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IFOY Gewinner

Energie mit Zukunft

Auf dem Weg zur Stromgesellschaft.

Warum der weltweit wachsende Energiedurst neue Konzepte der Produktion, Speicherung und Nutzung erneuerbarer Energien erfordert – und wie diese aussehen.

Die Welt schluckt immer mehr Energie. Und während der größte Durst aus Asien kommt, schafft es Europa, Energie immer regenerativer zu erzeugen und immer effizienter zu nutzen. So erreichte beispielsweise der Energieverbrauch Deutschlands im Jahr 2014 den niedrigsten Stand seit den 90er Jahren. Doch auch hier ist beim Thema Energie nicht alles Sonnenschein.

Wachsender Energiebedarf


Global betrachtet wächst der Bedarf an Primärenergie (in der Natur vorkommende Energiequellen wie Kohle, Gas, Sonne oder Wind) kontinuierlich, zwischen 1990 und 2008 stieg er um 39 Prozent. Am stärksten im Mittleren Osten, wo er um ganze 170 Prozent nach oben schnellte, gefolgt von China mit einem 146-prozentigen Anstieg. Platz 3 belegt Indien mit einem Wachstum des Energiebedarfs um 91 Prozent. Und der Energiedurst wächst weiter: Die internationale Energieagentur rechnet damit, dass der weltweite Energiebedarf bis 2040 um rund 37 Prozent ansteigen wird, der Strombedarf soll gar um 80 Prozent steigen. Wir sind auf dem Weg zur globalen Stromgesellschaft.

Stromgewinnung


In diesem Zusammenhang drängt sich die Frage auf, wie Strom derzeit gewonnen wird. Auch wenn regenerative Energien auf dem Vormarsch sind, haben sie das Feld noch lange nicht eingenommen. Zwar entfallen beispielsweise in Deutschland immerhin 12,5 Prozent des Primärenergieverbrauchs auf erneuerbare Energien, andererseits wird in Deutschland derzeit mehr Kohle verstromt als im Schnitt der letzten 20 Jahre. 45 Prozent unseres Stroms stammt aus Kohlekraftwerken. In Frankreich wiederum liegt der Anteil des Atomstroms aktuell bei 75 Prozent. Norwegen zeigt, dass es auch anders geht: Das Land deckt 95 Prozent seines Strombedarfs durch Wasserkraft.

Knappe Ölvorkommen?


Damit beweist das skandinavische Königreich eine zukunftsgerechte Einstellung, denn ein Fokus auf regenerative Energiequellen ist für unsere Welt unabdingbar. Der Grund dafür liegt allerdings nicht - wie man meinen könnte - in der begrenzten Verfügbarkeit von Öl, Gas und Kohle. Natürlich werden diese endlichen Ressourcen immer knapper und damit auch mittelfristig teurer. Doch Schätzungen, wann die globalen Ölvorkommen aufgebraucht sein werden, beziehen sich stets auf bekannte Ölfelder – aber es werden noch immer neue, bisher unbekannte Vorkommen entdeckt. Beispielsweise wurde 2013 in Australien das größte Ölfeld der letzten 50 Jahre entdeckt. Mit geschätzten 233 Milliarden Barrel ist es fast so groß wie die Reserven Saudi-Arabiens. 2015 fand eine britische Ölgesellschaft auch in Großbritannien ein neues Ölfeld, das Schätzungen zufolge 50 bis 100 Milliarden Barrel umfasst.

Alternativlose Energiewende


Und doch steht außer Frage, dass die Energie der Zukunft (und bestenfalls natürlich auch die der Gegenwart) von fossilen Brennstoffen unabhängig sein muss. Erstens ist es zweifelsohne unklug, auf eine endliche, mittel- und langfristig immer teurer werdende Energiequelle zu setzen. Zweitens bedeutet die Nutzung fossiler Brennstoffe stets eine Abhängigkeit von denjenigen Ländern, die auf den Vorkommen „sitzen“. Und drittens: Auch wenn die vorhandenen Ölvorkommen vielleicht nicht ganz so begrenzt sein mögen, wie teilweise angenommen wird – die Aufnahmefähigkeit der Atmosphäre für Treibhausgase ist es zweifellos.

