Energiespeicher – Akku, Pumpspeicher, Wasserstoff

Strom aus Sonne und Wind gibt es nicht immer dann, wenn er gebraucht wird. Speicher nehmen Energie auf, wenn zu viel da ist, und geben sie später wieder ab. Physikalisch heißt das: Die Energie wird in eine andere Form umgewandelt, die sich aufbewahren lässt.

Speicherarten

SpeicherEnergieformWirkungsgrad etwaEinsatz
Akku (Lithium-Ionen)chemische Energie90 %Handy, E-Auto, Heimspeicher, Großbatterien für Stunden
PumpspeicherkraftwerkLageenergie von Wasser75–80 %Ausgleich über Stunden bis Tage
Wasserstoff (Elektrolyse, später Brennstoffzelle oder Gaskraftwerk)chemische Energie30–40 %Langzeitspeicher über Wochen, Industrie
DruckluftspeicherSpannenergie komprimierter Luft40–70 %wenige Anlagen weltweit
SchwungradRotationsenergie85–95 %Sekunden bis Minuten, Netzstabilität
Wärmespeicherthermische Energiehoch, wenn Wärme gebraucht wirdWarmwasserspeicher, Fernwärme

Das Pumpspeicherkraftwerk

Ist zu viel Strom im Netz, pumpen elektrische Pumpen Wasser aus einem unteren in ein oberes Becken. Wird Strom gebraucht, fließt es zurück und treibt Turbinen mit Generatoren an. Die gespeicherte Energie ist die Lageenergie:

E = m · g · h

Beispiel: Ein großes Oberbecken

1 Million m³ Wasser (m = 10⁹ kg) liegen 300 m über dem Unterbecken:
E = 10⁹ kg · 9,81 N/kg · 300 m ≈ 2,9 · 10¹² J ≈ 0,82 Millionen kWh. Bei 75 % Wirkungsgrad kommen davon rund 0,6 Millionen kWh zurück – genug, um eine Großstadt einige Stunden zu versorgen.

Pumpspeicher brauchen Berge und viel Platz. In Deutschland gibt es nur wenige geeignete Orte.

Energiedichte – wie viel passt hinein?

Die Energiedichte gibt an, wie viel Energie pro Kilogramm gespeichert ist. Hier zeigt sich, warum Akkus schwer sind und warum Benzin so praktisch (aber klimaschädlich) ist:

SpeicherEnergie pro kg etwa
1 kg Wasser, 100 m hoch gepumpt0,27 Wh
Bleiakku (Auto-Starterbatterie)35 Wh
Lithium-Ionen-Akku150–250 Wh
Holz4 000 Wh
Benzin, Diesel12 000 Wh
Wasserstoff33 000 Wh

Wasserstoff hat zwar pro Kilogramm sehr viel Energie, ist aber ein extrem leichtes Gas: Man muss ihn stark zusammendrücken oder auf −253 °C kühlen, um ihn platzsparend zu lagern.

Wasserstoff – der Langzeitspeicher

  1. Elektrolyse: Strom zerlegt Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff: 2 H₂O → 2 H₂ + O₂.
  2. Speichern: Der Wasserstoff kommt in Drucktanks oder unterirdische Kavernen.
  3. Zurückverwandeln: In einer Brennstoffzelle oder einem Gaskraftwerk reagiert er wieder zu Wasser – dabei wird Strom gewonnen.

Bei jedem Schritt geht Energie als Wärme verloren. Deshalb nutzt man Wasserstoff vor allem dort, wo Akkus nicht passen: für die Stahlindustrie, als Langzeitspeicher für windarme Winterwochen und vielleicht für Schiffe und Flugzeuge.

Typischer Fehler

„Ein Speicher erzeugt Energie.“ Nein – er gibt höchstens so viel Energie zurück, wie man hineingesteckt hat, in der Praxis immer weniger. Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel übrig bleibt.

Teste Dich selbst

1. In welcher Form speichert ein Pumpspeicherkraftwerk Energie?
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Richtig: Als Lageenergie von Wasser. Das hochgepumpte Wasser hat Lageenergie E = m · g · h.

2. Warum ist der Wirkungsgrad beim Wasserstoff-Speicher so niedrig?
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Richtig: Bei Elektrolyse und Rückverstromung geht jeweils Energie als Wärme verloren. Mehrere Umwandlungsschritte mit Verlusten multiplizieren sich zu einem kleinen Gesamtwirkungsgrad.

3. Welcher Speicher hat die höchste Energiedichte pro Kilogramm?
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Richtig: Wasserstoff. Wasserstoff enthält etwa 33 kWh pro Kilogramm – ein Vielfaches eines Akkus.

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