Elektrizität speichern mit Luft       Georg Lohmann  81545 München Lohmann@biocar.de

Das Problem
Unsere derzeitige Versorgung mit elektrischem Strom aus funktioniert nur solange problemlos, wie Erzeugung und Abnahme der Energiemengen nicht weit voneinander abweichen. Der Grund hierfür ist das Fehlen von ausreichender Speichermöglichkeit für elektrische Energie.  Im nennenswerten Umfang kann über-schüssige Elektrizität nur über den Umweg Pumpspeicherwerk gelagert werden. Diese Technik ist sicher und bewährt, allerdings mit vier herausragenden Mängeln behaftet. Erstens ist die Aufnahmemöglichkeit der Wasserbehälter strikt begrenzt, zweitens ist die Einrichtung der Wasserbecken naturgemäß mit einem großen Flächenverbrauch verbunden, drittens ist die Einrichtung dieser Anlagen nur in wenigen Landschaften mit den passenden Oberflächenstrukturen möglich und letztendlich durch den Bau von riesigen Tunnels und Kavernen sehr teuer. Zusammenbrüche des Stromverteilernetzes in unserem Land und anderen Ländern haben die Notwendigkeit von zusätzlichen Speichermöglichkeiten klar vor Augen geführt. Einerseits muss beim Ausfall von herkömmlichen Kraftwerken sofort Ersatz für die dann fehlende Energie beschafft werden, andererseits muss die nicht zum Verbraucher gelangende Energie ebenso schnell zu den freien Lagermöglichkeiten gelenkt werden. Ist das nicht in Minuten möglich, kommt es zu Notabschaltungen von Kraftwerken mit nicht unerheblichen Risiken und Kosten. Gelingt das Weiterleiten in fremde Netze nicht, dann stehen bei uns praktisch nur die Pumpspeicherwerke offen, deren Becken noch aufnahmefähig sind. Eine Erweiterung der vorhandenen Speichermöglichkeiten für Elektrizität ohne die genannten Nachteile wäre ein großer Vorteil aus ökologischer und ökonomischer Sicht.

Neue Speichermöglichkeiten
Die Lufthülle der Erde bietet eine weitere Möglichkeit, ein praktisch unbegrenzt vorhandenes Medium als Vehikel zur Energiespeicherung zu nutzen.  Im Gegensatz zu dem bereits eingesetzten Oberflächenwasser steht die Atmosphäre an jedem Ort der Erdoberfläche zur Verfügung. Es wird seit Beginn der Technikgeschichte komprimierte Luft in Druckbehältern als Lagerort für Antriebsenergie verwendet.  Die nachfolgend beschriebene Technik geht über das bekannte weit hinaus, indem verdichtete Luft in entsprechenden Behältern als Energiespeicher für die Allgemeinheit eingeführt wird mit dem Ziel, die vorhandenen Speichermöglichkeiten für Elektrizität ohne den bekannt großen technischen und finanziellen Aufwand zu erweitern. Hierfür werden die bereits bekannten und verwendeten Luftverdichter mit Hohlräumen unter der Erdoberfläche verbunden. Hier bieten sich zunächst ausgebeutete Erdgaslagerstätten an. Dazu lassen sich aber bei entsprechender Gestaltung der Gesteinsschichten künstlich solche Lagerstätten schaffen. Als dritte Möglichkeit ist an die Lagerung von Druckgas unter der Meeresoberfläche zu denken. Allen hier beschriebenen Lagermöglichkeiten ist gemeinsam, enorme Mengen komprimierte Luft unter Druckverhältnissen zu lagern, die an der Erdoberfläche nur mit viel größerem technischen Aufwand und viel kleinerer Kapazität möglich ist. Erdgas ist in natürlichen Lagerstätten mit einem Druck von bis zu mehreren hundert bar verdichtet. Luft lässt sich also an der selben Lagerstätte mit dem gleichen Druck speichern. Werden die Möglichkeiten der Speicherung unter der Meeresoberfläche genutzt, findet man Drücke in gleicher Größenordung, abhängig von der Meerestiefe. In 3000 Meter Tiefe unter der Meeresoberfläche herrscht ein ständiger Druck von 300 bar. Offene oder geschlossenen Behälter in dieser Tiefe können also praktisch ohne Größenbegrenzung Energie in Form von verdichteter Luft aufnehmen, ohne dass sie so dickwandig sein müssen, wie an der Erdoberfläche. Auch die Zu- und Ableitungen der Druckbehälter können unter den berechneten Arbeitsbedingungen dünnwandig sein. Ihre Wandstärke errechnet sich ausschließlich aus der Menge der bewegten Gasmengen. Selbst ein Gartenschlauch würde funktionieren, wenn die entnommene Gasmenge nicht zu groß ist.

Vorteile eines Luftspeichers
Luft lässt sich mit vorhandener Technik auf ein Vielfaches der für den Betrieb von Pressluftmotoren notwendigen Druckes verdichten. Wird eine ehemalige Erdgas-lagerstätte als Druckluftspeicher eingesetzt, entstehen vergleichsweise geringe Kosten. Bekannterweise wird aus solchen Lagerstätten jahrelang Gas entnommen. Genauso kann jahrelang Luft hineingepumpt und auch wieder entnommen werden. Ein Oberflächenspeicher mit dieser Aufnahmefähigkeit ist nicht durchführbar.
Bei einem Wasserspeicher in Form offener Wasserbecken hat man immer mit Wasserverlust zu rechnen. Ein Luftspeicher kennt keinen Verlust des Speichermediums, es muss nicht mehr als ohnehin schon üblich gereinigt oder vor grober Verunreinigung geschützt werden. Luft friert nicht ein und sie verdunstet nicht. Luft steht, im Gegensatz zu Oberflächenwasser, auf jedem Punkt der Erdoberfläche zur Verfügung.
Die bei der Arbeit der Kompressoren und bei der Dekompression der Speicherluft anfallende Wärme oder Kälte kann am Ort ihrer Entstehung nutzbringend verwertet werden.   So ist vorstellbar, dann verstärkt Luft zu verdichten, wenn die Abwärme zum Heizen genutzt werden kann. Ebenso kann durch die gleichen Wärmetauscher beim Anwender ein Gebäude oder eine Lagerhalle gekühlt werden. Hierdurch lassen sich die unvermeidlichen Transformationsverluste nutzbringend reduzieren.
Die Gewinnung der Druckluft kann natürlich auch aus den sog. regenerativen Energiequellen geschehen.  

Kompressoren statt Generatoren
Hier bieten sich die schon eingeführten Windrotoren an. Wenn diese, statt wie gewöhnlich nur Elektrizität zu erzeugen, fortan auch Pressluft  erzeugen, dann lässt sich die Energie in der beschriebenen Form möglicherweise schon am Entstehungsort speichern und abrufen. Daneben kann die Pressluft mit längst bekannten Werkzeugen, Maschinen und auch Fahrzeugen ohne Rückverwandlung in Elektrizität unmittelbar als Antriebsenergie eingesetzt werden. Pressluftgetriebene Arbeitsmaschinen sind immer leichter als gleichstarke Elektrogeräte  und es gehen auch weniger Unfallgefahren von ihnen aus, Pressluftgetriebene Fahrzeuge haben bei dieser Art der Energiegewinnung keinerlei umweltschädliche Emissionen,  ihr Energieträger hat bei einem „Leck“, bei einem Unfall oder Defekt, nicht die geringsten Folgen für die Umwelt.

 Georg Lohmann 26.10.2003