Wie machen wir Energie haltbar?

Erstmals gibt es eine aktuelle Übersicht über Ausbauprojekte in der Schweiz zu erneuerbaren Energien. Doch nicht nur die Produktion muss steigen, sondern auch speicherbar muss die Energie werden. Und hier zeigen Forschende der ETH und der Empa eine spannende Option auf.

Der innovative Bauernbetrieb der Familie Wyss in Ittigen BE macht es vor, wie man seine eigene Energie produzieren und dank des Einsatzes eines Biogas-LKW den Kreislauf schliessen kann. Quelle: CNG-Mobility.ch

Die Schweiz braucht erneuerbare Energien aus den unterschiedlichsten Quellen von Biogas über grünen Wasserstoff bis hin zu Solar- und Windkraft, um ihren Bedarf zu decken und vor allem die CO₂-Emissionen zu senken. Nur so kann sie das Netto-Null-Ziel 2050 erreichen. Acht Organisationen aus Energie, Umwelt und Wirtschaft, darunter AEE Suisse, Swisscleantech, Swisspower und der Verband der Schweizerischen Gasindustrie, zeigten dabei kürzlich den Handlungsbedarf bei der Biogasproduktion eindrücklich auf.

Quelle: VSE

Das Potenzial an CO₂-neutraler Energie aus Hofdünger und Bioabfällen für eine klimafreundlichere Landwirtschaft und die Versorgung mit inländischer Energieproduktion wird ebenfalls noch lange nicht ausgeschöpft. Letztes Jahr haben landwirtschaftliche Biogasanlagen aber immerhin 168 GWh zur Schweizer Stromproduktion beigetragen und damit geholfen, über 82’000 Tonnen CO₂-Emissionen einzusparen. Doch um langfristig Klimaneutralität und Versorgungssicherheit zu gewährleisten, muss rasch und massiv in erneuerbare Energien investiert werden.

Michael Wider, VSE-Präsident (Alpiq Holding AG), weisst auch auf die schwierigen Rahmenbedingungen und Hürden hin, die Projekte für erneuerbare Energien überwinden müssen.  Quelle: VSE

Bis 2050 braucht die Schweiz ausserdem massiv mehr Strom. Insbesondere durch Wasser-, Solar- und Windkraft muss man hier eine Stromlücke von mindestens 37 TWh schliessen; mehr als die Hälfte davon gemäss einer Studie des Verbands Schweizerischer Elektrizitätsunternehmen (VSE) im Winter. Es mangelt schweizweit zwar nicht an guten Projekten, wie eine Übersicht zeigt: 34 Wasserkraftprojekte, 39 geplante alpine PV-Freiflächenanlagen, 28 Windkraftprojekte und immerhin drei Biomasse-Projekte sind in der Pipeline. Aufsummiert würden alle zusammen eine Jahresproduktion von 4 Terawattstunden erreichen und mindestens 3,4 TWh zusätzlichen Winterstrom.

In der Schweiz werden Biogasanlagen teilweise sogar CO₂-neutral mit neuem Substrat beliefert, wie das Beispiel mit dem CNG-Scania mit Biogas im Tank zeigt. Quelle: CNG-Mobility.ch

Das klingt nicht schlecht, nur: «Geplant ist bekanntlich aber noch nicht gebaut. Im Wissen darum, dass die administrativen Hürden hoch sind und es praktisch gegen jedes Ausbauprojekt grossen Widerstand und jahrelange Rechtsstreitigkeiten gibt», erläutert Michael Wider, VSE-Präsident (Alpiq Holding AG). «Die neue Liste soll Aufschluss geben, ob der Ausbau in der Realität stattfindet oder nicht.» Die Visualisierung und die Projektliste werden laufend weiterentwickelt und mit neuen Projekten ergänzt. Man darf also hoffen, dass auch noch einige Biogas-Projekte auf diese Schweizer Landkarte kommen.

Neben der Produktion von erneuerbarer Energie in allen Sektoren muss auch die Herausforderung gelöst werden, wie man sie speicherbar macht. Hier liefert die ETH-Masterstudentin Josien de Koning mit Expertise und Tools von Empa-Forschenden einen spannenden Ansatz mit dem «Power-to-Hydrogen-to-Power»-System (P2H2P). «Das Schweizer Stromnetz weist momentan im Sommer eine Überproduktion auf, während wir im Winter auf Importe angewiesen sind. Dieses Ungleichgewicht wird sich durch die Elektrifizierung und den Ersatz von Kernkraftwerken durch erneuerbare Energiequellen weiter verstärken», so Josien de Koning. «Es ist wichtig, dass wir Lösungen finden, dem entgegenzuwirken.»

Im geologischen Speicher im oberösterreichischen Gampern kann künftig der Sonnenstromüberschuss von rund 1000 Einfamilienhäusern saisonal gespeichert werden, von dieser grossvolumigen Speicherkapazität des «Underground Sun Storage» ist an der Oberfläche kaum etwas zu sehen. Quelle: RAG

Ihr Ansatz mit P2H2P: Strom – idealerweise überschüssigen – in Wasserstoff umwandeln, so speichern und bei Bedarf daraus wieder Strom gewinnen. Vorteil: Im Gegensatz zu anderen Speichermethoden wie Batterien kann die Energie über Monate hinweg verlustfrei gespeichert werden. «Ich wollte in meiner Arbeit herausfinden, ob es Sinn macht, eine solche Lösung in ein Energiesystem zu integrieren», ergänzt sie. Das Resultat: Die P2H2P-Anlage in einem Mehrfamilienhaus in Obersiggenthal AG ist wie gewünscht in der Lage, das energetische Ungleichgewicht auszubalancieren. Batterien und thermische Speicher fangen die täglichen, der Wasserstoffspeicher die saisonalen Schwankungen ab. Aber das System lässt sich noch nicht wirtschaftlich betreiben. «Es ist gut möglich, dass das P2H2P-System 2040 preislich und mit Blick auf die CO₂-Emissionen in einem akzeptablen Bereich liegt», gibt sich die ETH-Forscherin jedoch zuversichtlich. (jas, 2. Oktober 2023)