Dekarbonisierte Prozesse


Wollen wir unsere Umwelt erhalten, sind wir darauf angewiesen, Energie möglichst CO2-neutral zu gewinnen. In der Wissenschaft spricht man von Dekarbonisierung, wenn es darum geht, Prozesse, durch die Kohlenstoffdioxid (CO2) freigesetzt wird, durch solche Prozesse abzulösen, bei denen diese Freisetzung unterbleibt. Genau dies ist nun gefordert: Um die international vereinbarte Zwei-Grad-Schwelle der Erderwärmung noch einzuhalten, müssten Schätzungen verschiedener Experten zufolge zwischen 80 und 98 Prozent der heute bekannten Reserven an fossilen Brennstoffen im Boden bleiben. Und auch wenn dieses Ziel etwas utopisch anmutet, so zeigt es klar, dass erneuerbare Energien für unsere Zukunft entscheidend sind.

Energy Harvesting


Dies bedeutet wiederum, dass elektrische Energie die Zukunft ist – denn die meisten regenerativen Energiequellen stellen Elektrizität bereit und keine chemischen Verbindungen. Dabei machen sie sich das Prinzip des Energy Harvesting zunutze: Die Energie wird dort „geerntet“ und in elektrische Energie umgewandelt, wo es mit geringem Aufwand möglich ist. So nutzen Windräder die Kraft des Windes und Solaranlagen Sonnenstrahlen, um Strom zu erzeugen. So weit, so bekannt. Doch es gibt eine ganze Reihe weiterer vielversprechender Ansätze.

Innovative Energiegewinnung


Beispielsweise führte London in einer U-Bahn-Station einen Test mit sogenannten piezoelektrischen Fliesen durch und installierte spezielle Bodenplatten, welche die Schritte der Fahrgäste in elektrische Energie umwandeln. Der so gewonnene Strom reichte aus, um die gesamte Station zu beleuchten. Zwar werden bei vielen Energy-Harvesting-Projekten nur geringe Energiemengen gewonnen, doch da elektronische Geräte zunehmend effizienter werden und immer weniger Energie benötigen, könnte es schon bald viele sinnvolle Anwendungen geben. Studierende der englischen Universität in Southampton entwickelten im Jahr 2013 beispielsweise einen Schlafsack und eine Hose, die Körperwärme in Strom umwandeln, mit dem sich dann Mobiltelefone laden lassen. Dazu nutzten sie den thermoelektrischen Seebeck-Effekt und erzeugten elektrische Spannung durch die Differenz zwischen Umgebungstemperatur und Körpertemperatur.

Meer der Möglichkeiten


Eine regenerative Energiequelle mit deutlich größerem Strompotenzial ist die Kraft der Ozeanwellen. Experten gehen davon aus, dass sich theoretisch ein Fünftel der weltweit benötigten Energie durch die Kraft der Wellen abdecken ließe. Wellenkraftwerke befinden sich jedoch noch im Versuchsstadium. Allerdings vermeldete eine schwedische Firma kürzlich einen Durchbruch in Form einer Boje, die fünfmal so effizient ein soll, wie bisher getestete Anlagen. Nach Angaben des Unternehmens reiche eine einzige Boje aus, um 200 Durchschnittshaushalte mit Energie zu versorgen. Großer Vorteil der Bojen ist die Skalierbarkeit: Bei Bedarf ließe sich die Anzahl der schwimmenden Wellenkraftwerke flexibel erhöhen. Bislang wurden die Bojen allerdings nur als Prototyp in einem Labor getestet. Viele der bisherigen Wellenkraftwerkkonzepte scheiterten schlussendlich daran, dass sie der außergewöhnlichen Kraft des Ozeans nicht gewachsen waren. Schon bald sollen Praxistests zeigen, ob der Boje dies gelingt und ob es sich wirklich um eine bahnbrechende Technologie handelt. Die Nutzung von Ozeanwellen zur Energiegewinnung hätte einen weiteren großen Vorteil: Anders als bei Wind und Sonne ist der Wellengang vergleichsweise konstant und berechenbar.

