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Wie erneuerbare Energie unterirdisch gespeichert wird

Erneuerbare Energie aus nachhaltigen Quellen, wie Wind oder Sonnenlicht, setzen bekanntlich wenig Emissionen frei und sorgen damit für einen aktiven Klimaschutz. Eine Schwäche hat die grüne Energie aber: Sie kann bislang kaum in großen Mengen gespeichert werden und ist dann deshalb oft nicht vorhanden, wenn sie dringend gebraucht wird. 

Um Energie aus erneuerbaren Quellen künftig schon im Sommer zu sammeln, um sie im Winter verfügbar zu machen, müssen zuverlässige Speichermöglichkeiten entwickelt werden. Eine Schlüsseltechnologie bei der Transformation unserer Energieversorgung hin zu einem höheren Anteil erneuerbarer Energieträger stellen laut dem Wissenschafter Wim van Helden, vom Forschungsinstitut für nachhaltige Technologien AEE INTEC, unterirdische Großwasserwärmespeicher (UGWS) dar. 

Erneuerbare Energie könnte künftig saisonal gespeichert werden

100.000 Kubikmeter

Diese künstlich angelegten, mit Wasser gefüllten Becken sollen es ermöglichen, Wärme kurz- und mittelfristig sowie saisonal zu speichern. Diese kommt etwa aus Solarenergie oder industrieller Abwärme. Die Wassertanks könnten in der Nähe von Wohngegenden im Boden verbaut werden und so Gemeinden zur Verfügung stehen.

Um derartige Energiespeicher in Österreich einmal realisieren zu können, arbeiten derzeit mehrere Institute des Forschungsnetzwerks Austrian Cooperative Research (ACR) an deren technologischen Grundlagen. Denn das Wissen über die für UGWS geeigneten Bauweisen und Materialien und deren Betrieb und Wartung ist aktuell noch begrenzt.

Im Fokus des Forschungsprojekts „MoreStore“ der ACR-Institute AEE INTEC, GET, IWI und BTI stehen insbesondere unterirdische Großwärmespeicher für Nah- und Fernwärmenetze mit kleinen bis mittleren Kapazitäten zwischen 500 und 100.000 Kubikmeter. Mit Letzterem könnten laut dem Projektleiter van Helden etwa 1.000 bis 2.000 Haushalte mit thermischer Energie versorgt werden, wie er gegenüber der futurezone erklärt.

Neuartige Abdeckung

Entwickelt wurden Modelle für unterschiedliche Speichergeometrien und -konfigurationen. Auch wurden im Rahmen dieses Forschungsprojekts Entwürfe für diverse Bauwerkskomponenten erarbeitet sowie ein effizientes Abdeckungskonzept patentiert. Denn die Abdeckung eines solchen unterirdischen Speichers ist für seinen nachhaltigen Betrieb in vielerlei Hinsicht wesentlich. So fungiert sie nicht nur als Wärmedämmung, sondern unter anderem auch zur Ableitung von Niederschlagswasser. 

Durch dieses neuartige Abdeckungskonzept lässt sich die Oberfläche des Speichers gleichzeitig auch für unterschiedliche Anwendungen im urbanen Umfeld nutzen, etwa als Grünanlage, künstlicher Teich oder für die Installation von Photovoltaik-Anlagen.

Die Speicheroberfläche könnte zur Erholung oder für PV-Anlagen dienen 

Hochleistungsbeton

Viele Fragen bleiben aber noch offen, etwa wie der Speicher gebaut werden kann, sodass er keinen Einfluss auf die Temperatur des Grundwassers hat oder wie das System effizient in Fernwärmenetze eingespeist werden kann. Eine der bedeutendsten, noch offenen Schlüsselfragen der UGWS-Technologie sei laut van Helden die kostengünstige Herstellung einer langlebigen Abdichtungsebene, die direkt mit dem Heißwasser in Kontakt ist. „Als entscheidendes Kriterium für eine künftig wirtschaftlich erfolgreiche und breite Umsetzung der UGWS-Technologie folgt daher die Notwendigkeit der Entwicklung von langzeitstabilen als auch kostengünstigen Abdichtungsmaterialien“, sagt der Forscher.  

In einem Folgeprojekt namens „HighCon“ werden  daher neuartige, heißwasseroptimierte Hochleistungsbetonwerkstoffe als dünnschichtiges Dichtelement entwickelt. Daneben sollen Prüfmethoden dieser Werkstoffe sowie Wand-, Boden- und Abdeckungsaufbauten und deren erforderliche Baumethoden untersucht werden. Das Forschungsprojekt startet am 7. September und wird von den ACR-Instituten AEE, BTI und VÖZ durchgeführt.

Kooperation mit KMUs

Um Großwärmespeicher-Projekte in Österreich in Zukunft erfolgreich umsetzen zu können, arbeiten die Forschungsinstitute mit heimischen Klein- und Mittelunternehmen (KMU) zusammen. „Im Moment sind genügend Kenntnisse für den Bau eines kleineren Großwasserwärmespeichers von etwa 50.000 Kubikmeter vorhanden“, sagt van Helden.  

Planung, Bau sowie Fördermittelfindung würden jeweils ein Jahr dauern. „Dann wäre es möglich, den Speicher innerhalb von 3 Jahren funktionell zu haben“, ergänzt der Forscher. Im Anschluss könnte die Entwicklung großer Speicher, zwischen 500.000 bis einer Million Kubikmetern, starten.

Diese Serie erscheint in redaktioneller Unabhängigkeit mit finanzieller Unterstützung des Bundesministeriums für Arbeit und Wirtschaft.

Aluminium als Speicher für grüne Energie

Vielleicht heizen wir unsere Gebäude künftig mit Aluminium, in dem Wärme und Strom aus Wind-, Solar- und Wasserenergie gespeichert ist. Das schlägt die Ostschweizer Fachhochschule (OST) vor. Sie bezieht sich auf das im Rahmen des Horizon-Forschungsprogramms der EU geförderte Forschungsprojekt „Reveal“.

Das Leichtmetall könnte sich demnach als geeigneter Speicher für Energie aus erneuerbaren Quellen über mehrere Monate oder sogar Jahre eignen. 

Ungleichgewicht

Im Labor konnte nachgewiesen werden, dass sich elektrische Energie aus erneuerbaren Quellen chemisch im Leichtmetall speichern lässt. Gleichzeitig lässt sie sich auch mit hoher Effizienz wieder rückgewinnen, genauso wie gespeicherte Wärme. Und das sogar in großen Mengen. Den Forschungsergebnissen zufolge könne ein Kubikmeter Aluminium mehr Energie speichern als das gleiche Volumen an Heizöl. Zusätzlich punktet das Leichtmetall darin, dass es, im Vergleich zu synthetischen Brennstoffen, ein günstigerer Energiespeicher ist.

CO2-neutral

Reveal basiert auf Vorprojekten der OST und wird mit 3,6 Millionen Euro unterstützt. „Ein Ziel  ist die weitere Entwicklung fortschrittlicher Technologien, mit denen Aluminium aus Aluminiumoxid ohne Kohlendioxidemissionen, also CO2-neutral, hergestellt werden kann“, heißt es. Weiters soll die Entwicklung von Technologien zur Freisetzung der darin gespeicherten Energie im Winter vorangetrieben werden. An dem Projekt sind 9 Partner aus 7 europäischen Ländern beteiligt.

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Andreea Iosa

Andreea Iosa beschäftigt sich mit neuesten Technologien und Entwicklungen in der Forschung – insbesondere aus Österreich – behandelt aber auch Themen rund um Raumfahrt sowie Klimawandel.

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