Am südlichen Ortsrand von Dubai wird derzeit das weltweit größte solarthermische Kraftwerk fertiggestellt, Noor Energy 1. Im Zentrum steht ein 262 Meter hoher Turm mit glühender Spitze. Die Spitze glüht, weil ein gewaltiges Solarfeld aus 70.000 je 25 Quadratmeter großen Spiegeln, sogenannten Heliostaten, die Energie der Sonne genau dort fokussiert, um mit dieser Wärme Strom zu erzeugen. Der Clou ist jedoch: Solange die Sonne scheint und die Spitze glüht, produziert die Anlage keinen Strom.
Während tagsüber der weltweit günstigste Solarstrom – 1,7 US-Cents/kWh – aus der benachbarten Photovoltaikanlage (PV) im Solarpark Mohammed bin Rashid Al Maktoum das Emirat versorgt, wird die Solarwärme mittels geschmolzenen Salzes den Turm hinab und in einen von insgesamt 26 Salztanks transportiert. 560.000 Tonnen Salz, die mit Sonnenenergie auf bis zu 565 Grad Celsius erhitzt werden, erlauben es, die Anlage durch die ganze Nacht zu betreiben und täglich bis zu acht Gigawattstunden Strom zeitversetzt einzuspeisen. Zum Vergleich: In ganz Deutschland sind Ende 2022 etwa fünf Gigawattstunden Batteriespeicher mit dem Netz verbunden.
Solarthermische Stromerzeugung (CSP, Concentrating Solar Power) kann heute drei Dinge von zunehmender Bedeutung: Erstens kann CSP die Energie der Sonne, anders als PV, effizient und günstig als Wärme speichern – und später nach Bedarf Strom erzeugen, beispielsweise am Abend oder Tage oder Wochen später. So können PV und CSP gemeinsam rund um die Uhr grünen Strom liefern, ohne dass fossile Ersatzkraftwerke benötigt werden – was das Kraftwerk in Dubai demonstriert. Zweitens kann CSP Lastspitzen abdecken und andere Spitzenlastkraftwerke wie etwa Gaskraftwerke ersetzen. Damit kann CSP die wichtige Rolle als Ausgleichstechnologie übernehmen und direkt dazu beitragen, Erdgas aus dem Stromsystem zu verdrängen. Drittens kann die gesammelte und gespeicherte Wärme direkt sowohl für die Industrie als auch für Wärmenetze verwendet werden. In Zukunft wird noch solare Chemie als weiteres Anwendungsfeld hinzukommen.
Wo Desertec Realität wird
In Deutschland ist CSP vor allem im Zusammenhang mit dem Desertec-Projekt bekannt. Dieser Plan, der Anfang der 2000er Jahre bekannt wurde, sah vor, CSP-Strom in großem Stil aus der Wüste Nordafrikas mittels hocheffizienter Gleichstromleitungen nach Europa zu importieren, um bis 2050 20 Prozent der hiesigen Stromversorgung bereitzustellen. Der Plan, obwohl technisch machbar, scheiterte an politischen Komplikationen, dem arabischen Frühling und der Weltfinanzkrise. Letztendlich auch daran, dass andere Technologien, vor allem Photovoltaik, über die Zeit viel günstiger wurden und heimische erneuerbare Energien wettbewerbsfähig. So wurde es still um CSP in Deutschland und Europa.
Im Nordwesten Chinas wird Desertec jedoch gerade Realität. Von der Stadt Hami am Rande der Gobiwüste führt seit 2012 einer von vielen neu entstandenen Gleichstrom-Übertragungs-Korridoren Gleichstrom mit einer Leistung von bis zu acht Gigawatt – etwa doppelt so viel wie die Leistung der drei verbliebenen deutschen AKW – 2.200 Kilometer nach Zhengzhou und trägt zur Versorgung der zwölf Millionen Einwohner der Provinzhauptstadt von Henan bei.
Während China bekannt ist als Land mit den meisten Elektroautos und für seinen ambitionierten Ausbau von Windkraft und Photovoltaik, ist es in den vergangenen Jahren ebenso zum größten CSP-Markt geworden. Durch den starken Ausbau von Windkraft und PV kommt es zunehmend zur Abregelung wegen lokaler Überversorgung mit Erneuerbaren: Das Netz ist zu schwach und die Schwankungen sind zu groß. Hierbei können regelbare Technologien wie CSP helfen und vor allem die Wärmespeicher dieser Anlagen. Alle neuen erneuerbaren Kraftwerke müssen im aktuellen Fünfjahresplan Speicher bereithalten, um die Drosselung zu minimieren und das Stromsystem langfristig zu stabilisieren. In Hami wurde 2019 das dritte von Chinas inzwischen zehn fertiggestellten CSP-Projekten in Betrieb genommen: Es ist ein Turm, ähnlich dem in Dubai, mit 13 Stunden Wärmespeicher – eine Kollaboration zwischen chinesischen und deutschen Firmen. Nun strebt Hami an, seine CSP-Kapazität bis 2025 zu verfünffachen. Ebenso planen die sonnenreichen Provinzen Xinjiang, Gansu und Qinghai eigene CSP-Projekte neben riesigen PV- und Windkraftinstallationen – aber zunehmend basierend auf chinesischer Technologie.