Schwankender Energieertrag


Genau hier liegt eine zentrale Herausforderung, die erneuerbare Energiequellen mit sich bringen: Ihr Energieertrag schwankt stark. So liefern Windräder nur dann Strom, wenn Wind weht,, und Solaranlagen nur dann, wenn die Sonne scheint. Dies macht neue Konzepte der Energiespeicherung notwendig. Gefragt sind hochleistungsfähige Speicher, die das Stromangebot flexibel der Nachfrage anpassen können. Schließlich richtet sich der gesellschaftliche Energiebedarf nicht danach, ob gerade Wind weht. Die vielversprechendste und derzeit nahezu alternativlose Technologie ist das Pumpspeicherkraftwerk.

Pumpspeicherkraftwerke


Pumpspeicherkraftwerke lassen sich als riesige ökologische Batterien begreifen, die es ermöglichen, Strom bei einer Überproduktion zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben. Sie sind über mehrere Höhenmeter gebaut und verfügen über ein Oberbecken (das Speicherbecken) und ein Unterbecken. Beide sind mit meterdicken Rohren verbunden, an deren unterem Ende das eigentliche Kraftwerk sitzt. Produzieren regenerative Energielieferanten nun mehr Strom, als derzeit benötigt wird, lässt sich die elektrische Energie nutzen, um das Wasser des Unterbeckens in das Oberbecken zu pumpen. Im umgekehrten Fall lässt man das Wasser aus dem Speicherbecken durch das Rohrsystem in das Unterbecken fließen – durch eine Turbine, die einen Generator antreibt, der Strom produziert und in das Netz einspeist.

Batterie-Speicherkraftwerke


Neben Pumpspeicherkraftwerken gibt es auch Speicherkraftwerke, die auf Batterien basieren, wie wir sie aus elektronischen Geräten oder modernen Elektrostaplern kennen: sogenannte Batterie-Speicherkraftwerke. 2014 ging beispielsweise in Schwerin ein solcher Riesenakku ans Netz, um lokale Stromschwankungen auszugleichen: ein Verbund aus 25.000 Lithium-Ionen-Batterien, die es zusammen auf eine Kapazität von fünf Megawatt-Stunden (MWh) bringen. In Hannover kündigte ein Tochterunternehmen der Daimler AG an, noch in diesem Jahr mit dem Bau eines Großspeichers zu beginnen, der ebenfalls aus eigentlich für Elektroautos gedachten Batteriemodulen besteht. Mit einer angepeilten Speicherkapazität von 15 MWh wäre es eine der größten Anlagen Europas. In den Schatten gestellt werden diese Werte vom weltweit größten Batterie-Speicherkraftwerk, das in Südkalifornien steht. Es basiert ebenfalls auf Lithium-Ionen-Technologie und bietet eine Kapazität von enormen 400 MWh.

E-Mobilität


Um von fossilen Brennstoffen unabhängig zu werden und das globale Ökosystem zu schützen, wird auch die Bedeutung elektrischer Mobilität weiter steigen. Der Fahrzeugsektor ist für die Energiewende von nicht zu unterschätzendem Stellenwert – immerhin entfallen rund 30 Prozent des deutschen CO2-Ausstoßes auf die Verbrennung von Kraftstoffen. E-Mobilität verspricht hier nicht nur einen schadstofffreien Betrieb, auch die Gewinnung elektrischer Energie kann ohne Schadstoffausstoß funktionieren.
Im Bereich des innerbetrieblichen Warentransports spielen elektrisch angetriebene Flurförderzeuge schon lange eine im wahrsten Sinne tragende Rolle. Und auch Elektroautos schicken sich an, bald eine ernstzunehmende Größe im Straßenverkehr zu spielen. Während fast alle namhaften Autohersteller mittlerweile elektrisch betriebene Fahrzeuge im Programm haben, will vor allem Hersteller Tesla den elektrifizierten Boliden mit dem 2017 erscheinenden Model 3 einen spürbaren Durchsetzungsschub verleihen: Der Kaufpreis des Mittelklassewagens startet bei 35.000 Dollar, was die Preislatte für Elektroautos dieser Qualität ein gutes Stück nach unten setzt. Als Tesla am 31. März 2016 die Ordnerbücher öffnete, standen weltweit Schlangen vor den Tesla-Niederlassungen wie zu besten iPhone-Zeiten bei Apple. Laut Tesla wurden in den ersten drei Tagen knapp 300.000 Model 3 vorbestellt.

