Sektorenkopplung: ein notwendiger und vielversprechender Weg zur Energiewelt der Zukunft

Unser Energiesystem befindet sich im Umbruch, der nicht nur im Ersatz von althergebrachten Energieträgern und Technologien durch neue bestehen wird. Der radikale Wandel wird auch die Grenzen zwischen den bisher säuberlich getrennten Parzellen der Energiewirtschaft und der Industrie verschwinden lassen.

Sonne und Wind punkten als CO2-arme, erneuerbare Energiequellen. Doch ihre schwer vorhersagbare Verfügbarkeit bedeutet, dass Zeiten geringer oder gar komplett fehlender Produktion überbrückt werden müssen. Die Energie muss also zu den Zeiten, in denen sie zur Verfügung steht, gespeichert werden. So kann man sie später bei Bedarf wieder aus dem Speicher zurückholen. 

Geeignete Speicherungslösungen müssen auf unterschiedliche Zeitskalen und Energiemengen zugeschnitten sein. Als besonders herausfordernd präsentiert sich die saisonale Speicherung, mit der Überschüsse im Sommer abgefangen werden, um sie bei Unterangebot im Winter zu nutzen. Der Bedarf nach saisonalen Speicherlösungen stellt uns vor eine der Schlüsselaufgaben beim Umbau des Schweizer Energiesystems – speziell dann, wenn das Stromdefizit in der Wintersaison durch den Ausstieg aus der Kernenergie zunimmt. Diese Entwicklung dürfte zudem vom Trend zur Elektrifizierung von anderen Energiesektoren verstärkt werden. Gute Beispiele dafür bilden die wachsende Beliebtheit sowie die politische Förderung von Wärmepumpenheizungen und Elektroautos. 

Diese Sektoren haben traditionell weitestgehend unabhängig voneinander existiert. Das wird anhand der verschiedenen Energieträger anschaulich gemacht: Der Verkehrssektor basiert auf Treibstoffen wie Benzin und Diesel, der Wärmesektor auf Brennstoffen wie Heizöl und Gas, während sich der Stromsektor vor allem auf Uran und Wasserkraft stützt. Ein weiteres Merkmal der bisherigen Sektorentrennung ist die Existenz von voneinander unabhängigen Verteilungsnetzen. Praktisch ohne Schnittstellen und gegenseitiger Vernetzung erstrecken sich über das Land das Gas-, das Strom- und das Tankstellennetz. 

Wenn wir zukünftig auf die Kernenergie und auf fossile Energieträger verzichten und dabei weiterhin Kosteneffizienz, Zuverlässigkeit und Versorgungssicherheit sicherstellen wollen, bietet sich die Kopplung der bisher getrennten Sektoren des Energiesystems gleichzeitig als praktisch unausweichliche Notwendigkeit und als ein attraktiver Weg zu neuen Geschäftsmodellen.

Dynamische Entwicklung ist kaum auszubremsen

Zukunftsweisende Implementierungen der Sektorenkopplung beginnen sich bereits vom Forschungs- in das Anwendungsstadium zu entwickeln, so etwa die sogenannten Power-to-X-Ansätze. Strom lässt sich bekanntlich nur schwer speichern, und die herkömmlichen Stromspeichermöglichkeiten wie Pumpspeicherkraftwerke oder Speicherbatterien bedingen hohe, schwer amortisierbare Investitionen oder beträchtliche Eingriffe in die Landschaft. Dringend gesucht sind deshalb kosteneffizientere, flexiblere und umweltfreundlichere Lösungen für die saisonale Speicherung von elektrischer Energie. Nur so wird die im Sommer teilweise im Überfluss vorhandene Energie in die Wintersaison hinüber zu transferieren sein, sodass an den kurzen und grauen Tagen der kalten Jahreszeit die Versorgung garantiert bleibt.

Der Clou könnte in die Umwandlung der schwer fassbaren Elektrizität in chemische Energieformen liegen. Wird mit Überschussstrom zum Beispiel ein Gas wie Wasserstoff oder Methan hergestellt, haben wir es mit Energieträgern zu tun, die nicht nur längerfristig speicherbar, sondern auch vielfältiger einsatzfähig sind. Vorausgesetzt, die Herstellung des Gases geschieht durch Elektrolyse von Wasser und mit sauberem Strom aus erneuerbaren Quellen, könnte die Power-to-X-Lösung den Weg in die Dekarbonisierung von Sektoren wie der Mobilität weisen. Der Wasserstoffantrieb könnte dann eine sinnvolle Ergänzung zur Elektromobilität bilden. Elektrolytisch hergestellter Wasserstoff bzw. dessen Umwandlung zu Methan könnte zudem auch einen Beitrag zu einem nachhaltigeren Wärmemarkt leisten. Die Synergien zwischen Strom- und Gasmarkt könnten hier ausgenutzt werden. Indem das Gasnetz eine Speicheroption für erneuerbaren Überschussstrom bietet, kann die saubere Elektrizität vor der Verschwendung oder «Abregelung» bewahrt werden. Die Gasbranche würde ihrerseits davon profitieren, dass synthetisches Methan oder Wasserstoff in die Gasnetze eingespeist wird, womit der erneuerbare Gasanteil zunehmen würde. Eine Reihe von gross angelegten und staatlich mitfinanzierten Forschungsprojekten zur Entwicklung neuer Elektrolyse- und Methanisierungsverfahren zeugen vom wachsenden Interesse an sektorenübergreifenden Lösungen.

Die Dynamik der Forschung und Entwicklung von Technologien - nicht zuletzt der Digitalisierung -, die die Konvergenz der Energiesektoren vorantreiben, sollte uns Energieunternehmen als Inspiration und Vorbild dienen für eine neu Art, unsere Geschäftsmodelle zu denken und sich so zu strukturieren, dass wir im zukünftigen integrierten Energiesystem nach wie vor unserem Auftrag nachkommen und profitabel wirtschaften können. Aber man muss auch nicht auf die «Zukunftsmusik» grosser technologischer Quantensprünge warten. Schon heute können relativ gut ausgereifte Technologien wie BHKW und intelligente Laststeuerung zur schrittweisen Annäherung von bisher entkoppelten Energiedienstleistungen beitragen. Nachhaltiges Wirtschaften ist in der Energiewirtschaft schon jetzt möglich und nötig.