Schweizer Lösungen für die Speicherung der Energie von morgen

Die globale Herausforderung besteht nicht nur darin, mehr Energie aus erneuerbaren Quellen zu erzeugen – sondern auch darin, sie speichern zu können. Mit ihren Wasserkraftwerken in den Alpen und innovativen Projekten beteiligt sich die Schweiz an der Suche nach Lösungen für eine effiziente und nachhaltige Stromspeicherung.

Etwa 30% der weltweit erzeugten Elektrizität stammt heute aus Sonnen-, Wind-, Wasserenergie und anderen nachhaltigen Quellen. In den 2000er-Jahren lag der Anteil bei etwa 20%. Die Internationale Energieagentur IEA sagt voraus, dass bis 2050 fast 90% des Stroms aus grünen Quellen erzeugt werden.

Die Schweiz erzeugt bereits heute den grössten Teil ihres Stromverbrauchs aus erneuerbaren Energien (75%), hauptsächlich durch Wasserkraftwerke. In den letzten Jahren gab es ein starkes Wachstum bei der Photovoltaik und in geringerem Masse auch bei der Windenergie. Überall im Land tauchen Photovoltaikanlagen auf, selbst an den ungewöhnlichsten Orten. Es gibt sogar Vorschläge, Solarenergie entlang von Autobahnen zu erzeugen.

Sonne und Wind liefern jedoch nur sporadisch Strom. Die Produktion kann die Nachfrage übersteigen, insbesondere im Sommer. Eine der grössten Herausforderungen der Energiewende ist die Entwicklung von Speichersystemen, die überschüssige Energie speichern und bei Bedarf wieder abgeben können.

Die «Wasserbatterie» in den Alpen

Pump- und Aufladesysteme sind die effektivste und wirtschaftlichste Lösung. Sie ermöglichen es, dass das Wasser bei Überproduktion von Energie flussaufwärts gepumpt wird und bei Mangel zur Stromerzeugung flussabwärts zurückfliesst.

In der Schweiz gibt es rund 100 Stauseen für die Stromerzeugung aus Wasserkraft, von denen etwa 15 über ein Pumpsystem verfügen. Im Vergleich zu anderen Alpenländern wie Österreich, Deutschland und Italien verfügen die Schweizer Kraftwerke in der Regel über grössere Wasserrückhaltebecken und können daher über längere Zeiträume betrieben werden, stellt der Verband Schweizerischer Elektrizitätsunternehmen VSE fest.

Im Juli 2022 wurde im Wallis ein neues Pumpspeicher- und Turbinenkraftwerk in Betrieb genommen, das zu den leistungsstärksten in Europa gehört. Diese «elektrische Wasserbatterie» wird dazu beitragen, die Schwankungen der Sonnen- und Windenergie auf dem Kontinent auszugleichen.

Wenn die Alpengletscher verschwinden, hat die Schweiz die Möglichkeit, neue Dämme und künstliche Seen in den Bergen zu bauen. Damit wird die Energiespeicherkapazität in den Alpen erhöht und die Rolle der Schweiz als Strombatterie Europas gestärkt.

Stromerzeugung mit Hilfe der Schwerkraft

Das Schweizer Start-up Energy Vault arbeitet nach demselben Prinzip wie Pumpen und Turbinen. Anstelle von Wasser verwendet es jedoch Betonblöcke oder Abfallmaterial.

Wenn die Sonne oder der Wind mehr Strom produzieren als benötigt wird, etwa im Sommer, speist die überschüssige Energie ein System, das die Gewichte anhebt und sie in den oberen Etagen eines Batteriegebäudes platziert. Bei diesem Vorgang wird Strom in potenzielle Energie umgewandelt.

Bei Bedarf sinken die Blöcke mit kontrollierter Geschwindigkeit auf den Boden oder auf eine niedrigere Ebene. Während des «Falls» treiben sie elektrische Generatoren an, die die gespeicherte potenzielle Energie in elektrischen Strom umwandeln.

Die erste derartige Batterie wurde Ende 2023 in der chinesischen Stadt Rudong in der Nähe von Shanghai an das Stromnetz angeschlossen.

Emissionsfreie Mobilität mit Wasserstoff

Überschüssiger Strom kann auch in flüssige oder gasförmige Energieträger umgewandelt werden. Sogenannte «Power-to-X»-Technologien ermöglichen es, zum Beispiel Strom aus einem Solarkraftwerk oder einem Windpark zu nutzen, um Wasserstoff und anschliessend Methan zu erzeugen. Diese beiden Elemente können lange Zeit gelagert und als Brennstoffe verwendet werden.

Die Schweiz will den Weg für eine emissionsfreie Mobilität ebnen, indem sie fossile Brennstoffe durch grünen Wasserstoff ersetzt. Im Jahr 2020 wurde die weltweit erste Flotte von wasserstoffbetriebenen Nutzfahrzeugen in Betrieb genommen, und im Juni 2023 wurde bei Bern die erste Wasserstofftankstelle auf dem nationalen Autobahnnetz eröffnet.

Trotz ihres Innovations- und Unternehmergeistes hinkt die Schweiz im Rennen um erneuerbaren Wasserstoff hinterher. Das Land verfügt noch nicht über eine nationale Wasserstoffstrategie, und ohne ein Energieabkommen mit der Europäischen Union läuft es Gefahr, isoliert zu werden.

Auf der Suche nach der Batterie der Zukunft

Künftig werden auch effiziente und kostengünstige Systeme benötigt, um kleine Energiemengen schnell und mit möglichst geringen Umweltauswirkungen zu verarbeiten. Die Schweiz beteiligt sich an der europäischen Forschungsinitiative Battery 2030+, die darauf abzielt, die Langlebigkeit und Energiedichte herkömmlicher Lithium-Ionen-Batterien so zu verbessern, dass weniger seltene Metalle verwendet werden.

Corsin Battaglia, Experte an der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa), erklärt die Rolle der Schweiz: «Ob Materialien, Zellintegration, Elektronik, Batteriemanagementsysteme, Recycling und mobile oder stationäre Speicher: In der Schweiz gibt es viele Unternehmen, die in diesem Bereich aktiv oder sogar weltweit führend sind.»