Batteriespeicher: Der große Widerspruch – Teil I

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Das große Versprechen eines "Autarkiegrades" führt viele Hausbesitzer in die Irre und verleitet aufgrund fehlgeleiteter finanzieller Anreize zu klimapolitisch und ökonomisch irrationalem Handeln. Die Branche hat sich darauf eingestellt und profitiert davon. Was am Ende auf der Strecke bleibt, sind der Klimaschutz, die CO2-Einsparung und der volkswirtschaftliche Nutzen. Versuch einer Aufklärung in drei Teilen.

Seit 2009 stagniert der CO2-Ausstoß in Deutschland, nur seit Ende 2018 sinkt dieser etwas, da die Preise im europäischen CO2-Handel angezogen haben und auch 2019 auf etwas höherem Niveau lagen. Es war aber auch wieder ein relativ warmes Jahr. Aus dem einst selbsternannten Vorreiter in Sachen Klimaschutz ist mittlerweile eher das Schlusslicht geworden, zumindest in der EU. Und das, obwohl in Deutschland Batteriespeicher in besonders großer Zahl in Wohngebäuden installiert werden, um den Sonnenstrom zwischenzuspeichern und vor Ort zu nutzen. Deswegen lohnt sich eine genauere Betrachtung der Sachlage und eine Analyse der Zusammenhänge.

Der große Widerspruch – Autarkie mit Anschluss

Es ist ein häufig benutztes Wort. Doch es gibt es eigentlich nicht: “Autarkiegrad”. Das griechische “autark” bedeutet laut gedrucktem Lexikon “sich selbst genügend, auf niemanden angewiesen, wirtschaftlich unabhängig”. Wenn dieses Wort nun auf den Stromanschluss eines Gebäudes bezogen wird, was soll dann übrig bleiben? Entweder bin ich autark oder nicht. Digital, null oder eins. Und alle, die glauben, autark zu sein, haben einen Stromanschluss und sind davon abhängig. Oder sie haben keinen und sind hinsichtlich Stromversorgung wirklich autark.

Der Sinn dieses Wortes erschließt sich nur aus den Emotionen, die mit dem Wunsch zusammen hängen, autark von den (Atom- oder Kohle-) Stromkonzernen zu sein. Es hat damit eine große Wirkung, bleibt aber ein leeres Werbeversprechen. Da dem einen oder anderen Kunden dies vielleicht auch auffällt, wird dann gerne gesagt, dass der Stromanschluss nur zum Einspeisen überschüssigen Stroms und ansonsten “nur im Notfall” genutzt würde. Doch das ist in vielen Fällen Augenwischerei. Wenige Ausnahmen bestätigen die Regel.

Der große Widerspruch – netzdienliche Autarkie

Energieautark zu sein, ist verständlicherweise sehr verlockend, aber nur möglich, wenn man tatsächlich keinen Stromanschluss hat. Sobald man am Netz angeschlossen ist, kann man Fördermittel bekommen oder einen Vertrag mit einem Stromlieferanten abschließen, der einem kostenlos den eigenen Strom zurück liefert. Dabei stehen in allen Förder- oder Geschäftsbedingungen für “netzdienliche” Stromspeicher – was die Autarkie schon per definitionem ausschließt: Dass die Netzbetreiber oder Vertragspartner in irgendeiner Form Zugriff auf die Batteriespeicher bekommen. Der Speicher also fremdgesteuert wird.

Netzdienlich sein bedeutet, dass der Netzbetreiber die Parameter des Batteriespeichers von außen verändern und auch alle Einstellungen nach Rücksprache mit dem Eigentümer ändern darf. Das ist auf keinen Fall autark! Folglich hat der Netzbetreiber auch vollen Zugriff auf die Erzeugungs- und Verbrauchsprofile, sonst könnte er ja nicht sinnvoll parametrieren oder steuern.

Die Netzbetreiber sind nicht verpflichtet, ein Signal für “zu viel” oder “zu wenig” Strom im Netz oder dem Regler den aktuellen Energiepreis anzuzeigen. Damit kann man nicht selbst entscheiden und die Anlage so programmieren, wie es dem Anlagenbetreiber selbst passt. Dies ist auch datenschutzrechtlich nicht akzeptabel. Dieses Vorgehen schließen viele Förderbedingungen jedoch aus.