Lithium-Ionen-Batterien


Möglich ist ein solcher Erfolg vor allem durch die Fortschritte bei der Lithium-Ionen-Technologie. Dank der stark zunehmenden Verbreitung fallen die Preise für Li-Ion-Akkus kontinuierlich. Für den Batterieexperten Martin Winter von Münster Electrochemical Energy Technology (MEET) ist die Li-Ion-Technologie auf absehbare Zeit das bestmögliche Batteriesystem: „Bis ein neues System auch nur ansatzweise so weit entwickelt ist wie die Lithium-Ionen-Technologie und Marktreife erlangen kann, vergehen noch Jahre. Und in dieser Zeit wird sich auch bei der Lithium-Ionen- Technologie noch einiges tun“, so Winter im Gespräch mit der Frankfurter Allgemeinen Zeitung (FAZ).

Vorteile für Flurförderzeuge


Die Lithium-Ionen-Technologie ist auch das Herzstück einer neuen Generation effizienter Flurförderzeuge. Im Gegensatz zu den klassischen Blei-Säure-Batterien bieten Li-Ion-Batterien viele Vorteile: „Durch die wesentlich höhere Energiedichte erhöht sich die Verfügbarkeit der Fahrzeuge deutlich“, benennt STILL Entwickler und Lithium-Ionen-Experte Dr. Bernd Brücher einen zentralen Trumpf. „Ihre Lebensdauer übersteigt die der Blei-Säure-Batterien um das vier - bis siebenfache“, so Dr. Brücher.
„Ein weiterer großer Vorteil liegt in der wesentlich schnellere Ladbarkeit, schon nach 30 Minuten erreichen die Li-Ion-Batterien von STILL mit dem eigens entwickelten Ladegerät 50 Prozent ihrer Ladekapazität“ ergänzt Florian Ellerkamp, bei der KION Group für die Entwicklung der passenden Ladegeräte verantwortlich ist. „Mit der neuen Technologie ist jederzeit ein kapazitätsverlustfreies Zwischenladen möglich, das aufgrund der gekapselten Bauweise der Batterie sogar dezentral durchgeführt werden kann.“
Weitere Vorteile liegen in der der vollständigen Wartungsfreiheit der Batterie und der kaum vorhandenen Selbstentladung bei Nichtnutzung des Fahrzeugs. Außerdem weist die Lithium-Ionen-Batterie eine rund doppelt so hohe Anzahl an Ladezyklen auf wie herkömmliche Blei-Säure-Batterien.

STILL Lithium-Ionen-Technologie


STILL setzt bei den eigenen Li-Ion-Systemen auf ein ausgeklügeltes Batteriemanagement, das die einzelnen, mit leistungsfähigen Li-Ion- Batteriezellen ausgestatteten Module kontrolliert und überwacht, um eine konstante Spannung während der gesamten Nutzung sicherzustellen. Es zahlt sich aus, dass STILL bereits frühzeitig das Potenzial der Batterietechnik erkannte, ihren Einsatz im Bereich der Flurförderzeuge umfassend erforschte und heute ganze Li-Ion-Flotten aus verschiedenen Fahrzeugtypen anbieten kann. Beispielsweise stattete STILL kürzlich das namhafte Lebensmittelunternehmen Brüggen mit einer 66 Fahrzeuge starken Li-Ion-Flotte bestehend aus Gabelstaplern, Niederhubwagen, Horizontalkommissionierern und Schleppern aus. Damit ist klar: Die energetische Zukunft liegt zu einem Großteil in der Erzeugung, Speicherung und Nutzung von elektrischer Energie. Diese klimaneutral zu produzieren, effektiv zu speichern und effizient zu nutzen, sind entscheidende Herausforderungen. Mit Blick auf die innerbetriebliche Logistik beweist STILL durch den starken Elektrofokus und die STILL Lithium-Ionen-Technologie, diesen Trend nicht nur erkannt zu haben, sondern ihn mit innovativen Produkten aktiv voranzutreiben.

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