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Google unterstützt einen mutigen Ansatz für Langzeitspeicherung: riesige Kuppeln, gefüllt mit komprimiertem CO2, die wie wiederaufladbare Batterien funktionieren. Die Idee, entwickelt vom italienischen Unternehmen Energy Dome, könnte helfen, große Mengen erneuerbarer Energie zu speichern und bei Bedarf in Netze oder Rechenzentren zurückzuspeisen, wenn Solar- und Windleistung niedrig sind. Diese Form der Energiespeicherung adressiert direkt Herausforderungen der Netzintegration von Wind- und Solarstrom und bietet eine potenziell skalierbare, mineralienarme Alternative zu etablierten Speichertechnologien.
Wie eine CO2-„Batterie" tatsächlich funktioniert
Das System von Energy Dome nutzt thermische Energiespeicherung und den Phasenwechsel von Kohlendioxid, um Energie zu halten. Während eines typischen Ladevorgangs über etwa zehn Stunden wird CO2 abgekühlt und verflüssigt, wodurch Energie in druckbeaufschlagten Kuppeln gebunden wird. Sobald Strom benötigt wird, darf das flüssige CO2 wieder verdampfen, erwärmt sich und treibt große Turbinen an, die elektrische Energie erzeugen. Dieser thermodynamische Kreislauf basiert auf bekannten physikalischen Prinzipien (Verdampfung, Kompression/Expansion, Wärmetransfer) und kombiniert Komponenten aus Kältetechnik, Gasturbinen- oder Rankine-artigen Prozessen und großtechnischer Druckbehältertechnik.
Jede Kuppel kann Energie in der Größenordnung von rund 200 Megawattstunden speichern — nach Unternehmensangaben genug, um etwa sechstausend Haushalte für einen Tag zu versorgen. Diese Dimensionierung platziert CO2-Speicher in eine andere Kategorie als Kurzzeitspeicherlösungen wie Lithium-Ionen-Batterien und macht sie zu einem ernstzunehmenden Kandidaten, um mehrstündige bis mehrtägige Lücken zwischen erneuerbarer Erzeugung und Bedarf zu überbrücken. Wichtig sind hier Kennzahlen wie nutzbare Speicherkapazität, Leistungsabgabe (kW/MW), Lade-/Entladezyklen, Systemwirkungsgrad (round-trip efficiency), sowie die prognostizierten Investitions- und Betriebskosten (CAPEX/OPEX).
Technisch betrachtet beruht die CO2-Lösung auf folgenden Kernkomponenten: einem Verdichter/Abkühlsystem zum Verflüssigen des CO2, einem großen druckfesten Speicher (der Dome), Wärmequellen/-senken zur Kontrolle der Temperaturprofile sowie einer Maschine (z. B. Turbine oder expandierender Motor), die die Expansionsarbeit in Strom umwandelt. Die Materialwahl, Isolierung und die Integration mit vorhandener Infrastruktur bestimmen maßgeblich die Effizienz und die Lebensdauer des Systems. Außerdem spielt das Management des Druck- und Temperaturverlaufs im Kuppelinnern eine Rolle, um Materialermüdung und Leckage zu minimieren.
Aus Sicht der Energiemärkte eröffnet die Technologie mehrere Betriebsmodi: reine Energiespeicherung zur Glättung von erneuerbarer Erzeugung, Bereitstellung von Spitzenlastleistung (peak shaving), Black-Start-Fähigkeiten für Netze oder zusätzliche Energieversorgung für kritische Infrastrukturen wie Rechenzentren. Betreiber müssen dabei Regelungen zur Frequenz- und Spannungsstabilisierung, Reaktionszeiten (Ramp Rates) und Integration in Energiemanagementsysteme berücksichtigen.
Warum Google schnell vorgeht
Anfang dieses Jahres ging Google eine Partnerschaft mit Energy Dome ein; Unternehmensvertreter kündigen nun an, die Technologie zügig an wichtigen Rechenzentrumsstandorten in Europa, den USA und im Asien-Pazifik-Raum einzusetzen. Für Google ist die Attraktivität einfach: ein modularer Energiespeicher, der auf weitverbreiteten Materialien basiert und nicht auf seltene Mineralien oder komplexe Lieferketten angewiesen ist. In Zeiten, in denen Versorgungssicherheit und Nachhaltigkeitsziele für Cloud-Anbieter zentrale Kriterien sind, kann eine technologieoffene Speicherstrategie Versorgungsrisiken reduzieren und CO2-Emissionen senken.