Der große Widerspruch – Autarkie und die Ökobilanz

Es gibt noch eine unangenehme Wahrheit, die nicht gerne ausgesprochen wird: Ein Batteriespeicher erhöht den CO2-Ausstoß. Deswegen gibt es keine Studie, die eine Ökobilanz eines Haus-Batteriespeichers berechnet. Warum das so ist, lässt sich leicht physikalisch erklären: Anstatt den selbst erzeugten Photovoltaikstrom in der unmittelbaren Nachbarschaft direkt und ohne merkliche Verluste zu nutzen, wird er mit Verlusten in einen Batterie­speicher gepackt. Dieser Speicher selbst hat meist einen enorm hohen Aufwand an Herstellungsenergie und verbraucht erhebliche Ressourcen, was man an den Studien zu Ökobilanzen von Elektroautos sieht. Dort rentiert sich der Batteriespeicher ökologisch erst ab rund 100.000 km Fahrleistung – trotz der wesentlich effizienteren Antriebstechnik (siehe “Studien” unten). Um dahin zu kommen, muss die Lebensdauer der Batterie die ent­sprech­ende Zyklenzahl erreichen. Beim immobilen Speicher stehen den Aufwendungen aber keine Gewinne, sondern Verluste gegenüber, der Gesamtaufwand steigt (siehe Teil II)!

Damit ist klar, dass ein Batteriespeicher im Gebäude immer nur zusätzliche Verluste und CO2-Emissionen generiert, aber nichts einspart. Bessere Alternative mit zwar dem gleichen Grundproblem, aber geringerem Herstellungsaufwand sind aktuell nur Vanadium-Redox-Flow-Batterien [Voltstorage].

  • In Teil 2 geht es um die Energiebilanz und Marktakteure.
  • In Teil 3 folgen die Kosten des Stroms aus Batteriespeichern.

Studien/Quellen

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10 Kommentare

  1. Ich schließe mich Herrn Weimann an,
    der Autor schreibt den Artikel mit einem Bias, den er darin aber nicht benennt, es ist im Kontext also ein Meinungsartikel. So ähnlich wie ein Kommentar. Letztlich findet man für alle Sichtweisen “Studien” oder Belege.
    Zu ihren Aussagen:
    Je nach Herstellungsland & Lieferantenvertrag sind Einflüsse bei der Akkuzellherstellung unterschiedlich.
    https://www.electrive.net/2019/12/02/schwedenstudie-ii-die-co2-emissionen-bei-der-batterieproduktion-sinken/
    Schweden kann bspw. viel günstigere Emissionswerte generieren, als vergleichsweise Polen oder Ungarn. In China sind CO2-Ausstöße davon abhängig, in welcher Region Akkuzellen produziert werden Es gibt niedrige & sehr hohe CO2-Emittierende & daraus resultierend unterschiedlich große CO2-Rucksäcke. Weiterhin wird an trockenen Herstellungsprozessen für Elektroden geforscht die zu “Energieeinsparungen” & verminderte CO2-Emissionen führen. Weiterhin wird durch Prozessverbesserungen in der Produktions die Ausbringungsmenge weiter erhöht, so das weniger Ausschuss & geringe Emissionen ermöglicht. Da die Automobilindustrie der Technologietreiber ist (derzeit werden hier weitaus höhere Energiekapazitäten nachgefragt, als in jedem anderen Sektor), ist der Vergleich hierzu durchaus zulässig. Je effizienter ein Unternehmen Akkuzellen baut, desto niedriger sind die CO2-Emission.

    Von der Lebensdauer unterscheidet man zyklische und kalendarische Alterung. Prozessual sind dafür sehr unterschiedliche Effekte verantwortlich. Mit gut angepasstem Battery Management System (BMS) &konstruktiven Maßnahmen, kann die kalendarische Alterung stark reduziert werden, der Parameter verliert an Bedeutung. Was die Zyklenfestigkeit angeht, so sind die Materialwissenschaften, das elektrochemisch-konstruktive Verständnis “kriegsentscheidend”.
    Bei entsprechender Auslegung des Batteriesystems, auf spezifizierte Einsatzzwecke kann unter Beachtung der jeweiligen Zellchemie & der Parameter Zelltemperatur, Spannungslage, Lade-/Entladestrom + resultierend die regelmäßige Entladetiefe (depth of discharge, DoD) eine sehr hohe Zyklenfestigkeit erlangt werden (vergleiche https://youtu.be/pOQQTwYkg08).