In Europa haben wir in den vergangenen Jahren im Stromsektor auf Gas als Puffertechnologie gesetzt: Gaskraftwerke sollten einspringen, wenn zu wenig Sonne und Wind da ist. Heute, nach Putins Einmarsch in der Ukraine, scheint die Zeit von Gas als Brückentechnologie abrupt vorbei zu sein – aber wie sollen wir diese Technologie ersetzen? Genau wie in Dubai kann in Europa CSP mit Wärmespeicher einen Teil der Gaskraftwerke ersetzen. Genau wie in Nordwest-China gibt es in Südeuropa viele Gebiete mit starker Sonneneinstrahlung, etwa Spanien, Italien und der Südbalkan, die erst sich selbst und mittelfristig die Nachbarregionen, auch Deutschland, mit regelbarem Solarstrom versorgen können.
Es kann, muss aber nicht Nordafrika sein: Auch in Europa ist das Potential für CSP groß. Der Bedarf jedenfalls ist schlagartig höher als noch im vergangenen Jahr, da CSP praktisch eins zu eins Gasstrom ersetzen kann, was kaum eine andere, heute für den Massenmarkt reife CO2-freie Technologie kann. Vermutlich wird CSP nicht einen sehr großen Anteil an der Stromerzeugung der Zukunft haben, aber es könnte die wichtigsten Kilowattstunden liefern, nämlich die für die Nacht und für Zeiten, wenn andere Technologien kurzfristig nicht verfügbar sind. Die explodierenden Gaspreise sind eine historische Chance, um die zweite Hälfte der Energiewende in Angriff zu nehmen, nämlich die Skalierung von Speichern und regelbaren erneuerbaren Energien. Da europäische Firmen immer noch Technologieführer sind, kann ein Ausbau von CSP aus europäischer Hand immer noch erfolgen – aber wir müssen uns beeilen, bevor chinesische Firmen auf diesem Feld zu stark werden.
Spanien hat die meisten CSP-Kraftwerke der Welt. Zwischen 2008 und 2012 wurden Projekte mit 2,3 Gigawatt CSP-Leistung fertiggestellt, die von einer Förderung ähnlich dem deutschen EEG profitierten. Aus heutiger Sicht sind die damals abgeschlossenen Einspeisevergütungen sehr teuer; auch deswegen beendete Spanien das Programm während der Sparmaßnahmen der Eurokrise. Andererseits sind bis heute spanische Firmen an den meisten CSP-Kraftwerken weltweit beteiligt, auch in Dubai und China. Im vergangenen Herbst wurde in Spanien zum ersten Mal seit zehn Jahren eine Auktion für neue CSP-Kraftwerke abgehalten. Allerdings konnte kein Auftrag vergeben werden, da das zuständige spanische Ministerium einen maximalen Preis je Kilowattstunde festgelegt hatte, der nicht unterboten wurde, was wohl auch daran lag, dass die Inflation die Baukosten stark erhöht hat.
Ohne die richtigen Regeln und Einspeisegarantien können sich CSP-Kraftwerke nach wie vor nicht selbst am Markt durchsetzen. Technologiespezifische Unterstützung ist notwendig: Die CSP-spezifische Förderung ist heute deutlich günstiger als noch vor zehn Jahren, aber sie ist höher als für PV und Windkraft.
Solare Wärme
Ein überraschendes Beispiel für die vielseitige Verwendbarkeit von CSP findet sich am anderen Ende von Europa: In Brønderslev, nördlich von Aarhus, steht ein CSP-Fernwärmewerk. Dänemark ist kaum bekannt als besonders sonniges Land, aber trotzdem funktioniert die Anlage. Insbesondere im Sommerhalbjahr läuft die Solaranlage auf Hochtouren. Jede Kilowattstunde Solarwärme ersetzt dabei Biomasse, die sonst für die lokale Fernwärmeversorgung verbrannt würde. Die Kombination aus Sonne und Biomasse ist eine Gewinnformel: Die Nutzung der lagerbaren und flexibel einsetzbaren, dafür teuren und begrenzt verfügbaren Biomasse wird durch das Solarfeld minimiert, die Stadt aber durchgehend mit CO2-neutraler Wärme versorgt. Was in Aarhus möglich ist, geht mindestens so gut in Aachen oder Zwickau: Genauso kann in Deutschland solare Wärme eine technisch und ökonomisch sinnvolle Komponente der Wärmeversorgung in Industrie und Wärmenetzen sein, vor allem in Kombination mit anderen Quellen wie Großwärmepumpen oder Biomasse.
Tatsächlich gibt es erste Initiativen. Seit diesem Jahr plant der Mecklenburger Mittelständler Solarlite ein Solarspiegelfeld mit einem saisonalen Wärmespeicher, um 95 Prozent des Wärmebedarfs von Karls Erlebnishof in Elstal bei Berlin bereitzustellen. Die Firma liefert ihre Spiegel auch, um die Produktion von Heineken in Sevilla mit Solarwärme zu versorgen – und den Gasverbrauch der Brauerei um 60 Prozent zu reduzieren. Die Brauerei verspricht, die Wärme für 15 Jahre abzunehmen – genau wie in Dänemark wird hier also in großem Stil Brennstoff eingespart.
