Nachhaltigkeitsanalyse von Energiespeichern für die Energiewende

Batteriespeicher stellen eine wesentliche Flexibilisierungsoption für das Gelingen der deutschen Energiewende dar. Hierbei müssen diese Technologien unterschiedlichsten Anforderungen, wie z.B. geringen Kosten und Umweltauswirkungen gerecht werden. Wissenschaftler des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben die Nachhaltigkeit verschiedener Batterien für stationäre Anwendungen unter Berücksichtigung von Stakeholderinteressen analysiert. Hierzu wurde eine Publikation zum CO2-Fußabdruck und den Lebenszykluskosten verschiedener Batterien verfasst. Den Artikel kürte das Journal „Energy Technology“ als einen der besten Artikel des Jahres 2017.

Im Rahmen der Energiewende hat die Bundesregierung das ambitionierte Ziel den Anteil Erneuerbarer Energien auf 80 Prozent bis 2050 zu erhöhen. Dies geht einher mit einem erhöhten Flexibilisierungsbedarfes des Elektrizitätsnetzes, welches verstärkt durch eine schwankende Einspeisung durch Solar- und Windenergie charakterisiert werden wird. In diesem Kontext stellen Energiespeicher eine wichtige Flexibilisierungsoption für das Gelingen der Energiewende dar. Eine Herausforderung besteht darin eine breitere Perspektive auf die Nachhaltigkeit dieser Technologien einzunehmen. Für diese Herausforderung wird eine Kombination aus Ökobilanzierung, Unsicherheitssimulation und Batteriegrößenoptimierung verwendet.

Im Gegensatz zu früheren Arbeiten werden dynamische Lastprofile für die Optimierung der Größe und Lebensdauer von Batterien verwendet und berücksichtigen den möglichen Einfluss zukünftiger Technologieentwicklungen wie sinkende Batteriepreise oder längere Lebensdauern. Lithium-Ionen-Batterien gehören aufgrund ihrer hohen Leistungsfähigkeit und vergleichsweise langen Lebensdauer zu den vielversprechendsten Batterietechnologien. Klassische Blei-Säure-Batterien sind zwar auf den ersten Blick günstig in der Anschaffung, für stationäre Anwendungen aufgrund ihrer geringen Lebensdauer und Effizienz aber weniger empfehlenswert.

Die publizierten Ergebnisse wurden im September 2018 von dem Journal „Energy Technology“ als einen der besten Artikel des Jahres 2017 gekürt. Die Autoren des Artikels – Manuel Baumann, Jens Peters, Marcel Weil und Armin Grunwald – sind Mitglieder einer gemeinsamen Forschungsgruppe des KIT-ITAS und dem Helmholtz-Institut Ulm (HIU). Sie befassen sich mit Nachhaltigkeitsbewertungen bestehender und neuer Energiespeichertechnologien, d.h. mit ihren Auswirkungen auf die Umwelt, den wirtschaftlichen und sozialen Auswirkungen, dem Ressourcenbedarf und den potenziellen Rollen in einer künftigen Kreislaufwirtschaft auf der Grundlage erneuerbarer Energien.

Erfolgreiche Promotion von Manuel Baumann

Manuel Baumann, der zu dem Thema seine Promotion am KIT und der Universidade Nova de Lisboa verfasst hat und von Marcel Weil betreut wurde, hat dazu eine ganzheitliche Perspektive eingenommen. Der maßgeschneiderte Ansatz der konstruktiven Technikfolgenabschätzung in Kombination mit Systemanalyse ermöglicht es, die Visionen und Erwartungen der Akteure an die Batteriespeicherung und deren Nachhaltigkeit zu erforschen und diese Informationen für die zukünftige Nutzung dieser Technologien nutzen.

Die Forschungsergebnisse kombinieren die Perspektiven technologiebezogener und nicht technologiebezogener Akteure unter Verwendung multikriterieller Entscheidungsunterstützung, um nachhaltigere Technologien zu identifizieren. Problematisch für die Nutzung von Batteriespeichern sind fehlende Geschäftsmodelle, Regelungen und Zweifel an ihrer technisch-wirtschaftlichen Tragfähigkeit. Ein Highlight ist der Nachweis, dass die Erwartungen an Nachhaltigkeitskriterien stark abhängig von der Branche sind. Technologienahe Akteure wie Technologieentwickler und Systemintegratoren konzentrieren sich auf wirtschaftliche und technologische Kriterien, die die konzentrische Ausrichtung dieser Gruppe widerspiegeln. Im Gegensatz dazu nehmen technologiefernere Akteure wieVertreter der Stadtwerke, NGO´s sowie Politik Umweltauswirkungen und Sozialkriterien als wichtiger wahr. Der Konsens der Akteure über die Bedeutung der Kriterien ist allerdings gering, was darauf hindeutet, dass hier weiterer Forschungsbedarf besteht.

Im Rahmen der gemeinsamen Helmholtz Initiative Energy System 2050 und des Forschungsthemas 4 entwickelt das ITAS gemeinsam mit KollegInnen aus dem Forschungszentrum Jülich (FZJ) und der Deutschen Luft- und Raumfahrt (DLR) ein einheitliches Nachhaltigkeitsbewertungskonzept. Hierbei wird an einer Vereinheitlichung der Methodik sowie von Annahmen gearbeitet, um eine lebenszyklusbasierte Nachhaltigkeitsbewertung unterschiedlicher Energietechnologien (Biogene Energieträger, Energiespeicher und Wasserstoff) für die Energiewende zu ermöglichen.

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