    Aus Effizienzgründen sind Ptx-Ansätze ungeeignet, außer ein stofflicher Einsatz ist gesucht. Hersteller wie Thyssen Krupp entwickeln schon Direktreduktionsansätze mit elektrischem Strom, weil der Wasserstoff-Pfad absehbar weder wirtschaflich noch ressourceneffizient umsetzbar ist. Es gilt somit auf Plausibilität zu prüfen – beim Lesen des Artikels.

    Antworten
    • Sehr geehrter Herr Krebs,
      besten Dank für Ihre Antwort. Zur Effizienz von Autobatterien mache ich eine grobe qualitative Aussage an einer Stelle. Das ist nicht das Thema meines Artikels. Ihre Antwort erscheint gut recherchiert zu sein bzw. Sie arbeiten vermutlich in dem Bereich. Aber ich sehe den Zusammenhang zu meinem Artikel nicht. Da muss es sich um ein Missverständnis handeln.
      Meine Aussage zielt darauf, dass Batteriespeicher in Gebäuden keinen Strom einsparen. Es gibt nur eine Verschiebung, woher der Strom kommt. Vom eigenen Dach oder vom Versorger. Wirtschaftlich ist das natürlich ein Unterschied, aber ökologisch erzeugt ein Speicher – egal wie gut – immer Zusatzaufwand. Herstellung und Betrieb.
      Aber vielleicht senden Sie mir Ihre e-Mail-Adresse an info@energiebuendel.com, dass wir das klären können.
      Mit freundlichen Grüßen
      F.Stelzer

      Antworten
      • Sehr geehrter Herr Stelzer,

        im Abschnitt “Der große Widerspruch – Autarkie und die Ökobilanz” stellen Sie die These auf, dass es keine Studien zur Ökobilanz von Batteriespeichern im Haus gebe, weil diese dann unterstreichen würden, dass die CO2-Bilanz erhöht würde. Sie nehmen dabei auf Studien Bezug, die im Automobilbereich eingesetzte Akku’s untersuchen, bewerten und machen quantitative Aussagen zu den notwendigen Einsatzzeiten.
        Maßgeblich auf diesen Abschnitt und diese Aussage habe ich mit meinem Kommentar Bezug genommen und unterstelle ihnen eine Grundperspektive, die eine ähnlich tendierende Studie nutzt, um die zu untermauern Sichtweise zu unterstreichen, dabei verwenden Sie allerdings nicht die aktuelleste Erkenntnislage, sondern Erkenntnisse aus den Jahren vor 2018. In meinem Kommentar nehme ich daraufhin bezug auf die zusammenhängenden Einflussfaktoren, die zu einer Senkung der Emissionen im Herstellungsprozess beitragen und wie da der Stand der Technik ist. Darüber hinaus nehme ich bezug auf Ihren Kommentar vom 17.04.2021 22:10 Uhr um aufzuzeigen, dass eines der im Kontext erwähnten Verfahren nur wenige real zielführende Einsatzfelder hat.

        Ich möchte unterstreichen, dass ich ebenfalls den Parameter der “Autarkie” als Scheingröße betrachte, der als Argumentationsverstärker für den Produktverkauf genutzt werden kann und ich unterstütze Ihre Sichtweise, dass ein Energiesystem ganzheitlich geplant und eingesetzt werden will, damit es wirklich zielführend genutzt werden kann – und dazu spielt Ressourceneffizienz eine übergeordnet große Rolle.
        Daher ist der Einsatz von Batteriespeichern aber keine schlechte sondern zielführende Idee, wenn er dazu betragen kann, dass die positiven und negativen Lasten im Verteilnetz möglichst gleichmäßige Einspeisungen und Bezüge haben können, denn auf diese Weise kann unsinniger Netzausbau entfallen und der Einsatz von zumeist emissionsintensiven Spitzenlastkraftwerken oder Regelleistungsbeauftragungen kann reduziert werden. Diese Perspektive fehlt in Ihre Einordnung noch.

