Energiespeicherung als wesentliches Element zur Unterstützung des Übergangs zu einem CO2-freien Stromnetz

Um die Energiewende zu sichern und die Verbreitung erneuerbarer Energien zur Stromversorgung zu gewährleisten sind Energiespeicher unabdingbar. Der Übergang zu einer CO2-armen Stromversorgung ist ohne verlässliche und flexible Anlagen, die eine Synchronisierung zwischen der Erzeugung erneuerbarer Energiequellen und dem Energieverbrauch ermöglichen, nicht denkbar. Speicher sind für die Bereitstellung von Flexibilitätsdiensten auf allen Ebenen des Stromnetzes von entscheidender Bedeutung, da sie Übertragungs- und Verteilnetze effizienter machen. Einen wesentlichen Anteil an vielen Energiespeichersystemen hat dabei Kupfer.

Eine der bekanntesten Möglichkeiten der Energiespeicherung – insbesondere im Bereich der Elektromobilität – ist gegenwärtig der Lithium-Ionen-Akku. Hier besteht die Trägersubstanz für die Kathode aus Aluminium und für die Anode aus hauchdünnen Kupferfolien. Dabei schlägt der Kupferanteil gewöhnlich mit einem Anteil von etwa 17 % zu Buche. Auf den Faröer Inseln ist inzwischen ein erstes voll kommerzielles Lithium-Ionen-Energiespeichersystem in Kombination mit einem Windpark entstanden.

Technologien kombinieren

Moderne Windkraftanlagen benötigen heute inklusive Infrastruktur bis zu 30 t Kupfer. In den Ringgeneratoren großer Windräder sorgen Wicklungen aus bis zu mehreren hundert Kilometern Kupferflach- und Runddraht für eine umweltfreundliche Stromerzeugung. Dabei kann der Kupferbedarf für den durch die Windenergienutzung bedingten Stromnetzausbau laut Fraunhofer-Institut ISI das rund 20fache des direkten Bedarfs für Windkraftanlagen betragen. Durch das sogenannte Repowering, bei dem Windenergieanlagen der ersten Generation durch moderne, effizientere Turbinen ersetzt werden, wird sich der Kupferbedarf weiter erhöhen.

Optimale Speicherung

Zur ganz kurzfristigen Stützung des Netzes eignen sich auch die besonders schnell reagierenden supraleitenden magnetischen Energiespeicher: Kupfer und Kupferlegierungen kommen dabei häufig als Trägersubstanzen für den eigentlichen Supraleiter zum Einsatz.

Kupfer dient wegen seiner hervorragenden Wärmeleitfähigkeit oft als Werkstoff für mechanische Bauteile in der Kältetechnik, so auch für Supraleiter. In Schwungrad-Energiespeichern können supraleitende Magnetlager – praktisch ein massiver Klotz aus Kupfer – sowohl die Lagerreibung als auch den Verschleiß komplett vermeiden.

Aufgrund seiner hervorragenden elektrischen Leitfähigkeit wird Kupfer auch im Bereich der Stromversorgung langfristig eine essentielle Bedeutung haben. Insbesondere der Einsatz von Wärmepumpen kann – unter Einsatz von deutlich mehr Kupfer – den Raumwärmesektor sehr viel besser bedienen als simples „Verheizen“ elektrischer Energie, die hierfür eigentlich viel zu wertvoll ist. Die Wärmepumpe aber ermöglicht das „Einsammeln“ von drei Teilen in der Umwelt ohnehin vorhandener Wärme mit nur einem Teil elektrischer Energie und ist damit viermal so effizient wie z. B. eine herkömmliche Nachtspeicherheizung oder eine elektrische Direktheizung.