugung ergiebiger ist. Import-Wasserstoff aus grünem Strom könnte mit Gastankern in den Monaten geliefert werden, in denen wir Bedarf haben. Das größte Potential aber läge in der Änderung unseres energieintensiven modernen Lebens. Doch das wäre ein anthropologisches Wunder.

Gottfried Ilgmann ist Wirtschaftsingenieur, Gründer der Beratungspartnerschaft (IMP) und arbeitete zehn Jahre lang für die Regierungskommission Bahn, das Verkehrsministerium und die Deutsche Bahn.

Klemens Polatschek ist Informatiker und seit 2008 Partner bei IMP. Beide sind Autoren des Buches „Zukunft der Mobilität“ (2013).

Quelle: F.A.S.

Veröffentlicht: 09.03.2019 15:29 Uhr