      • Sehr geehrter Herr Krebs,
        vielen Dank für Ihre ergänzenden Hinweise.
        Unterstützen möchten wir vor allem Ihre folgenden Ausführungen “… dass ein Energiesystem ganzheitlich geplant und eingesetzt werden will, damit es wirklich zielführend genutzt werden kann…” und “Daher ist der Einsatz von Batteriespeichern aber keine schlechte sondern zielführende Idee, wenn er dazu betragen kann, dass die positiven und negativen Lasten im Verteilnetz möglichst gleichmäßige Einspeisungen und Bezüge haben können, denn auf diese Weise kann unsinniger Netzausbau entfallen und der Einsatz von zumeist emissionsintensiven Spitzenlastkraftwerken oder Regelleistungsbeauftragungen kann reduziert werden”. Darum geht es uns auch und deshalb sind wir davon überzeugt, dass wir letztendlich die gleichen Ziele verfolgen, nämlich nicht “blind” Technik einsetzen, wie es im Fall von Batteriespeichern leider zum Teil geschieht, sondern stets genau ermitteln, ob diese unter Berücksichtigung aller Randbedingungen – und hierzu gehört neben den von Ihnen genannten Kriterien auch die graue Energie zur Herstellung der Technikkomponenten – Sinn macht. Den Autor Herrn Friedemann Stelzer kenn und schätzen wir als Fachmann und deshalb sind wir uns auch sicher, dass es ihm (wie auch uns) nicht per se um Kritik an Batteriespeichern geht, sondern um deren sinnvolle/n Auslegung und Einsatz. Möglicherweise haben Sie nicht erkannt, dass sein Beitrag aus drei Teilen besteht. Die Teile 2 und 3 können Sie am Beitragsende anklicken.
        Winfried Schneider, IBN

  2. Guten Tag geehrte Kommentatoren,
    besten Dank für Ihre Kommentare!

    Klar, die Energiewende braucht Speicher, dafür habe ich ja in Teil II die von mir empfohlene Alternative aufgezeigt. Auch der Druckluftspeicher (Danke für die Ergänzung!) oder PtX sind Varianten.
    Meine Kritik zielt darauf, dass hier die Randbedingungen so gesetzt werden, dass nicht die eigentlich verantwortlichen Akteure das Geld in die Hand nehmen, sondern gutmeinende Energiewende-Enthusiasten. Das ist im Prinzip sehr löblich, aber schlussendlich nicht effizient – und vor allem volkswirtschaftlich teuer.

    Ich beziehe mich explizit mit meiner Kritik nicht auf echte Autarkie, sprich USV (unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlagen) oder netzunabhängige Gebäude oder ähnliches. Wenn Sie ein normales Gebäude haben, brauchen Sie pro Tag eher mehr als 5 kWh, eine echte Unabhängigkeit ist was anderes, ist mit PV nicht realisierbar – vor allem nicht im Winterhalbjahr.
    Doch mit dem Wort Autarkiegrad statt Eigenversorgungsanteil wird eben die echte Unabhängigkeit suggeriert. Das ist die Kritik.

    Was noch den Vergleich mit den PKW angeht: Es gibt meines Wissens keine Studie zur Ökobilanz von Haus-Batteriespeichern. Darum geht es. Weil die nie ökologisch (Nicht wirtschaftlich! Siehe die Randbedingungen oben.) von Vorteil sein können. Deswegen beziehe ich mich notgedrungen auf Ökobilanzen mit e-Mobilitäts-Vergleichen, bei denen diese km-Zahlen heraus kommen. Ob das nun 50000 oder 100000 oder mehr Kilometer bei Sportlastwagen (SUV) mit 700km Reichweite sind, ist schlussendlich nicht entscheidend. Auch nicht ob die Studie ganz frisch ist. Das Prinzip bleibt gleich. Auch der Strommix ändert nichts an diesem Prinzip.

    Und auch klar, wir müssen diese Mehraufwendungen für die zur Energiewende notwendige Speicherung immer in Kauf nehmen, aber eben nicht auf Gebäude- sondern sinnvollerer Ebene. Da gibt es auch einen interessanten Ansatz vom Passivhaus-Institut, die nicht mehr mit fossilen Primärenergiefaktoren, sondern mit erneuerbaren PE-Faktoren rechnen, um genau den Speicheraufwand darin abzubilden.

    Was mich jetzt interessieren würde: Welcher PKW-Hersteller gibt eine Garantie für 1 Mio. Kilometer Fahrleistung – und dann noch für die Batterie? Und in welcher Zeit?

