Versuchsplattform ESI – neue Wege zum Energiesystem der Zukunft

Bis ins Jahr 2050 soll das Schweizer Energiesystem schrittweise umgebaut werden. Das als „Energiestrategie 2050“ erarbeitete Massnahmenpaket des Bundes sieht eine Abkehr von der Kernenergie vor. Der Energieverbrauch soll gesenkt werden. Neue erneuerbare Energien wie Solarenergie, Windkraft und Energie aus Biomasse sollen ausgebaut, bestehende Ressourcen besser genutzt werden. Mit der ESI-Plattform (ESI steht für englisch „Energy System Integration“) stellt das PSI der Forschung und Industrie eine Versuchsplattform zur Verfügung, auf der vielversprechende Lösungsansätze in ihren komplexen Zusammenhängen getestet werden können.

Insbesondere die effiziente Nutzung von Solar- oder Windkraft stellt ein Energiesystem vor grosse Herausforderungen. Das Stromnetz verträgt keine grossen Schwankungen und muss daher in ständiger Balance zwischen Angebot und Nachfrage gehalten werden. Bei Nacht bleibt jedoch die Fotovoltaik-Anlage am Dach wirkungslos, bei Windstille hört das Windrad auf, sich zu drehen. Wenn hingegen die Sonne in voller Kraft vom Himmel strahlt und der Wind zu kräftig bläst, verpufft an manchen Tagen die gewonnene Energie ungenutzt, weil das Stromnetz den überschüssigen Strom gerade nicht aufnehmen kann.

Ein Ausbau der Solar- und Windkraft alleine würde somit zum Teil ins Leere laufen – es würde noch häufiger nicht nutzbarer Strom produziert werden. Neben der Anpassung der Nachfrage ist die naheliegende Lösung, den Strom zu speichern, sodass zum Beispiel die bei Tag gewonnene, überschüssige Sonnenenergie in der Nacht verwendet werden kann. Der einzige Haken: Strom lässt sich nur schwer direkt und schon gar nicht langfristig als Strom speichern. Einen Weg aus diesem Dilemma weist die sogenannte Power-to-Gas-Technologie. Mit ihrer Hilfe lässt sich Strom in energiereiche Gase wie Wasserstoff oder Methan umwandeln. Diese lassen sich gut speichern und bei Bedarf wieder in Strom zurückwandeln. Die Gase lassen sich auch als Rohstoff in der Industrie nutzen oder als erneuerbarer Treibstoff in Wasserstoff- beziehungsweise Erdgasfahrzeugen einsetzen, wie sie gerade am "Future Mobility Demonstrator" der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) in Dübendorf getestet werden. Die Infrastruktur der ESI-Plattform erlaubt eine detaillierte Untersuchung dieser Speicher- und Umwandlungsprozesse.

Im Gegensatz zu Solar- oder Windkraft lässt sich aus Biomasse bedarfsgerecht erneuerbare Energie erzeugen. Biomassen sind Energiespeicher per se. In der Schweiz bergen insbesondere Holz und Gülle noch ungenutztes Potenzial für eine effiziente und nachhaltige Energieversorgung. Rund zehn Prozent des Schweizer Energiebedarfs könnte mit Biomasse abgedeckt werden. Biomasse kann zudem helfen, die Schwankungen, die durch Solar- und Windstrom entstehen, auszugleichen. Auch hier bietet die ESI-Plattform die geeignete Infrastruktur, um die Energieerzeugung aus Biomasse in ihren unterschiedlichen Zusammensetzungen zu testen.

Die ESI-Plattform ist auf eine Leistung von etwa 100 Kilowatt ausgelegt. Sie steht Partnern aus Forschung und Industrie als Versuchsplattform offen. Als erster Schritt vom Labor zur industriellen Anwendung bietet sie die Möglichkeit, unterschiedliche Prozesse und Verfahren auf ihre technische Machbarkeit hin zu untersuchen. So können neue Ideen im kleinen Massstab getestet werden, und ihr Potenzial für eine industrielle Nutzung kann realistisch beurteilt werden. Das PSI nutzt die ESI-Plattform, um seine vielfältige Expertise in der Energieforschung zusammenzuführen und zu testen. Das unmittelbar Machbare ist ebenso im Blick wie die Einbettung der Ergebnisse in die Entwicklung von Szenarien für mögliche künftige Energiesysteme. Dabei ist eines gewiss: Die Herausforderungen der Schweizer Energiezukunft lassen sich nur gemeinsam bewältigen. So leitet das PSI zwei der im Rahmen des Aktionsplans „Koordinierte Energieforschung Schweiz“ vom Bund initiierten Kompetenzzentren für Energieforschung: das Kompetenzzentrum zu Strom- und Wärmespeicherung (SCCER Heat and Electricity Storage) und das Kompetenzzentrum für Bioenergie (SCCER BIOSWEET). Und auch mit industriellen Partnern wie Swissgrid, der Betreiberin des Schweizer Höchstspannungsnetzes, dem Zürcher Energieanbieter Energie 360°, Siemens oder Swiss Hydrogen arbeitet das PSI bereits heute an der Energieversorgung von morgen.

Das PSI ist an weiteren Partnerschaften mit der Industrie ausgesprochen interessiert. Die Anlage bietet dank ihres flexiblen Aufbaus Industrieunternehmen vielfältige Möglichkeiten, ihre Ideen und Innovationen zu testen. Damit ist die ESI-Plattform ebenso Teil des Angebots für Unternehmen, die sich im PARK INNOVAARE ansiedeln möchten. Der Innovationspark entsteht zurzeit in unmittelbarer Nähe des PSI. Durch enge Kooperationen zwischen dem PSI und Unternehmen sollen dort Innovationen generiert und rasch zur Marktreife gebracht werden.