Rechenzentren laufen rund um die Uhr und benötigen zuverlässige, CO2-arme Energie. Stellen Sie sich eine Cloud-Anlage vor, die mittags Solarenergie einsammelt und diese dann abends in Spitzenzeiten wieder abgibt — genau diese betriebliche Lücke sollen CO2-Kuppeln schließen. Darüber hinaus liefern lokale Energiespeicher Resilienz gegenüber Netzausfällen und können helfen, Netzentgelte oder Lastspitzen zu reduzieren, indem sie Lastverschiebung und Zeitverschiebung von Energie ermöglichen.
Für Hyperscaler wie Google ist es auch wichtig, die Umweltauswirkungen ihrer Infrastruktur zu minimieren. Ein Speicher, der ohne kritische Rohstoffe auskommt, reduziert externe Risiken im Beschaffungsprozess und verringert das geopolitische Risiko, das mit seltenen Erden oder speziellen Batteriechemien verbunden ist. Gleichzeitig erlaubt die modulare Bauweise potenziell eine schnelle Skalierung entlang regionaler Bedarfe und Anpassung an lokale regulatorische Rahmenbedingungen.
Aus ökonomischer Sicht betrachtet Google auch Total-Cost-of-Ownership-Aspekte: Neben Anschaffungskosten sind Lebensdauer, Wartungsaufwand, Degradation (im Fall von Batterien) sowie Recycling- oder Entsorgungskosten relevant. Die CO2-Technologie verspricht in einigen Szenarien geringere Ressourcenkosten und weniger Performanceverlust über die Zeit, muss aber noch durch Pilotprojekte und Demonstrationsanlagen auf Wirtschaftlichkeit und Betriebssicherheit geprüft werden.
Für Betreiber von Rechenzentren bedeutet das: mehr Autonomie, größere Planungssicherheit für Energiekosten und eine bessere Balance zwischen erneuerbarer Einspeisung und konstanter Dienstgüte (service level). Strategisch gesehen erlaubt die Technologie Cloud-Anbietern, ihre Klimaziele aggressiver zu verfolgen und gleichzeitig die hohe Verfügbarkeit zu bewahren, die Kunden erwarten.
Wo die Technologie als Nächstes getestet wird
Energy Dome errichtet bereits ein Pilotprojekt auf der italienischen Insel Sardinien. Wird dieses Projekt erfolgreich, plant das Unternehmen eine schnelle Skalierung — zunächst in Karnataka (Indien) und anschließend an einem Standort in Wisconsin, USA. Diese Etappen spiegeln Googles Interesse wider, die Technologie in mehreren Regionen zu testen, um regionale Resilienz und Dekarbonisierungsziele zu unterstützen. Unterschiedliche Netzstrukturen, Klimabedingungen und Regulierungsrahmen in Europa, Indien und den USA bieten wertvolle Datenpunkte zu Leistungsfähigkeit, Anpassungsbedarf und Wirtschaftlichkeit.
Die Wahl der Standorte ist nicht zufällig: Sardinien bietet witterungsbedingte Muster mit deutlichen Schwankungen in Solar- und Windangebot, Karnataka ist ein schnell wachsender Energiebedarfsmarkt mit starkem Ausbau erneuerbarer Erzeugung, und Wisconsin steht stellvertretend für Regionen mit gemischtem Energiemix und industriellen Lasten. Durch solche geografisch diversifizierten Pilotierungen lassen sich Aussagen über Zuverlässigkeit, Netzdienstleistungen (ancillary services) und Systemintegration über verschiedene Betriebsbedingungen treffen.