    Schöne Grüße
    F.Stelzer

    Antworten
  3. Leider argumentiert der Autor mit veralteten Studien und falschen Zahlen. Die auffälligste Zahl sind sicherlich die 100.000 km, die laut Artikel ein batteriebetriebenes E-Auto fahren muss, um ökologischer zu sein als ein Verbrenner. Als Quelle für die Umweltbilanz von E-Autos ist bspw. die Internetseite emobil-umwelt.de angegeben, wo grafisch gut aufbereitet, der “Break-Even-Point” dargestellt ist. Nur liegt dieser nicht bei 100.000 sondern zwischen 60 und 70 Tausend. Allerdings erfahren wir auf der Seite auch, dass diese Tabelle zuletzt am 28.08.2017 aktualisiert wurde !!! Noch drastischer ist die Datierung der angeführten Studien: Die vom Umweltbundesamt wurde 2014 durchgeführt! In den letzten 2-3 Jahren hat sich so viel in der Entwicklung von Batteriespeichern getan – ebenfalls hat sich der Strommix signifikant verbessert -, so dass mit solchen veralteten Zahlen keine Aussagen mehr getroffen werden sollten. Das wäre so, als würde man die Leistung moderner Computertechnik mit mehr als 5 Jahre alten Zahlen beschreiben. Schade, dass das IBN solch einen Artikel einfach ungeprüft veröffentlicht. Positiv ist zu bewerten, dass der Autor auf neue Batterietechniken hinweist, wie die Salzwasserbatterie. Es wäre nur schön, wenn man darüber in einem neutralen Kontext lesen würde, ohne dass die Technologie insgesamt in fragwürdiger Weise erst einmal “durch den Kakao gezogen” wird.

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  4. DAs ist schlecht gerechnet und argumentiert.
    Autarkie heißt für mich, die zentralen Stromfunktionen des Haushalts bei black out 48 aufrecht erhalten können, weiterer benefit wäre ein Betanken auch mal Abends. Netzdienlichkeit wunderbar, sonst schaffen wir 100% Erneuerbare nie. Dazu brauchen wir Netze und Speicher – für Tagesschwankungen in Form von Batterien, für Wochenschwankungen Gebirgsspeicher, wohl auch Wasserstoff trotz der so negativen Energiebilanz.
    Und pay back – time: 100.000 km ist schon worst case, real sind eher 30.000 km. Kauft man sich ein E-Auto mit Garantie für 1 Mio. km, dann hält der Akku als Netzstabilisator weitere 2 Mio. “km”, dann kommt Recycling – also eine wunderbare Bilanz. Wurde auch eingerechnet, dass ein Diesel – Motor mit 300 kg einen viel höheren Fußabdruck hat? Wir schauen bei den alten TEchniken gerne weg und sind mit neuen überkritisch… Besser als Haushaltsspeicher sind E-PKW – 30 Mio. mit je 75 kWh (ist 2025 Schnitt) vervierzigfachen DEutschlands Kapazität. Dazu muss aber auch am Arbeitsplatz geladen werden können. Wo soll denn der Solarbuckel sonst hin?

    Antworten
  5. Aufpassen: Stromspeicher sind eine wichtige Voraussetzung fürs nachhaltige Gelingen der Energiewende (Wind und PV statt Kohle und Atom)! Dabei ist es grundsätzlich nicht so wichtig, ob diese Stromspeicher zentral bei den Stromkonzernen stehen oder dezentral in den Häusern mit Netzbetreiber-Zugriff.
    Die in diesem Artikel behauptete”CO2-Bilanz” ist daher unvollständig und greift zu kurz!
    Für den Hausbesitzer mit PV und lokalem Speicher mit Notstromfunktion ergibt sich ein persönlicher Vorteil, für die globale Energiewende ist der Vorteil ein gesellschaftlicher.
    Technische Verbesserungen bei den Speicherarten sind natürlich immer willkommen!

    Antworten
  6. Endlich ist sie da, eine fundierte Aufklärung durch den Energie-Fachmann. Vielen Dank. Bin gespannt auf die nächsten beiden Teile.

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  7. Ich setze auf einen Druckluftspeicher von 2-4energie. Wirkungsgrad ca. 93% (Wärmeenergie, ElektrischeEnergie und Kälteenergie)

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Quellenangaben und/oder Fußnoten:

Autor

Friedemann

Stelzer

Dipl.-Ing., Sachverständiger für energieeffiziente Gebäude und Qualitätssicherung in Reutlingen

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