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4.3: Wie kann Energie effizient, in hoher Dichte und dauerhaft gespeichert werden?

12.06.2022 13:21 4. Innovation | Technik | Arbeit Autor*innen und Mitwirkende

Welche Energiespeicher brauchen wir in Zukunft? Welche Anforderungen gibt es in großem, mittlerem und kleinem Maßstab? Wie transportabel müssen solche Energieträger und -speicher sein? Und kann ein einziger Energieträger die unterschiedlichen Anforderungen erfüllen oder brauchen wir verschiedene?

Die stark genutzten fossilen Energieträger Kohle, Gas und Öl standen lange in großem Umfang zu geringen Kosten zur Verfügung. Stark nachgefragt waren sie aber auch wegen einer Reihe von weiteren Eigenschaften, welche zu ihrer hohen Funktionalität beitragen: ihrer hohen Energiedichte, ihrer relativ einfachen Lager-  und Transportfähigkeit und, daraus resultierend, ihrer weltweiten Verfügbarkeit. Wenn diese fossilen Energieträger wegen ihres negativen CO2-Fußabdrucks ersetzt werden sollen, dann werden neue Energiespeichermedien und -speicherverfahren benötigt. Diese müssen die oben genannten Eigenschaften unter weitgehender Vermeidung von CO2-Netto-Emissionen aufweisen. Dies gilt umso mehr in globaler Perspektive, wenn nicht nur die Energiewende in Westeuropa im Fokus steht, sondern die weltweite Energie-Erzeugung, -Transport und -Nutzung in den Blick genommen werden.
Konkret geht es um folgende Eigenschaften bzw. Anforderungen: hohe Energiedichte im Verhältnis zu Volumen/Gewicht; möglichst einfache und verlustfreie Lagerfähigkeit; möglichst einfache und flexible Transportfähigkeit (vorzugsweise bei Nutzung vorhandener Transportinfrastrukturen; geringe umwandlungsbedingte Energieverluste (Energieeffizienz); geringe materielle Kosten (Kosteneffizienz).


Nicht alle der vorgenannten Eigenschaften lassen sich mit einem einzigen Speichermedium verwirklichen. Daher sind wissenschaftlich-technologische Erkenntnisse-für spezifische Einsatzbereiche nötig. Dafür lassen sich mindestens drei Einsatz- bzw. Suchfelder beschreiben:
1.) Energiespeicherung in großem Maßstab als Kompensation mangelnder Grundlastfähigkeit mancher regenerativen Energiequellen. Dazu gehört auch der flexible, leitungsunabhängige Land- und vor allem See-Transport von Energieträgern.
2.) Energiespeicherung in mittlerem Maßstab für die Energieversorgung bei stationärem, hohem Energiebedarf, z.B. für die Erzeugung von Prozesswärme, Gebäudeheizwärme und Heißwasser.
3.) Energiespeicherung in kleinem Maßstab für die mobile, leitungsungebundene Nutzung. Wichtige Einsatzfelder sind Kraftfahrzeugverkehr und Einsatz mobiler Maschinen, Flugverkehr und Seeverkehr.

  • Wie wollen wir zukünftig Energie speichern, wenn bei Wind und Sonne die Erzeugung schwankt? 17613
  • Wie fortgeschritten ist die Technologie von Speicherung von Energie? 21318
  • Welche besseren Möglichkeiten als aktuell gibt es, um Energie zu speichern, z. B. für E-Mobilität? 12332
  • Könnte es Akkus geben, die durch häufigen Gebrauch besser werden, statt schlechter? 15277
  • Wie kann man die Wärme des Sommers für den Winter speichern? 21764
  • Was wird sich in Zukunft in der Automobilindustrie durchsetzen? Wasserstoff, Elektro-Antrieb, ... und welche Lösung ist nachhaltiger und global umsetzbar? 13720
  • Wie können wir nachhaltige Batterien entwickeln, die ohne Umweltverschmutzung recycelt werden können? 31988
  • Was ist die aktuelle Lage über Batterien mit hoher Dichte? 27180

Autor*innen:

Dr. Christian Neuhaus

Mitwirkende:

Prof. Dr. -Ing. halbil Dierk Raabe
Prof. Dr. rer. nat. Martina Schraudner
Ulrike Dittmann
Steve Hoferick
Ronald Sommer
Dominic Straub
Timo Wacke
Heinz Wenker


Kommentare

ist eine allgemeine Anmerkung

Herausforderung treffend formuliert

27.06.2022 21:18 we.ahrendt ist eine allgemeine Anmerkung

Das Clusterpapier formuliert die Herausforderung sehr treffend. Nur sind überzeugende Lösungen für das beschriebene Anforderungsprofil trotz intensiver Suche nicht in Sicht.

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ist eine inhaltliche Ergänzung

E-Fuels als Teil der Energieversorgung - einfache Nutzung

30.06.2022 18:45 Kinseher.R-KEH ist eine inhaltliche Ergänzung

Synthetische Treibstoffe mit hoher Energiedichte aus CO2 werden unter sehr hohem Energieaufwand/-Verlust hergestellt - aber sie sind trotzdem in Zukunft notwendig. Denn man kann sie notfalls in einer Flasche überallhin transportieren - d.h. es ist keine Energieinfrastruktur notwendig.

Außerdem kann man vorhandene Fahrzeuge und Tankanlagen weiter benutzen. Dazu ein Tipp: Für den größten Teil des Verkehrs (Stadtverkehr, Nahverkehr auf dem Land) wären Autos mit 1 L Verbrauch/100km vollkommen ausreichend - auch wenn man damit nicht 200 km/h fahren kann.

Dazu meine erste Frage. Warum baut man keine 1 L- Autos ? Es wäre doch sinnvoller, wenn man ZUERST den Energieverbrauch auf diese Weise reduziert - statt sich darüber Gedanken zu machen, wie man immer größere Energiemengen bereitstellt.

Dazu meine 2. Frage: Gibt es irgendeinen Energieträger, der bei vergleichbarer Energiedichte leichter überallhin transportierbar ist als E-Fuels?

 

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