Zu den wichtigen Prüfgrößen in den Tests gehören: die tatsächliche Round-Trip-Effizienz, die Reaktionszeit auf Netzanforderungen, die Langzeitstabilität des Materials unter zyklischer Belastung, das Verhalten bei extremen Temperaturen und die Interaktion mit bestehenden Speichersystemen und Netzschutzmechanismen. Ferner werden Sicherheitsaspekte wie Druck- und Leckageschutz, Notfallprotokolle und Umweltrisiken evaluiert.
Vorteile und Kompromisse
- Hohe Kapazität: Grob 200 MWh pro Kuppel zielt auf Langzeitbedarf ab, den Lithium-Ionen-Batterien wirtschaftlich oft nicht abdecken. Diese Kapazität ermöglicht Mehrtages-Reserve und die Abdeckung großer Lastverschiebungen ohne die hohen marginalen Kosten von Batteriespeichern bei Multi-Stunden-Einsätzen.
- Materialeinfachheit: Das System vermeidet die Abhängigkeit von Seltenen Erden oder speziellen Batteriematerialien. CO2 ist weltweit verfügbar, und die Kerntechnik basiert auf etablierten Prinzipien der Kältetechnik und Druckbehälterkonstruktion, was die Lieferkette potenziell stabiler macht.
- Netzflexibilität: Gut geeignet, um die Variabilität von Solar- und Windenergie zu glätten und Abendspitzen zu bedienen. Zusätzlich kann das System in Netzdiensten eingesetzt werden, etwa zur Frequenzstabilisierung, zur Bereitstellung von Minutenreserve oder als Black-Start-fähige Ressource.
- Frühphasiges Risiko: Die kommerzielle Tragfähigkeit hängt noch von Pilotresultaten, Integrationskosten und langfristiger Zuverlässigkeit ab. Unbekannte Betriebsprobleme, unerwartete Wartungskosten oder regulatorische Hürden könnten die Wirtschaftlichkeit beeinflussen.
Energy Dome’s CO2-Batterie ist zwar kein Allheilmittel, aber ein vielversprechendes neues Instrument im Werkzeugkasten für Versorger und Hyperscaler, die saubere, zuverlässige Infrastruktur im großen Maßstab betreiben wollen. Wenn Pilotprojekte und frühe Einsätze kosteneffizient ausfallen, könnte dieser thermische CO2-Ansatz die Art und Weise verändern, wie Betreiber erneuerbare Energie über Stunden oder Tage speichern — nicht nur über Minuten.
Wirtschaftliche Betrachtungen müssen neben den direkten Kosten auch Netznutzen, vermiedene Emissionen, mögliche Einnahmen aus Flexibilitätsmärkten und die strategische Bedeutung der Unabhängigkeit von knappen Rohstoffen miteinbeziehen. Ökologisch ist das System insofern interessant, als es CO2 verwendet, das entweder industriell erzeugt oder aus bereits vorhandenen Quellen gewonnen wird; es handelt sich nicht um dauerhafte CO2-Sequestrierung, sondern um ein Arbeitsmedium, das zyklisch eingesetzt wird. Die Lebenszyklusanalyse (LCA) und eine Bewertung der ökologischen Bilanz sind daher erforderlich, um die Nettowirkung auf Treibhausgasemissionen zu bestimmen.
Schließlich sind regulatorische und marktliche Faktoren zu beachten: In vielen Regionen müssen neue Speichertechnologien Zertifizierungen und Marktregeln durchlaufen, um an Energiemärkten teilnehmen zu können. Fragen zu Eigentumsrechten, Anschlussbedingungen, Netzentgelten und Zubauförderungen können die Wirtschaftlichkeit erheblich beeinflussen. Pilotprojekte liefern hier wichtige Erkenntnisse, die helfen, Standardvertragswerke und Betriebspraktiken zu entwickeln.
Insgesamt kombiniert die CO2-Kuppel-Technologie technische Innovation mit pragmatischen Vorteilen in Bezug auf Materialverfügbarkeit und Skalierbarkeit. Ihre tatsächliche Rolle im Energiemix der Zukunft wird maßgeblich davon abhängen, wie erfolgreich die anstehenden Demonstrationsprojekte verlaufen und wie gut die Technologie in bestehende Energiesysteme integriert werden kann.
Quelle: smarti
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