Flüssigluft-Energiespeicher: So wird Strom in Luft gelagert

Wenn du dein Smartphone lädst, merkst du es nicht, aber auf Netzebene ist jede Ladung Teil eines komplexen Gleichgewichts zwischen Erzeugung und Verbrauch. Lange Zeit waren Pumpspeicher und Lithium‑Ionen‑Batterien die gebräuchlichsten Speicheroptionen. Flüssigluft‑Lösungen treten dort auf, wo Speicherung über viele Stunden bis Tage gefragt ist und wo große Energiemengen ohne chemische Degradation gehalten werden sollen. Technisch steckt hinter dem Verfahren kein Magie‑Trick: Strom treibt Kompressoren und Kälteprozesse, am Ende steht verflüssigte Luft, die später wieder Energie abgeben kann.

Das Thema gewinnt an Relevanz, weil der Ausbau von Wind‑ und Solarstrom volatile Produktionsmuster verstärkt. Für Netzbetreiber und Industrie kann ein Speichersystem, das große Energiemengen über Stunden liefert, kurzzeitig Engpässe überbrücken und das Angebot in Zeiten niedriger Erzeugung stabilisieren. Im Folgenden wird Schritt für Schritt erklärt, wie die Technik funktioniert, wo sie Sinn ergibt und welche Werte realistisch sind.

Das Grundprinzip ist thermodynamisch vergleichsweise einfach: Überschüssiger Strom treibt Kompressoren, die Luft stark verdichten. Danach wird die warme, komprimierte Luft gekühlt, und durch weitere Prozessschritte so weit abgekühlt, dass sie verflüssigt. Die Flüssigluft wird in hochwertigen, isolierten Tanks gelagert; bei Bedarf wird sie wieder regasifiziert, erwärmt und durch eine Expansionsmaschine (z. B. eine Turbine) zur Stromerzeugung genutzt.

Ein häufiger Begriff ist der Claude‑ähnliche Liquefaction‑Prozess. Kurz: Durch mehrstufige Kompression, Abkühlung und teilweise Expansionsschritte lässt sich Luft auf kryogene Temperaturen (nahe −196 °C für flüssigen Stickstoff‑Anteil) bringen. In der Praxis besteht die Luft aus mehreren Komponenten, die bei unterschiedlichen Temperaturen kondensieren; die Prozessführung nutzt das, um effizienter zu arbeiten.

Effizienz entsteht vor allem durch Rückgewinnung von Kälte und durch die Nutzung vorhandener Abwärme; beides reduziert Energieverluste.

Wichtige Komponenten sind Kompressoren, kryogene Wärmetauscher, Flüssigluft‑Tanks, Wärmespeicher (für Wärme, die später zur Regasifikation dient) sowie die Expansionsmaschine. Ein zentrales Detail: Die sogenannte Kälterückgewinnung oder “cold recycle” ist ein Hebel, mit dem der Round‑trip‑Wirkungsgrad (die zurückgewonnene elektrische Energie im Verhältnis zur eingesetzten beim Laden) merklich steigt.

Praxisnahe Werte: Demonstratoren und Modellrechnungen zeigen unterschiedliche Renditen. Pilotdaten aus frühen Anlagen lagen teils bei rund 36 % Round‑trip‑Wirkungsgrad; optimierte Konzepte ohne externe Abwärme nennen häufig 50–60 % in Modellrechnungen. Wenn hochwertige Abwärme genutzt wird, steigt die Effizienz in manchen Rechnungen auf 65–75 % (Quellen: Highview Power, Sandia, Fachberichte). Diese Spannen zeigen, dass Systemauslegung und Wärmeintegration entscheidend sind.

Eine kurze Tabelle macht die Kernkomponenten sichtbar:

Flüssigluft‑Speicher eignen sich grundsätzlich dort, wo große Energiemengen über längere Zeiträume gehalten werden sollen: bei Netzausgleich über Tages‑ bis Wochenzeiten, zur Bereitstellung von Systemdienstleistungen und als Puffer für industrielle Lasten. Praktisch relevant sind Standorte mit Platz für große Tanks und idealerweise Zugang zu günstiger Abwärme – etwa Industrieparks, Abwärmenetze oder Anlagen mit Hochtemperatur‑Restwärme.

Ein konkretes Beispiel ist die kommerzielle Projektplanung in Großbritannien: Für Projekte mit einigen zehn Megawatt Nennleistung und hunderten MWh Speicherkapazität werden Standorte in Industrienähe bevorzugt, weil dort Wärmequellen zur Effizienzsteigerung beitragen können. Ohne solche Wärmequellen sind Anlagen weniger effizient, bleiben aber in Szenarien mit hohen Preisunterschieden zwischen Lade‑ und Entladezeiten wirtschaftlich interessant.

Für Betreiber heißt das: Die Standortwahl beeinflusst sowohl den Wirkungsgrad als auch die Wirtschaftlichkeit. Wenn eine Fabrik konstant Abwärme liefert, kann der Betreiber die Regasifikation energetisch unterstützen und so den Round‑trip‑Wirkungsgrad deutlich verbessern. