Das Erneuerbare

Von Matthew Hutson

Das deutsche Wort Dunkelflaute bedeutet „dunkle Flaute“. Es lässt die Herzen der Ingenieure für erneuerbare Energien erkalten, die damit auf die Flaute verweisen, wenn Sonnenkollektoren und Windkraftanlagen durch Wolken, Nacht oder windstille Luft behindert werden. An einem hellen, wolkenlosen Tag kann ein Solarpark enorme Mengen Strom erzeugen; Wenn es böig ist, erwecken Windräder die Viertel zum Leben. Aber nachts leisten Solarzellen wenig, und in ruhiger Luft sind Turbinen nutzlos. Die Erneuerung dieser erneuerbaren Energiequellen hört auf, bis sich das Wetter oder der Planet ändert.

Die dunkle Flaute macht es für ein Stromnetz schwierig, sich vollständig auf erneuerbare Energien zu verlassen. Energieversorger müssen nicht nur für einzelne Stürme oder windstille Nächte planen, sondern auch für Dunkelflöten, die sich über Tage oder länger erstrecken. Letztes Jahr erlebte Europa eine wochenlange „Winddürre“, und 2006 erlebte Hawaii sechs Wochen lang aufeinanderfolgende Regentage. Im kleineren Maßstab müssen Fabriken, Rechenzentren und abgelegene Gemeinden, die vollständig auf erneuerbare Energien umsteigen möchten, die Lücken schließen. Deutschland stellt seine Kernkraftwerke ab und arbeitet intensiv an der Einführung erneuerbarer Energien, bleibt aber aufgrund des Problems der „Unterbrechung“ seiner erneuerbaren Energieversorgung weiterhin auf fossile Brennstoffe – einschließlich importiertes russisches Gas – angewiesen.

Die offensichtliche Lösung sind Batterien. Die am weitesten verbreitete Variante wird Lithium-Ion oder Li-Ion genannt, nach dem chemischen Prozess, der sie zum Funktionieren bringt. Solche Batterien versorgen alles von Mobiltelefonen bis hin zu Elektrofahrzeugen; Sie sind relativ kostengünstig herzustellen und werden immer billiger. Doch typische Modelle erschöpfen ihre gespeicherte Energie bereits nach drei oder vier Stunden maximaler Leistung, und wie jeder iPhone-Besitzer weiß, nimmt ihre Kapazität mit jedem Aufladen nach und nach ab. Es ist teuer, genügend Batterien zu sammeln, um längere Entladungen abzudecken. Und Batterien können Feuer fangen – Standorte in Südkorea sind in den letzten Jahren Dutzende Male in Brand geraten.

Venkat Srinivasan, ein Wissenschaftler, der das Argonne Collaborative Center for Energy Storage Science (ACCESS) am Argonne National Laboratory in Illinois leitet, sagte mir, dass eines der größten Probleme bei Li-Ionen-Batterien ihre Lieferkette sei. Die Batterien sind auf Lithium und Kobalt angewiesen. Im Jahr 2020 stammten rund siebzig Prozent des weltweiten Kobalts aus der Demokratischen Republik Kongo. „Wenn wir keine Vielfalt haben, werden wir in Schwierigkeiten geraten“, sagte Srinivasan. Jede Unterbrechung der Lieferkette kann sich stark auf Preise und Verfügbarkeit auswirken. Darüber hinaus wird für den Abbau der Metalle viel Wasser und Energie benötigt, was zu Umweltschäden führen kann, und bei einigen Kobaltabbaubetrieben kommt es zu Kinderarbeit. Experten bezweifeln, dass die Li-Ionen-Preise ohne nennenswerte technologische Fortschritte um mehr als dreißig Prozent unter ihr aktuelles Niveau fallen werden – ein Rückgang, der nach Angaben des Energieministeriums immer noch zu gering ist. Wir müssen unsere Kapazitäten erweitern; Einer Schätzung zufolge werden wir bis 2040 mindestens hundertmal mehr Speicher benötigen, wenn wir weitgehend auf erneuerbare Energien umsteigen und eine Klimakatastrophe vermeiden wollen. Vielleicht finden wir irgendwie saubere und zuverlässige Wege, die Zutaten für Li-Ionen-Batterien abzubauen, zu verteilen und zu recyceln. Und doch scheint das unwahrscheinlich. Obwohl wir erneuerbare Energie normalerweise im Hinblick auf ihre Quellen wie Windkraftanlagen und Sonnenkollektoren betrachten, ist das nur die halbe Wahrheit. Idealerweise würden wir erneuerbare Energie mit erneuerbarer Speicherung kombinieren.

Wir verfügen bereits über eine Art der Speicherung erneuerbarer Energien: Mehr als neunzig Prozent der weltweiten Energiespeicherkapazität befinden sich in Stauseen, als Teil einer bemerkenswerten, aber unbesungenen Technologie namens Pumpspeicherwasserkraft. Pumpspeicherkraftwerke werden unter anderem zum Ausgleich von Strombedarfsspitzen eingesetzt. Motoren pumpen Wasser von einem Fluss oder Stausee bergauf zu einem höher gelegenen Stausee; Wenn das Wasser bergab freigesetzt wird, dreht es eine Turbine und erzeugt so wieder Strom. Eine Pumpspeicheranlage ist wie eine riesige, permanente Batterie, die aufgeladen wird, wenn Wasser bergauf gepumpt wird, und sich entlädt, wenn es bergab fließt. Die Anlagen können beeindruckend sein: Das Pumpspeicherwerk Bath County in Virginia besteht aus zwei ausgedehnten Seen, die in der Höhe etwa eine Viertelmeile voneinander entfernt sind und zwischen baumbedeckten Hängen liegen. In Zeiten hoher Nachfrage können jede Minute 13 Millionen Gallonen Wasser durch das System fließen, das Hunderttausende Haushalte mit Strom versorgt. Einige Länder weiten den Einsatz von Pumpspeicherkraftwerken aus, der Bau neuer Anlagen in den Vereinigten Staaten hat jedoch schon vor Jahrzehnten seinen Höhepunkt erreicht. Die richtige geografische Lage ist schwer zu finden, Genehmigungen sind schwierig zu erhalten und der Bau ist langsam und teuer. Die Suche nach neuen Ansätzen zur Energiespeicherung ist eröffnet.

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Quidnet, ein in Houston ansässiges Startup, ist eines von vielen Unternehmen, die die Möglichkeiten erkunden. Letzten Monat saß ich mit Scott Wright, seinem Vizepräsidenten für den operativen Bereich, und Jason Craig, seinem COO, in einem F-150 King Ranch Pickup, als wir zu einem seiner Teststandorte auf einer Farm westlich von San Antonio fuhren. Felder und Werbetafeln sausten vorbei, als Craig vom Rücksitz aus erklärte, dass Quidnet eine neue Art von Pumpwasserkraft patentiert hatte. Anstatt Wasser bergauf zu pumpen, leitet das System des Unternehmens es durch ein Rohr, das mindestens 300 Meter in die Tiefe reicht, in den Untergrund. Später lässt das System die Erde das Wasser unter Druck wieder zusammendrücken und treibt damit Generatoren an. Wright und Craig sind Veteranen der Öl- und Gasindustrie, und die Technologie von Quidnet ist wie eine grüne Version von Fracking. Bei dieser Technik wird Flüssigkeit in den Untergrund injiziert, wo sich ein Druck aufbaut, der das Gestein zerbricht und Erdgas freisetzt. Quidnet nutzt zum Teil die gleiche Ausrüstung und das gleiche Fachwissen, aber mit einem anderen Ziel: Das Wasser soll zwischen Gesteinsschichten eingeschlossen werden und so unterirdische Reservoirs bilden, die bei Bedarf freigesetzt werden können.

Während wir fuhren, fragte ich nach den Stromausfällen, die Texas im Februar 2021 erlebte, als ein Wintersturm Gasanlagen für mehrere Tage lahmlegte und Millionen Menschen ohne Strom zurückließ. Mehr als zweihundert Menschen starben. Die Krise hatte viele Ursachen, unter anderem die Tatsache, dass Texas der einzige Bundesstaat ist, dessen Stromnetz nicht an die Netze anderer Bundesstaaten angeschlossen ist. „Wir holten Eimer mit Wasser aus dem Pool des Nachbarn, um die Toilettenspülung zu betätigen“, sagte Wright. „Es schreit definitiv nach einer Möglichkeit, Strom zu speichern, um in Zeiten wie diesen die Belastung des Netzes zu verringern.“

Die von Unternehmen wie Quidnet geschaffenen künstlichen unterirdischen Reservoirs werden von Ingenieuren aufgrund ihrer Form als „Linsen“ bezeichnet. („Ich sage Whoopee-Kissen und die Leute mögen es nicht“, sagte Craig.) Anfangs stieß Quidnet auf Skepsis hinsichtlich seiner Fähigkeit, Linsen in der richtigen Größe und Form zu formen. Als ich es besuchte, hatte es jedoch mehrere Pumpzyklen in Texas, Ohio und Alberta erfolgreich abgeschlossen. Das Unternehmen hat private und staatliche Fördermittel in Höhe von 38 Millionen US-Dollar erhalten, darunter Beiträge von Breakthrough Energy Ventures, gegründet von Bill Gates.

Quidnet hat von einem Goldrausch bei der Energiespeicherung profitiert. Im Jahr 2018 vergab das Energieministerium im Rahmen eines Programms namens „Duration Addition to ElectricitY Storage“ (DAYS) 30 Millionen US-Dollar an Fördermitteln an zehn Gruppen, darunter Quidnet. Vor seinem Ausscheiden aus dem Amt unterzeichnete Präsident Donald Trump das Energiegesetz von 2020, das den überparteilichen Better Energy Storage Technology (BEST) Act umfasste und die Ausgabe einer Milliarde US-Dollar über einen Zeitraum von fünf Jahren für die „Forschung, Entwicklung und Demonstration“ genehmigte neue Energiespeichertechnologie. Viele Staaten legen mittlerweile Ziele für die Speicherkapazität fest, und im Jahr 2018 erließ die Federal Energy Regulatory Commission die Verordnung 841, die gespeicherte Energie in den Stromgroßhandelsmarkt integriert. „Man hat erkannt, dass die Zeit für diese Technologie gekommen ist“, sagte mir Jason Burwen von der American Clean Power Association. Doch zwischen dem Whiteboard eines Ingenieurs und der Realität liegt eine große Distanz. Viele geförderte erneuerbare Speichertechnologien werden sich für eine breite Einführung als zu unpraktisch, zu teuer oder ineffizient erweisen.

Als wir uns der Farm näherten, dachte Craig über die rohe Körperlichkeit der Vorgehensweisen vieler Unternehmen nach. Die Grundprinzipien sind diejenigen, die Sie vielleicht aus der Physik an der Oberschule kennen. Wenn Sie sich Mühe geben, ein Objekt anzuheben, speichert es potentielle Energie; Wenn Sie das Objekt dann fallen lassen, wird seine potenzielle Energie zu kinetischer Energie, die einen Generator antreiben und Strom erzeugen kann. Das Gleiche gilt für viele körperliche Handlungen. Zusätzlich zum Heben von Gewichten komprimieren Energiespeicherunternehmen Luft oder Wasser, bringen Gegenstände zum Rotieren oder erhitzen sie. Wenn Sie für die erste Arbeit saubere Energie nutzen und eine umweltfreundliche Möglichkeit finden, diese zu speichern und freizugeben, haben Sie eine ökologisch verantwortungsvolle Batteriealternative geschaffen.

„Ich bin irgendwie überrascht und ermutigt, dass die Lösungen für das Problem der langfristigen Energiespeicherung das Zeug der Höhlenmenschen sein könnten“, sagte Craig. Batterien basieren auf einer „ziemlich ausgefeilten Elektrochemie, die schnell über das hinausgeht, was ich verstehe.“ Und doch könnte die Lösung darin bestehen, schweres Material mit Kränen aufzuheben oder die Erde mit einem hydraulischen Wagenheber aufzuheben. Ich glaube, es gibt ein paar Kerle in Nevada, die Steine ​​hineinwerfen einen Zug und rollen ihn bergauf, dann kommen sie wieder runter. Fred Flintstone würde sich mit den meisten dieser Dinge wohl fühlen. Das könnte der richtige Weg sein.“

Wir bogen in die lange Auffahrt zur Farm ein. Über ihnen kreiste ein Kessel voller Geier.

"Du weisst, was das bedeutet?" Fragte Craig.

„Der letzte Reporter, der hier rauskam?“ Ich sagte.

Sie lachten. „Das stimmt. Zu viele schlechte Fragen.“

Ich hatte schon eines im Sinn. Würde ich einen Teil der Zukunft der grünen Energie erleben oder ein seltsames und kurzlebiges Experiment im ländlichen Texas?

Bis vor Kurzem mussten wir uns kaum Gedanken über neue Möglichkeiten machen, unsere Energie zu speichern. Fossile Brennstoffe sind ein prähistorischer Energiespeicher, und wir könnten ihre Energie freisetzen, indem wir sie verbrennen und Generatoren antreiben. Es gab immer mehr Treibstoff zum Verbrennen. „Fast der gesamte Strom auf der Welt wird so genutzt, wie er erzeugt wird“, sagte mir Bill Gross, ein langjähriger Investor in Solarenergie und Mitbegründer von Energy Vault, einem der kapitalstärksten neuen Energiespeicherunternehmen. Der meiste Strom, der nicht sofort verbraucht wird, geht verloren. Das Problem sei, dass es bei vielen Technologien „tatsächlich teurer ist, Strom zu speichern als ihn zu erzeugen“, sagte er. In vielen Fällen sind Solar- und Windenergie kostengünstiger geworden als Kohle und Gas. Wenn man jedoch die Kosten für die Speicherung hinzurechnet, können erneuerbare Energien gegenüber fossilen Brennstoffen verlieren.

Energie wird überall um uns herum auf vielfältige Weise gespeichert. Eine Flasche kohlensäurehaltiges Wasser in Ihrem Kühlschrank hält die Energie unter Druck; Ein Bücherturm enthält Energie, die beim Fallen freigesetzt wird. Im größeren Maßstab setzen Vulkanausbrüche und Lawinen gespeicherte Energie frei. Doch die Energiespeicherung ist am nützlichsten, wenn sie vorhersehbar, praktisch und dicht ist und viel Energie auf kleinem Raum unterbringt. Ungeachtet des Klimawandels erfüllen fossile Brennstoffe alle diese Anforderungen: Durch die Verbrennung von nur einer Gallone leicht transportierbarem Benzin können Sie genug Energie freisetzen, um Tausende Gallonen Wasser vom Boden eines Pumpspeicherwerks nach oben zu befördern.

Heutige Li-Ionen-Batterien weisen vergleichsweise eine geringe Dichte auf, und Speichersysteme für erneuerbare Energien haben ebenfalls Schwierigkeiten, Dichte, Komfort und Skalierbarkeit zu erreichen. Die grundlegende Technologie der Druckluftspeicherung reicht Jahrzehnte zurück und kann das Pumpen von Luft in unterirdische Höhlen, natürliche oder künstliche, und das anschließende Ablassen dieser Luft umfassen. Die erste unterirdische Druckluftanlage wurde 1978 in Deutschland fertiggestellt; Solche Systeme können große Mengen an Energie speichern und abgeben. Doch ebenso wie Pumpspeicherkraftwerke erfordern Druckluftanlagen die richtige geografische Lage und sind teuer in der Errichtung. Sie sind außerdem ineffizient – ​​typischerweise kann nur die Hälfte der Energie, die für die Druckbeaufschlagung des Gases aufgewendet wird, zurückgewonnen werden.

Ingenieure versuchen, Dichte und Effizienz zu verbessern. Ein in Toronto ansässiges Unternehmen namens Hydrostor hat mehr als dreihundert Millionen Dollar an Fördermitteln erhalten und entwickelt Projekte in Kalifornien, Australien und anderen Orten, die in den nächsten fünf Jahren online gehen sollen. Es speichert komprimierte Luft in Tanks und speichert die beim Luftkomprimierungsprozess freigesetzte Wärme, die es dann bei der Expansion wieder an die Luft anlegt und so deren Fähigkeit steigert, eine Turbine anzutreiben und Strom zu erzeugen. Ein britisches Unternehmen, Highview Power, geht einen noch extremeren Weg und kühlt die Luft auf über 300 Grad unter Null, wo sie dann flüssig wird. Flüssige Luft ist dicht, und wenn Highview sie erwärmt, vergast sie schnell und dreht Turbinenschaufeln. Colin Roy, Vorstandsvorsitzender von Highview, erzählte mir, dass beim Öffnen der Tanks des Unternehmens Luft „mit heftiger Wucht herausexplodiert“. Das Unternehmen hat einen Prototyp eines Flüssig-Luft-Systems gebaut und entwickelt kommerzielle Anlagen in England und Spanien.

Auch Quidnet bringt eine Weiterentwicklung der druckbasierten Technologie hervor. Auf dem Testgelände des Unternehmens wurden wir von Jacob und Sadie Schweers, den Besitzern der Farm, begrüßt. Ungefähr ein Jahr zuvor hatte Quidnet eine Bohrinsel – einen siebzig Fuß hohen Mast, der an einem Lastwagen befestigt war – zu ihrem Grundstück geschickt. Nun stand ein etwa drei Meter hoher blauer Bohrlochkopf in der Nähe eines Pumpenhauses von der Größe eines Schiffscontainers, mehrerer gelber Tanks und einer Reihe von Schläuchen. Wasser könnte aus den Tanks in den Brunnen gepumpt werden, wo es unter Druck gespeichert würde; dann könnte es wieder in die Tanks abgegeben werden. Letzten Monat kündigte Quidnet ein Pilotprogramm zur Bereitstellung gespeicherter Energietechnologie für einen Energieversorger in San Antonio an.

Wir betraten das Pumpenhaus, um die Kolben, das Schwungrad und einen sogenannten Pulsationsdämpfer zu bewundern. Ein gelber Fünfhundert-PS-Dieselmotor stand ruhig hinten und war bereit, die Pumpe anzutreiben. „Ich liebe große Maschinen und laute Dinge und den Geruch von Öl“, sagte Wright. In einer kommerziellen Version des Systems würde ein Elektromotor, der idealerweise mit sauberer Energie betrieben wird, das Wasser pumpen und als Generator fungieren, wenn das Wasser zurückfließt.

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Als wir wieder nach draußen gingen, in die heiße Sonne, deutete Wright auf zehn einzelne PVC-Rohre, die aus dem Boden ragten. Sie wiesen auf das unterirdische Vorhandensein von Neigungsmessern hin, Instrumenten zur Beurteilung der Größe und Beschaffenheit der Linse durch Verfolgung der Verschiebung des Gesteins; Sie können sogar die Gezeitenbewegung des Mondes spüren. Wir standen da und unterhielten uns, und Craig sagte, dass die Tanks irgendwann durch einen attraktiven Teich ersetzt würden. Sadie Schweers erzählte uns, dass sie sich gerne vorstellt, dass die gesamte Farm mit Solarpaneelen und einem Quidnet-Brunnen betrieben wird.

Menschen, die im Energiebereich arbeiten, sprechen oft vom Stromnetz, als ob es seine eigenen Bedürfnisse und Eigenheiten hätte. „Das Netz braucht eine Vielfalt an Vermögenswerten“, sagte mir Mateo Jaramillo, CEO von Form Energy, einem Hersteller von „Eisen-Luft“-Batterien. (Die Technologie, die Energie speichert, indem sie Metall in einem Kreislauf rostet und entrostet, ist eine von mehreren theoretischen Alternativen zu Li-Ion.) Im sauberen Netz gibt es Raum für viele Arten von Lösungen; Gleichzeitig ist die Landschaft äußerst wettbewerbsintensiv. „Jeder konkurriert mit Pumpspeicherkraftwerken und Lithium-Ionen“, sagte mir Scott Litzelman, der Direktor von DAYS, dem Programm des Energieministeriums. „Lithium-Ionen sind einfach so dominant, wenn man bedenkt, dass es eine so bedeutende Lieferkette und Produktionsbasis gibt.“ In Bezug auf die Nicht-Batterie-Startups sagte er: „Es gibt diese anderen aufstrebenden Technologien, die wettbewerbsfähiger sein könnten, wenn sie skaliert werden könnten. Das ist die Herausforderung in der gesamten Branche. Jeder versucht, an diesen Punkt zu gelangen, um zunächst einmal zu beweisen, dass …“ technische Machbarkeit und das Kostenpotenzial ermitteln und dies dann nicht im Labor, sondern an einem riesigen Feldstandort nachweisen.“

Shirley Meng, Materialwissenschaftlerin und Ingenieurin an der University of Chicago, sagte mir, dass die Welt „eine ganze Reihe von Speichermethoden“ brauche. Nicht alle Methoden werden eine Nische finden, aber sie sagte: „Ich denke, wir sind viel zu wenig investiert. Denn wir stellen uns wirklich vor, das gesamte Netzsystem neu aufzubauen.“ Nathan Ratledge, ein Forscher für saubere Energie an der Stanford University, sagte mir, dass die Energiespeicherung dort eine besonders wichtige Rolle spielen könnte, wo noch Stromnetze gebaut werden. Viele Entwicklungsländer haben die Chance, ganz auf fossile Brennstoffe zu verzichten und direkt auf erneuerbare Energien umzusteigen, die billiger und weniger umweltschädlich sind. Aber ein Netz mit einem größeren Anteil an Wind- und Solarenergie erfordert mehr Speicherkapazität, um Schwankungen zu überwinden. Erneuerbare Speicher seien „eine Win-win-win-Situation für den globalen Süden“, sagte Ratledge. „Im Grunde ermöglicht es den Menschen, sehr schnell ins 21. Jahrhundert zu springen, ohne sich mit all dem veralteten Müll auseinandersetzen zu müssen, den wir in den Siebzigern, Achtzigern und Neunzigern gebaut haben.“

Als ich in Wrights Truck zurückfuhr, dachte ich darüber nach, wie die Dinge aussehen könnten, wenn Quidnets Brunnen vorankommen. Heutige Pumpspeicherkraftwerke bilden malerische Seen auf der Erdoberfläche, aber Ansätze wie der von Quidnet würden darunter Reservoirs mit unter Druck stehender Energie schaffen. Das Unternehmen stellt sich ein Gelände mit Bohrlochköpfen im Abstand von etwa einer halben Meile und einem Teich für alle vier vor. Windkraftanlagen könnten in den Himmel steigen. Die Erde selbst wäre eine Art riesige Batterie.

Bill Gross, der Mitbegründer von Energy Vault, begann sich nach einer langen Karriere im Technologiesektor an der Westküste, in der er eine Reihe erfolgreicher Dotcoms und Solarstromunternehmen gründete, mit der Energiespeicherung zu beschäftigen. Er fragte sich, ob er ein System aufbauen könnte, das auf den gleichen Prinzipien wie Pumpwasserkraft basiert, jedoch mit Feststoffen statt Flüssigkeiten. Könnte man Gewichte mithilfe sauberer Energie stapeln, anstatt Wasser bergauf zu pumpen und bergab wieder abzulassen, und dann mithilfe von Flaschenzügen Strom erzeugen, um sie abzusenken? „Ich wollte eine Art virtuellen Berg schaffen“, sagte er mir.

Gross und ein Bauingenieur, Andrea Pedretti, begannen, nach Optionen zu suchen. Sie wollten „billig in die Höhe bauen“, sagte Gross. Stahl war teuer. Das galt auch für Beton, und bei seiner Herstellung wurde Kohlenstoff emittiert. Sie begannen mit einem Unternehmen namens Cemex an der Verwendung eines „Superplastifizierers“ zu arbeiten – einem Polymer, das Schmutz zusammenhalten kann und häufig beim Straßenbau in Ländern mit niedrigem Einkommen verwendet wird. Mischen Sie Fließmittel mit lokalem Schmutz, Wasser und etwas Zement, und schon können Sie vor Ort günstige Blöcke herstellen. „Wir können also im Grunde einen Berg aus Erde machen“, sagte Gross. „Und wir können diesen Berg jeden Tag erschaffen und diesen Berg jeden Tag wieder abbauen.“ Eine entsprechende Größenordnung für Pumpspeicherkraftwerke wäre ehrgeizig. Aber selbst mittelgroße Berge könnten in der Lage sein, in benachbarten Solarparks oder Kernkraftwerken erzeugte Energie zu speichern oder die Server in Rechenzentren am Laufen zu halten. Gross und Pedretti gründeten Energy Vault 2017 zusammen mit Robert Piconi, dem CEO des Unternehmens. Das Unternehmen verfügt über Niederlassungen in Los Angeles und der Schweiz.

Der erste Systemversuch von Energy Vault war EV1, ein aufragender, transformatorähnlicher Turmdrehkran mit sechs Armen. Die Idee war, dass ein solcher Kran Blöcke in einer Mauer um sich herum stapeln und dann wieder abstapeln würde. Beobachter im Internet hatten viel Mühe und wiesen darauf hin, was ihrer Meinung nach die Unpraktikabilität des Systems sei. (Ein YouTube-Video mit dem Titel „The Energy Vault Is a Dumb Idea, Here's Why“ wurde zwei Millionen Mal angesehen.) Auf jeden Fall ging das Unternehmen zu einem neuen, geschlossenen Design namens EVx über. In der Darstellung ähnelt es einem kastenförmigen automatisierten Lagerhaus mit einer Höhe von vierzig Stockwerken. Aufzüge werden mit sauberer Energie Blöcke mit einem Gewicht von bis zu 30 Tonnen anheben und sie auf Laufkatzen legen, die sie in die Mitte des Bauwerks befördern. Wenn Energie benötigt wird, werden die Blöcke zurück zu den Aufzügen bewegt. Beim Herunterfahren treiben die Aufzüge Generatoren an, die neuen Strom erzeugen. Energy Vault gibt an, dass das System einen hohen Gesamtwirkungsgrad haben und einen Großteil des verbrauchten Stroms regenerieren wird. Dennoch muss EVx Tausende schwerer Blöcke bewegen, um erhebliche Energiemengen zu speichern und freizugeben. Normalerweise ist unser Energieverbrauch eine Abstraktion; Der Ansatz von Energy Vault offenbart es in klaren, physischen Worten.

Die EVx-Demo wird in einem idyllischen Schweizer Bergtal im Schatten von EV1 entwickelt. Im März gab mir Piconi das Verkaufsgespräch. Nachdem wir Schutzhelme, Westen und Augenschutz angelegt hatten, hielten wir an der Blockherstellungsmaschine an, einer großen blauen Stahlkiste. Es komprimiert die Zutaten der Blöcke mit einer Kraft von siebentausend Tonnen, dreht sie dann aufrecht und stellt alle fünfzehn Minuten einen neuen her. „Das kauft man nicht bei Walmart“, sagte Piconi.

In der Nähe sahen wir zwei der Wagen, die die Blöcke zu und von den Aufzügen von EVx transportieren werden. Ich legte meine Hand auf eines der Hartplastikräder. Das Unternehmen experimentiere immer noch mit Trolley-Materialien, sagte Piconi: „Vieles von dem, was wir tun, ist Materialwissenschaft.“ Wir gingen zum Kontrollraum, der sich als ein mit Computern ausgestatteter Wohnwagen herausstellte, in dem Frank Tybor, Vizepräsident für Technik bei Energy Vault, mit seinem australischen Schäferhund Sydney saß. Zuvor war Tybor Chefingenieur für Start- und Landeplätze bei SpaceX. (Sydney war „in so vielen Raketenkontrollräumen, dass sie sich aufregt, wenn man von zehn bis null rückwärts zählt und nichts passiert“, sagte Tybor.) Energy Vault ähnelte SpaceX, sagte er mir, darin, dass „es groß und industriell wirkte.“ , aber das Geheimnis liegt darin, wie wir dafür sorgen, dass alles stabil funktioniert.“ Auf einem großen Bildschirm sahen wir einen autogroßen Block, der auf einem Wagen hin und her rollte, während Sensoren Daten über den Verschleiß sammelten.

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Draußen machten Piconi und ich uns auf die Suche nach dem Einkaufswagen, den wir auf dem Bildschirm gesehen hatten. Wir gingen an hohen Blöcken unterschiedlicher Zusammensetzung vorbei, als wären wir auf einer Baustelle für die Pyramiden, bevor wir auf Vahe Gabuchian trafen, den Testingenieur, der den Wagen steuerte. Er hatte am Caltech Bruchmechanik studiert und wollte wissen, ob eine der Komponenten während Tausenden von Kilometern Rollen und Vibrationen reißen würde. In der Nähe bot ein vierstöckiges Bauwerk aus I-Trägern einen kleinen Vorgeschmack darauf, wie ein endgültiger EVx aussehen könnte. Wenn das Lager funktioniert, wird es ein bewegendes Rätsel sein. Software muss die Bewegungen von Aufzügen und Trolleys orchestrieren, um die Leistung konstant zu halten, wenn Blöcke beschleunigt, abgebremst und angehoben und abgesenkt werden.

Der leitende Maschinenbauingenieur von Energy Vault, Al Sokhanvari, kam vorbei. Er hatte dreißig Jahre lang Luft- und Raumfahrtprojekte für die NASA und die Defense Advanced Research Projects Agency abgeschlossen und beim Bau des Brunnens im Bellagio in Las Vegas mitgeholfen. („Aber das ist das Coolste, das muss man zugeben“, sagte Piconi.) In gewisser Weise wäre ein EVx-Gebäude wie ein Brunnen, aber mit zirkulierenden Erdblöcken statt Wasser. Wenn viel Strom gespeichert wurde, war das Lagerhaus kopflastig und in den oberen Etagen befanden sich viele Tonnen Blöcke. Die Blöcke würden nach unten fließen, wenn der Strom abgeschaltet würde. „Man muss also etwas schaffen, das tatsächlich das Atmen mit ein- und ausgestreckten Gewichten ermöglicht“, sagte Sokhanvari. Ein solches Gebäude wäre wie „ein Lebewesen“.