Beide Beispiele zeigen, wie Erdgas, das heute für Prozesswärme und zum Heizen verbrannt wird, ersetzt werden kann. Zusammen mit thermischen Speichern kann solare industrielle Prozesswärme einen guten Teil des Gasverbrauchs einsparen. Da die meiste Industriewärme bei vergleichsweise „niedrigen“ Temperaturen, oft bis 300 Grad Celsius, benötigt wird – deutlich kühler als für ein Kraftwerk erforderlich – können die Solarwärme-Projekte auch in unseren Breiten gewinnbringend betrieben werden und kommen für die meisten Industriezweige in Frage. Und anders als Wärmepumpen ist CSP dazu geeignet, Temperaturen von einigen hundert Grad direkt zu erzeugen: In Kombination mit anderen erneuerbaren Wärmequellen kann Solarthermie den Wärmebedarf decken und den Erdgasverbrauch senken oder sogar eliminieren. Überall, wo Platz ist, können CSP-Spiegelfelder schnell errichtet werden. Bei den voraussichtlich noch für eine ganze Weile hohen Gaspreisen von heute kann sich so eine Anlage in wenigen Jahre amortisieren, wie auch beim neuen Projekt von Heineken. So ist konzentrierte Solarwärme eine Option, die für Wärmenetze und Industrien in ganz Europa, zwischen Südspanien und Norddänemark, allen Wärmenutzern offensteht.
Grüne Moleküle
Auch wenn die Desertec-Idee von CSP-Importen verschwunden ist, importieren Deutschland und Europa weiter viel Energie – heute als Erdöl und Gas, und in der Zukunft vielleicht in Form von grünen Molekülen, insbesondere grünem Wasserstoff. Jener soll an den Orten mit den besten erneuerbaren Ressourcen und den günstigsten Investitionsbedingungen erzeugt und dann zu den Industrien, zum Beispiel Stahlwerke, in Europa transportiert werden. Hier werden wieder die Länder in der südlichen Nachbarschaft genannt, die schon interessant für Desertec waren: Marokko, Tunesien und Ägypten planen, Exporteure zu werden. Aber auch andere Länder im Nahen Osten wie Israel, die Vereinigten Arabischen Emirate oder Qatar und weltweit etwa Chile, Australien und der Südwesten der USA. Sie alle haben sehr gute solare Ressourcen, um in CSP- und/oder CSPPV-Hybrid-Kraftwerken Elektrolyseure mit hoher Auslastung gewinnbringend zu betreiben. CSP kann einen entscheidenden Beitrag für das Gelingen und die ökonomische Attraktivität der neuen grünen globalen Energiemärkte leisten und im Kontext der Wasserstoffwirtschaft ein wichtiger Baustein für die deutsche Energieversorgung werden.
Eine weitere Anwendung, die heute noch in den Kinderschuhen steckt, aber in den nächsten 20 Jahren an Bedeutung gewinnen kann, ist solare Chemie. Versuchsanlagen schaffen es heute, im Brennpunkt eines Solarturms bis zu 1.500 Grad Celsius zu erreichen. Bei diesen Temperaturen wird es möglich, energieintensive Prozesse direkt mit Sonnenlicht zu betreiben. Es gibt zum Beispiel die Idee, Klinker für die Zementherstellung mit solarer Wärme zu brennen. Ein anderes Projekt schafft es, unter Umweltbedingungen in einem Reaktor Syngas, eine Mischung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid, aus Luft und Wasser herzustellen – und damit einen wichtigen Ausgangsstoff für die Herstellung von Kohlenwasserstoffen, ohne dass Erdöl verwendet werden muss. Es wird dadurch denkbar, fossile Treibstoffe in schwer elektrifizierbaren Anwendungen klimaneutral zu ersetzen, zum Beispiel für Interkontinentalflüge. Auch die Skalierung dieser Anwendungen braucht geeignete regulatorische Leitplanken, um ihr Dekarbonisierungspotential zu entfalten.
Seit dem Scheitern von Desertec ist konzentrierte Solarthermie in Europa in Vergessenheit geraten, aber auch heute hält die Technologie viele Schlüssel bereit zum mittelfristigen Ersatz von Erdgas durch Wärme und Strom sowie für das Erreichen der Klimaneutralität in den nächsten Jahrzehnten. Entscheiderinnen und Entscheider in Deutschland und Europa sollten die Potentiale der Technologie im Licht der Gaskrise neu evaluieren – und eine aktivere Rolle der Politik erwägen. Desertec mag tot sein, aber die CSP-Technologie lebt weiter und hat immer noch das Potential, zum Game Changer in verschiedenen Energiesektoren zu werden – wenn wir denn jetzt die Technologie tatsächlich und im großen Stil ausbauen.
