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Warum Stromspeicher so wichtig für die Energiewende sind

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Um die Klimaziele zu erreichen, muss sich die Kapazität der Speichersysteme bis 2040 das fünfzigfache erreichen. Doch dafür muss global noch einiges passieren.

Ob auf der Straße, in den eigenen vier Wänden oder am Arbeitsplatz – ohne Strom geht heutzutage fast nichts mehr. Smartphones, Laptops und Autos hängen an der Steckdose. Der Wandel von der fossilen zur Erneuerbaren-Welt macht Strom zur Energieform Nummer eins.

Dabei gibt es aber ein Problem: Anders als Kohle, Öl und Gas lässt sich Energie aus dem Netz bislang nur bedingt speichern. „Ohne leistungsfähige Stromspeicher keine Energiewende“, folgern deswegen Wissenschaftler der Internationalen Energieagentur (IEA) und des Europäischen Patentamts (EPA) in einer neuen Studie.

Gemeinsam haben sie untersucht, wie sich Batterie- und Speichertechnologien in den vergangenen Jahren entwickelt haben. Auf den ersten Blick sehen die Zahlen auch gar nicht so schlecht aus. Immerhin wurden zwischen 2005 und 2018 in keinem anderen technischen Gebiet so schnell so viele Patente angemeldet. Das liegt vor allem an dem Durchbruch der Elektroautos.

„Es gab eine erste Welle, getrieben durch tragbare Elektrogeräte, und jetzt sind wir mitten in der zweiten Welle, ausgelöst von der Integration von Batterien in E-Autos“, erklärt Ilja Rudyk, Senior Economist des EPA, im Gespräch mit dem Handelsblatt.

Lithium-Ionen-Batterien sind die am schnellsten wachsende Batterietechnologie der Welt und vor allem die, in die das meiste Geld reinfließt. 300 Milliarden Dollar investieren Volkswagen, Tesla, Daimler und Co. in den nächsten Jahren in die Elektromobilität. Während heute knapp 60 Prozent der Lithium-Ionen-Batterien in E-Autos und E-Bussen verbaut werden, sind es 2030 schon über 80 Prozent.

Patentanmeldungen als Indikator

Nach 160 Gigawattstunden (GWh) Produktionskapazitäten für Lithium-Ionen-Batterien 2018 rechnet die französische Energieagentur Avicienne mit einem Anstieg auf mindestens 1200 GWh bis zum Jahr 2030.

In den vergangenen 13 Jahren lassen sich fast 90 Prozent aller angemeldeten Patente im Speicherbereich laut den Autoren auf die Fortschritte in der Batterietechnik zurückführen. Der Autozulieferer Bosch liegt sogar auf Platz fünf im Ranking der aktivsten Patentanmelder für Speichertechnologien weltweit. Auch Daimler und Volkswagen schaffen es unter die Top 25.

„Patentanmeldungen sind ein guter Indikator dafür, wie viel in eine Technologie investiert wird – und das zeigt, wie wichtig die Speichertechnologie ist und vor allem wird“, sagt EPA-Experte Rudyk.

Der technische Fortschritt und die steigende Nachfrage nach strombetriebenen Fahrzeugen haben schon jetzt dazu geführt, dass Preise für Lithium-Ionen-Batterien in den vergangenen zehn Jahren um 90 Prozent gesunken sind.

Stationäre Speicher sind im Kommen

Aber Elektroautos sind längst nicht der einzige Bereich, in dem Speicher von elementarer Bedeutung sind. „Die Stromspeichertechnologie ist ausschlaggebend, wenn es darum geht, den notwendigen Übergang zu erneuerbaren Energien zu schaffen“, schreiben die Autoren.

Grüne Energiequellen wie Sonne und Wind sind nicht immer dann verfügbar, wenn man sie braucht – im Gegensatz etwa zu Kohlestrom oder Atomenergie. Um die Gefahr einer sogenannten Dunkelflaute zu umgehen, braucht es Speichertechnologien, die auch dann Strom liefern, wenn es windstill ist und keine Sonne scheint.

Das können riesige Lithium-Ionen-Batterien sein. Aber auch die wasserstoffbasierte Power-to-X-Technologie kann überschüssigen Strom zwischenspeichern und wieder ins Netz einspeisen. „Für das Gesamtenergiesystem braucht es verschiedene Energiespeicherarten. Von Kurzzeitspeichern, wie zum Beispiel Lithium-Ionen-Batterien, über mittelfristige Speicher wie Pumpspeicherkraftwerke bis zu saisonalen Speichern mit Verwendung der Power-To-X-Technologie“, erklärt Batterie-Experte Jan Figgener von der RWTH Aachen im Gespräch mit dem Handelsblatt.

Auch wenn Lithium-Ionen-Batterien aktuell die am häufigsten verbreitete Speichervariante sind, halten Experten langfristig auch andere Technologien für gefragt. Etwa die sogenannten Ultrakondensatoren. Diese Art von Speicher kann im Vergleich zu herkömmlichen Akkus große Energiemengen innerhalb weniger Sekunden aufnehmen – und genauso schnell wieder abgeben.

Auch Feststoffbatterien gelten als aussichtsreich. Anders als Lithium-Ionen-Akkus kommen sie ohne flüssigen Elektrolyt aus. Das macht sie sicherer, temperaturstabiler und erlaubt eine höhere Energiedichte.

Aber genauso wie bei der wasserstoffbasierten Power-to-X-Technologie oder Redox-Flow-Batterien kann es bis zum Eintritt in den Massenmarkt noch ein paar Jahre dauern. „Das Marktwachstum anderer Speichertechnologien ist geringer, weil sie nicht so flexibel einsetzbar sind wie Lithium-Ionen-Batterien“, erklärt Figgener.

Der Bedarf an anderen Speicherformen werde aber automatisch wachsen, wenn der Anteil der Erneuerbaren im Energiesystem steigt. Klar sei, dass der Boom jetzt erst richtig losgehe.

Kapazitäten müssen sich verfünfzigfachen

Die IEA geht davon aus, dass es bis 2040 mindestens eine Kapazität von 10.000 Gigawattstunden braucht, um die weltweiten Klimaziele einzuhalten. Das ist das Fünfzigfache von dem, was es heute an globalen Kapazitäten gibt.

„Die IEA-Prognosen machen deutlich, dass die Energiespeicherung in den kommenden Jahrzehnten exponentiell wachsen muss, damit die Welt die internationalen Klimaschutz- und Nachhaltigkeitsziele einhalten kann. Beschleunigte Innovation wird für dieses Wachstum von entscheidender Bedeutung sein“, kommentierte IEA-Chef Fatih Birol die neue Studie.

Dieses Wachstum kommt laut den Autoren der Studie bislang fast ausschließlich aus Asien. Batteriehersteller wie Samsung, Panasonic, LG oder Toyota aus Südkorea und Japan führen die Liste der wichtigsten Patentanmelder an. Aber Deutschland holt auf. Gerade bei der Entwicklung neuartiger Speicherformen nimmt die Bundesrepublik eine Führungsrolle ein. In Europa ist sie sogar Spitzenreiter: Die Hälfte aller Patente kommt aus Deutschland.