Die Entwicklung von Energiespeichern ist riskant. Im Gegensatz zu Quidnet wird Energy Vault öffentlich gehandelt; Es hat eine Marktkapitalisierung von mehr als einer Milliarde Dollar, aber seine Zukunft ist ungewiss. Die Technologie steckt noch in den Kinderschuhen, und es kann schwer zu sagen sein, inwieweit die Begeisterung für das Unternehmen auf Verkaufsgeschick und nicht auf praktikable Technik zurückzuführen ist. Noch nie hat jemand eine Anlage wie EVx gebaut, und das System enthält bewegliche Teile, die häufiger als erwartet ausfallen könnten. Venkat Srinivasan, der ACCESS-Direktor, stellte fest, dass Lithium-Ionen-Batterien tragbar und vor allem zuverlässig seien. „Wenn Sie am Netz arbeiten, steht Zuverlässigkeit an erster Stelle, zwei und drei, oder?“ er sagte. Versorgungsunternehmen wollen Produkte und Unternehmen, die über die Daten eines Jahrzehnts verfügen. Investoren stecken viel Geld in neue Energieunternehmen, aber „einige dieser Wetten werden nicht so laufen, wie wir denken“, sagte er. „Es wird mehrere Gründe dafür geben. Einige davon könnten technologischer Natur sein, aber es ist auch eine Umsetzung.“

Li-Ionen-Batterien sind trotz ihrer Mängel eine bekannte Größe. Bei der von Energy Vault entwickelten Methode ist dies nicht der Fall. Dennoch ist das Unternehmen nicht das Einzige, das die sogenannte „Schwerkraftspeicherung“ verfolgt. Gravitricity mit Sitz in Schottland hat kürzlich eine Demonstration abgeschlossen, bei der ein 50-Tonnen-Block in zwei Stockwerke auf einmal in einen Turm gehoben wurde. Es ist nun geplant, einzelne tausend Tonnen schwere Blöcke in stillgelegten Minenschächten anzuheben und abzusenken. Zwei weitere Unternehmen, Gravity Power in Kalifornien und Gravity Storage GmbH in Hamburg, wollen ein riesiges Gewicht am Boden eines Schachts platzieren und dann Wasser darunter pumpen, um es anzuheben. Um Energie zu entziehen, lassen sie das Wasser durch das Gewicht in ein Rohr und durch eine Turbine drücken. RheEnergise mit Sitz in Montreal hat eine weitere Version von Pumpspeicherkraftwerken entwickelt, die sich auf eine vom Unternehmen erfundene Flüssigkeit namens R-19 konzentriert, die zweieinhalb Mal so dicht wie Wasser ist; Sein System transportiert die Flüssigkeit zwischen Tanks oben und unten an einer Steigung. Die Arbeit befindet sich noch im Crowdfunding-Stadium.

So wie man potenzielle Energie speichern kann, indem man einen Block in die Luft hebt, kann man sie auch thermisch speichern, indem man Dinge aufheizt. Unternehmen speichern Wärme in geschmolzenem Salz, Vulkangestein und anderen Materialien. Auch Riesenbatterien, die auf erneuerbaren chemischen Prozessen basieren, sind praktikabel. In sogenannten Flow-Batterien können Tanks zur Verwaltung von Elektrolyten genutzt werden, die eine Ladung halten. Bei der Wasserstoffspeicherung wird Elektrolyse verwendet, um Wasserstoff vom Sauerstoff im Wasser zu trennen; Der Wasserstoff wird dann unter der Erde oder in oberirdischen Tanks als Gas oder Flüssigkeit oder als Teil von Ammoniak zwischengespeichert. Wenn es in einer Brennstoffzelle wieder mit Sauerstoff kombiniert wird, bildet es wieder Wasser und setzt Elektrizität frei.

Srinivasan erzählte mir, dass er sich oft neue Vorschläge ansieht und denkt: „Hey, das könnte ein Teil der Lösung sein.“ Litzelman vom Energieministerium sagte, dass die Bandbreite der verfolgten Ideen „darauf hindeutet, dass niemand eine Kombination gefunden hat, die alle einzelnen Anforderungen erfüllt – sehr niedrige Kosten, Produktion im großen Maßstab, hohe Leistung“. In einem wahrscheinlichen Szenario werden sich viele Technologien vermehren, von denen jede ein anderes Problem löst. Einige werden Dunkelflöte verbessern. Andere helfen dem Netz, Überlastungen zu vermeiden, oder halten Energie bereit, damit sie gekauft und verkauft werden kann. Wieder andere stellen die „Stromqualität“ sicher und glätten Stromschwankungen von Sekunde zu Sekunde. Eine derzeit verwendete Glättungstechnologie ist das Schwungrad: In weiterentwickelten Versionen schweben tonnenschwere und mehr Metallmassen im Vakuum mithilfe von Magneten, während Elektromotoren sie zehntausende Male pro Minute drehen. Generatoren bremsen sie dann ab und gewinnen ihre Energie zurück. („Das Gitter liebt es, Metall zu drehen“, sagte mir ein Ingenieur.)

