Wasserstoff als Eisen speichern
Die Idee, den überschüssigen Strom aus dem Sommer im Winter zu verwenden, ist daher naheliegend. Doch Experten sind sich einig: Herkömmliche Batterien taugen zu diesem Zweck nicht. Sie verlieren mit der Zeit ihre Ladung, sind teuer, gross und schlicht nicht dafür gemacht, riesige Energiemengen aufzunehmen. Sie eignen sich für die kurzfristige Speicherung, beispielsweise, um Solarstrom vom Tag in der Nacht zu nutzen. Doch für die saisonale Energiespeicherung braucht es andere Ansätze.
Einer davon ist die Pilotanlage an der ETH. Statt den Strom direkt zu speichern, nehmen die Wissenschafter einen Umweg über Wasserstoff. Dieser wird im Sommer mit überschüssiger Energie aus Wasser hergestellt, mit einem sogenannten Elektrolyseur. Im Winter verbrennt man den Wasserstoff wieder und gewinnt dabei Strom und Wärme.
So weit handelt es sich um eine bekannte Idee. In Brütten steht bereits das erste energieautarke Mehrfamilienhaus der Schweiz, das auf dieser Idee beruht. Der Wasserstoff wird hier in grossen Tanks unter Druck gelagert. Doch diese Art der Lagerung birgt Risiken. Denn wenn Wasserstoff aus dem Tank austritt und mit dem Sauerstoff in der Luft in Kontakt kommt, ergibt sich ein hochexplosives Gasgemisch.
Deswegen gehen die Forscher der ETH einen anderen Weg. Statt den Wasserstoff direkt zu speichern, nutzen sie eine chemische Reaktion aus, die sich umkehren lässt. Im Sommer leiten sie den Wasserstoff in das Fass voll Eisenerz. Der Wasserstoff löst den Sauerstoff vom Eisenerz ab, es entstehen Wasser und elementares Eisen. Im voll geladenen Zustand ist der Energiespeicher deshalb einfach ein Fass voller Eisen. Explosionsgefahr gleich null. Im Winter leitet man Wasserdampf in das Fass ein. Das Wasser reagiert mit dem Eisen, und es entstehen wieder Eisenerz und Wasserstoff, den man anschliessend verbrennen kann.
Die Vorteile der Speichermethode: Sie ist sicher, billig und leicht skalierbar. Das Eisenerz ist günstig und in grossen Mengen verfügbar, darüber hinaus braucht es praktisch nur ein dünnwandiges Stahlfass und Isolationsmaterial. Denn damit die Reaktion des Wasserstoffs mit dem Eisenerz stattfindet, muss das Fass im Inneren auf 400 Grad Celsius aufgeheizt werden.
Der Nachteil: Es ist ineffizient. Die vielen Zwischenschritte führen dazu, dass ein grosser Teil der Energie verlorengeht. Nur etwa ein Drittel des Stroms, den man zum Laden verwendet, gewinnt man am Schluss wieder als Strom zurück. Das liegt vor allem daran, dass man Wasserstoff nur ineffizient wieder zu Strom umwandeln kann. Die Hälfte der Energie beim Verbrennen entsteht in Form von Wärme. Auch bei der Herstellung des Wasserstoffs und zum Heizen beim Aufladen des Speichers geht ein Teil der Energie verloren.