Ein Problem erneuerbarer Energiequellen, die fossile Energie ersetzen sollen, ist ihre Variabilität, etwa im Fall von Sonnenschein und Wind. Ein Teil des Konzepts müssen also Energiespeicher sein. Während in Gebirgsregionen Speicherseen in Spitzenzeiten Energie aufnehmen und in Mangelzeiten wieder abgeben können, fehlt diese Option in flachen Regionen. Eine weitere Möglichkeit sind Batterien, aber eine kosteneffiziente langfristige Lösung fehlt noch.

In einer neuen Studie, die nun im Fachjournal "Energies" veröffentlicht wurde, entwickelte ein internationales Team unter der Leitung des Instituts für angewandte Systemanalyse IIASA eine neuartige Methode zur Energiespeicherung durch den Transport von Sand in stillgelegte unterirdische Minen. Die neue Technik mit der Bezeichnung Underground Gravity Energy Storage (UGES) könnte nun eine wirkungsvolle Alternative zu bestehenden Speichertechnologien liefern und zugleich Minen zu einem zweiten Leben verhelfen.

Hilfe bei Dekarbonisierung

Wie ein Pumpspeicherkraftwerk erzeugt eine solche Anlage Strom, wenn der Preis hoch ist, indem Sand in eine unterirdische Mine abgesenkt und die potenzielle Energie des Sandes in Strom umgewandelt wird, und hebt dann den Sand mithilfe von Elektromotoren aus der Mine in ein höher gelegenes Reservoir, um Energie zu speichern, wenn Strom billig ist. Sowohl die Tiefe als auch die Größe der Stollen tragen zur Speicherkapazität bei.

"Um die Wirtschaft zu dekarbonisieren, müssen wir das Energiesystem auf der Grundlage innovativer Lösungen und unter Nutzung vorhandener Ressourcen neu überdenken", sagt Behnam Zakeri, einer der Studienautoren. "Die Umwandlung stillgelegter Bergwerke in Energiespeicher ist ein Beispiel für viele Lösungen, die um uns herum existieren, und wir müssen nur die Art und Weise ändern, wie wir sie einsetzen."

Chance für Bergbauregionen

Die Technologie könnte auch positive regionale Auswirkungen haben. "Wenn ein Bergwerk geschlossen wird, werden Tausende von Arbeitern entlassen. Dies hat verheerende Folgen für Regionen, die für ihre Wirtschaftsleistung ausschließlich auf die Mine angewiesen sind. Die UGES-Technologie würde einige Arbeitsplätze schaffen, da das Bergwerk nach seiner Schließung Energiespeicherdienste anbieten würde", sagt Julian Hunt, der auch Erstautor der Studie war. "Die Minen verfügen bereits über die grundlegende Infrastruktur und sind an das Stromnetz angeschlossen, was die Kosten erheblich senkt und die Implementierung von UGES-Anlagen erleichtert."

Die UGES-Technologie eignet sich besonders für sehr lange Speicherzeiträume, weil es hier, anders als bei Batterien, nicht zu Verschleiß oder Entladung kommt. Das weltweite Potenzial dieser Technologie wird auf sieben bis 70 Terawattstunden geschätzt, wobei sich der größte Teil dieses Potenzials auf China, Indien, Russland und die USA konzentriert.

Speichern durch Heben

Das Konzept, das Hubspeicherkraftwerk genannt wird – ein Name, der hauptsächlich für feste Speichermassen wie Sand verwendet werden, obwohl das Wasser in Speicherseen eigentlich auch "gehoben" wird –, wurde bislang nicht großtechnisch umgesetzt. Eine Pilotanlage, die 2019 in Betrieb gehen sollte, wurde aufgrund der Insolvenz der Betreiberfirma nicht in Betrieb genommen. Im Kanton Castione-Arbedo in der Schweiz realisierte man das Konzept oberirdisch: Mithilfe eines Turms, der wie ein Baukran funktioniert, lassen sich Lasten aufziehen und absenken.

Der Vorteil von Minen als Speicher liegt in dem von Natur aus vorhandenen Höhenunterschied und in der schieren Zahl: Mehrere Millionen aufgelassene Minen soll es weltweit geben. (red, 14.1.2023)