Ein deutsches Experiment hat bewiesen: Betonkugeln sind fantastische Batterien, jetzt versenkt Kalifornien eine 9-Meter-Kugel im Ozean

Können augenscheinlich schlichte Kugeln aus Beton Strom speichern, wenn sie in Hunderte Meter Tiefe versenkt werden? Ja! (Bildquelle: Adobe Firefly, generative KI)

Ein Feld aus tonnenschweren Kugeln am Meeresgrund – grau, unscheinbar und doch sind sie ein Puzzleteil der Energieversorgung von morgen. Deutsche Wissenschaftler planen, mit ihnen in den nächsten Jahren vor der Küste Kaliforniens (USA) eine komplett neue Speichertechnik zu testen.

Das Ziel: Weltweite Felder dutzender Meter dicker Betonkugeln vor den Küsten, um überschüssigen Strom zu speichern.

Um Strom, der sonst ungenutzt bliebe, zu speichern, muss logischerweise erst jede Menge produziert werden – am besten nachhaltig. Helfen könnten hierbei immer größere Windräder, wovon das größte seit Kurzem wieder in Europa steht. Und in Zukunft sollen auch Fusionskraftwerke zentrale Pfeiler der Versorgung darstellen – ein deutsches Unternehmen meint, das Geheimnis hierzu ergründet zu haben.

0:23 Wolkenkratzer als 1.000 Meter hoher Energiespeicher

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Kugelspeicher auf dem Meeresgrund

Unter dem Projektnamen StEnSea hat das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (Fraunhofer IEE) Kugelspeicher entwickelt. Die Idee ist simpel:

In einigen Hundert Metern Tiefe sitzt eine hohle Betonkugel – gemeinsam mit Dutzenden Gleichgesinnten. Jede verfügt über einen Stromanschluss sowie ein Ventil an dem eine Pumpturbine sitzt. In den Hohlraum ist durch den Umgebungsdruck bei offenem Einlass Wasser eingedrungen. Das ist die Ausgangslage, die Strombatterie ist leer. Mittels nachhaltigem Strom aus dem Netz wird das Wasser nun herausgepumpt, die Batterie lädt.

Wenn der Strom benötigt wird, dreht sich der Vorgang um: Das Ventil wird geöffnet, Wasser strömt unter hohem Druck hinein und treibt so die Turbine an. Elektrische Energie fließt ins Netz.

Die Lebensdauer eines Kugelspeichers liege bei 50 bis 60 Jahren. Alle 20 Jahre müssen laut Fraunhofer IEE Pumpturbine und Generator getauscht werden. Allerdings kann das Innenleben der Holzsphäre unter Wasser entnommen und wieder eingesetzt werden.

Bis 2026 soll vor der Küste Kaliforniens in 500 bis 600 Metern Tiefe eine hohle, 400 Tonnen schwere Betonkugel verankert werden. Sie misst neun Meter im Durchmesser. Ihre Stromkapazität beträgt 0,4 Megawattstunden, also 400 Kilowattstunden (kWh).

Diese Zahl bezieht sich auf eine einmalige Ladung, also als wenn ihr einen Akku einmal per Solarstrom ladet, ihn nutzt und dann erneut ins Ladegerät steckt. Ein typischer Haushalt in Deutschland (mit drei bis vier Personen) nutzt pro Jahr etwa 4.000 kWh. Rund 10 Ladungen alleine, könnten also theoretisch genügend Strom liefern, um ihn das gesamte Jahr über mit Strom zu versorgen.

Ein erster Test dieses Prinzips fand bereits im Bodensee mit drei Metern durchmessenden Kugeln statt. Hierbei erwiesen sich die theoretischen Annahmen und Berechnungen als stimmig. Das Ziel lautet aber, das im Kleinen erprobte und jetzt einmal hochskalierte Verfahren dereinst auf 30-Meter-Giganten anzuwenden.

Testkugel Produktionskonzept

Bisher wurden nur kleine Kugeln mit rund drei Meter Durchmesser getestet, aber langfristig sollen im Vergleich dazu Monstren mit dem doppelten Radius von 15 Meter in der Tiefe Strom speichern. Bildquelle: Fraunhofer IEE

Weltweites Potenzial und hohe Toleranz

Pumpspeicher-Kraftwerke gibt es bereits in vielerlei Form – zumeist in Gebirgen. Auch sie pumpen mit überschüssigem Strom Wasser in eine Kammer oder in einen See. Wird Strom gebraucht, werden Tore geöffnet und das heraus rauschende Wasser treibt Turbinen an. Das Prinzip entspricht exakt dem der Kugeln – der Ort macht aber den Unterschied.

Speicherkraftwerke üben meist einen erheblichen Einfluss auf die Umwelt aus, da ausladende Flächen benötigt werden. Hier sieht Dr. Bernhard Ernst vom Fraunhofer IEE den Vorteil der Kugelspeicher: Das Ausbaupotenzial [herkömmlicher Pumpspeicher] ist begrenzt und die naturräumlichen und ökologischen Restriktionen sind groß. Auf dem Meeresgrund kehre sich beides quasi um. Vor allem dürfte die Akzeptanz der Bürgerinnen und Bürger deutlich höher sein.

Fläche hätten wir unter Wasser genug, selbst wenn wir nur die ideale Tiefe zwischen 600 und 800 Metern berücksichtigen. Hier finden sich nämlich die besten Voraussetzungen, denn...

dort stehen Parameter wie der Druck, das nötige Kugelgewicht und die erforderliche Wandstärke in optimalem Verhältnis zueinander. Je höher, desto dünner könne die Kugelwand zwar ausfallen, aber auch der Stromertrag wäre geringer, da es an Wasserdruck mangele.
- auch braucht es hier deshalb noch keinen hochfesten Spezialbeton
es könnten normale Unterwasser-Motorpumpen zum Einsatz kommen.

Nach Daten des IEE, das abseits der reinen Tiefe Werte für den Untergrund, seine Neigung, Küstennähe und die vorherrschende Meeresströmung berücksichtigt, kam heraus:

Vor Norwegen, Portugal, der US-amerikanischen West- und Ostküste, Brasilien oder Japan könnten die Kugelspeicher zum Beispiel in großer Zahl installiert werden. Ebenso eignet sich die Technologie für tiefe natürliche oder künstliche Seen, beispielsweise für geflutete Tagebaue.

Das globale Speicherpotenzial liegt nach Berechnungen der Forschenden am Fraunhofer bei circa 820.000 Gigawattstunden, also 820 Millionen Kilowattstunden oder dem Strom für mehr als 200.000 größere Mehrpersonenhaushalte pro Jahr – pro Aufladung. Die zehn besten europäischen Standorte alleine bieten rund ein Fünftel davon. Nur das wäre immer noch das Vierfache aller heute vorhandenen deutschen Pumpspeicher-Kraftwerke.

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Alle Schritte bis zur geplanten Inbetriebnahme der 9-Meter-Anlage sollen nun in den USA gemeinsam mit den dortigen Partnern genau unter die Lupe genommen werden. Denn von Herstellung, über Installation und dem Betrieb bis zur regelmäßigen Wartung, muss sich erst zeigen, ob die angestrebte Größe von 30 Metern auch im Alltag praktikabel ist und sich das ermittelte Nutzungsprinzip in Gänze wirklich derart hochskalieren ließe.

Mit dem Testlauf vor der US-Küste machen wir einen großen Schritt zur Skalierung und Kommerzialisierung dieses Speicherkonzeptes, zeigt sich Bernhard Ernst vom IEE optimistisch.