Anzeige
Advertorial

Kupfer ist wichtiger Rohstoff für Zukunftstechnologien

Fotos: DKI/Shutterstock

Fotos: DKI/Shutterstock

Energiespeicherung als wesentliches Element zur Unterstützung des Übergangs zu einem CO2-freien Stromnetz.

Um die Energiewende zu sichern und die Verbreitung erneuerbarer Energien zur Stromversorgung zu gewährleisten sind Energiespeicher unabdingbar. Der Übergang zu einer CO2-armen Stromversorgung ist ohne verlässliche und flexible Anlagen, die eine Synchronisierung zwischen der Erzeugung erneuerbarer Energiequellen und dem Energieverbrauch ermöglichen, nicht denkbar. Speicher sind für die Bereitstellung von Flexibilitätsdiensten auf allen Ebenen des Stromnetzes von entscheidender Bedeutung, da sie Übertragungs- und Verteilnetze effizienter machen. Einen wesentlichen Anteil an vielen Energiespeichersystemen hat dabei Kupfer.

Der Begriff „Energiespeicher“ bezieht sich auf eine vielfältige Gruppe von Technologien, die nach unterschiedlichen Prinzipien arbeiten: mechanische (z. B. Pumpspeicherkraftwerke, Schwungräder, Druckluftspeicher), chemische (z. B. Power-to-Gas), elektrochemische (z. B. Batterien) thermische (z. B. Warmwasserspeicher) und elektrische (z. B. Superkondensatoren). Einige bieten eine sehr schnell reagierende, kurzzeitige Regelenergie (wie Schwungräder oder Superkondensatoren), während andere Technologien längerfristige Speicher zum Ausgleich von Stunden, Tagen oder sogar Jahreszeiten bieten (zum Beispiel Pumpspeicherkraftwerke oder Wasserstoffspeicher). Jede Speichertechnologie ist einzigartig für eine bestimmte Art von Anwendungen geeignet. Unterschiedliche Speichertechnologien können zu einem hybriden System kombiniert werden, das größer ist als die Summe seiner Teile.

Eine der bekanntesten Möglichkeiten der Energiespeicherung – insbesondere im Bereich der Elektromobilität – ist gegenwärtig der Lithium-Ionen-Akku. Hier besteht die Trägersubstanz für die Kathode aus Aluminium und für die Anode aus hauchdünnen Kupferfolien. Dabei schlägt der Kupferanteil gewöhnlich mit einem Anteil von etwa 17 % zu Buche. Auf den Färöer Inseln ist inzwischen ein erstes voll kommerzielles Lithium-Ionen-Energiespeichersystem in Kombination mit einem Windpark entstanden. Die 2,3-MW-Containerlösung trägt zur Aufrechterhaltung der Netzstabilität bei, damit die Inselbewohner das volle Potenzial ihrer 12-MW-Windfarm nutzen können.

Technologien kombinieren

Moderne Windkraftanlagen benötigen heute inklusive Infrastruktur bis zu 30 Tonnen Kupfer, um zu funktionieren. In den Ringgeneratoren großer Windräder sorgen Wicklungen aus bis zu mehreren hundert Kilometern Kupferflach- und Runddraht für eine umweltfreundliche Stromerzeugung. Die hervorragenden Materialeigenschaften von Kupfer zeigen sich dabei vor allem beim so genannten Kabel-Loop. Dieser gewährleistet, dass sich die Gondel samt Rotorblättern in die von der Windrichtung abhängige, optimale Stellung drehen kann, wobei starke Kräfte auf die Leitungen wirken. Benutzt werden dafür spezielle feindrähtige und „feinstdrähtige“, speziell verseilte Kupferleitungen. Kupfer steckt ebenfalls in den Motoren, die die Rotorblätter in ihrer Längsachse drehen und dadurch die Leistung entsprechend der Windgeschwindigkeit regeln. Relativ viel Kupfer braucht auch die Wicklung des Transformators, der die Windkraftanlage mit dem Mittelspannungsnetz des Windparks verbindet. Hinzu kommen noch die Stromableitungen und Signalkabel. Dabei kann der Kupferbedarf für den durch die Windenergienutzung bedingten Stromnetzausbau laut Fraunhofer-Institut ISI das rund 20fache des direkten Bedarfs für Windkraftanlagen betragen. Durch das sogenannte Repowering, bei dem Windenergieanlagen der ersten Generation durch moderne, effizientere Turbinen ersetzt werden, wird sich der Kupferbedarf weiter erhöhen.