Litzelman glaubt, dass Energiespeichersysteme letztendlich die Gesamtkosten der Dekarbonisierung senken werden, räumte jedoch ein, dass sie möglicherweise nicht leicht zu verkaufen sind. „Das Raster, in Anführungszeichen, ist kein Kunde“, sagt einer seiner Kollegen gern. Echte Kunden sind unabhängige Stromerzeuger, Versorgungsunternehmen und Unternehmen, die Fabriken oder Rechenzentren betreiben. Eine Herausforderung besteht darin, herauszufinden, wer wofür bezahlt. Es kommt auch darauf an, wie gut eine Lösung ins Netz passt – und das hängt von vielen Faktoren ab. Jaramillo von Form, dem Unternehmen für Eisen-Luft-Batterien, sagte: „Man kann sich nicht ein Datenblatt ansehen und es mit einem anderen Datenblatt vergleichen und sagen: ‚Ah, bessere Hin- und Rückflugeffizienz, das ist besser.‘ „Seine Firma hat Computermodelle verwendet, die sich auf Wetter- und Marktdaten stützen, um herauszufinden, wie ihre Technologien passen könnten. Jaramillo hat zufällig einen Master in Theologie – eine Disziplin, die seiner Meinung nach überraschend nützlich für das Verständnis von Energiespeichersystemen sei. „Alle Speichersysteme haben Kompromisse“, sagte er. „Es unterscheidet sich nicht so sehr von Menschen. Ich bin alles andere als perfekt. Ich bin nur deshalb sehr glücklich verheiratet, weil meine Frau dazu neigt, sich nicht so sehr um meine Fehler zu kümmern wie jemand anderes.“ Wichtig ist, dass alles zusammenpasst.

Auch weil die Speicherung das gesamte Stromnetz stärkt, findet sie breite politische Unterstützung. Energiespeichertechnologien „sind neutral in Bezug auf die Brennstoffquelle“, sagte mir Leah Stokes, Politikwissenschaftlerin an der University of California in Santa Barbara. Sie „können jede Art von Energie speichern – ob sauber oder schmutzig.“ Die Speicherung könnte zu einem parteiischen Thema werden, wenn sie eindeutig dazu beiträgt, dass erneuerbare Energien fossile Brennstoffe gefährden. „Die Politisierung der Klima- und Energiepolitik kommt von Unternehmen, die fossile Brennstoffe betreiben und enorme Summen an die Republikanische Partei spenden“, sagte Stokes. „Das ist keine ideologische Spaltung. Es ist im Grunde eine materielle Frage.“ Derzeit befindet sich die Speicherpolitik in dem, was Stokes den „Nebel der Umsetzung“ nennt, in dem die Technologien so neu sind, dass wir ihre größten Nutznießer noch nicht identifizieren können. Es wird zwangsläufig einige Verlierer geben, auch wenn wir als Gesellschaft – und als Planet – die Nase vorn haben.

Das Raster als Ganzes wird möglicherweise nie perfektioniert. Von Technologien mit unerwünschten Nebenprodukten werden wir vielleicht nie wegkommen; Wir können uns immer teilweise auf fossile Brennstoffe und Kernenergie verlassen, unterstützt durch Li-Ionen-Batterien und Erdgas-„Spitzenkraftwerke“, die in Zeiten hoher Nachfrage eingesetzt werden. Aber es ist ebenso möglich, sich eine Zukunft vorzustellen, in der ein Teil der Technologie funktioniert und der Globus durch eine Kombination aus erneuerbarer Energie und erneuerbarer Speicherung neu gestaltet wird. In einer solchen Welt werden sich Windkraftanlagen und Solarparks über Felder und Küsten verteilen, während Geothermiekraftwerke Strom von unten beziehen. In Höhlen und Tanks strömen derweil Wasserstoff und Druckluft hin und her. In Industriegebieten werden Energielager mit der Massenbewegung pulsieren. In ländlichen Gebieten wird das Wasser in den Untergrund geleitet und strömt dann wieder nach oben. Wenn die Sonne herauskommt und der Wind zunimmt, wird das Stromnetz aktiviert und Strom wird eingespart. Während der Flaute wird das Netz ausatmen und Energie zu Fabriken, Häusern, Büros und Geräten leiten. Anstatt tote Dinge in Form von fossilen Brennstoffen zu verbrennen, werden wir Energie dynamisch in einem lebenden System erzeugen und speichern.

Als ich aus der Schweiz zurückkam, machte ich einen Spaziergang. Die Sonne wärmte mein Gesicht und ich blinzelte im Wind. Vor zwanzig Jahren schien es vielen Menschen unvorstellbar, dass Sonnenlicht und Wind genug Energie liefern könnten, um unseren Bedarf zu decken. Langsam veränderten sich unsere Intuitionen hin zu erneuerbaren Energien. Eine ähnliche Überarbeitung könnte für erneuerbare Speicher erfolgen. Als ich aufblickte, sah ich Wolken am Himmel hängen, kurz vor dem Regen; Sie waren eine Bank potentieller Energie. Unter meinen Füßen stellte ich mir vor, wie der Boden unter dem Gewicht der Stadt ganz leicht nachgab und bereit war, zurückzufedern. Die Natur kann uns helfen, Strom zu erzeugen. Vielleicht kann es uns auch dabei helfen, daran festzuhalten. ♦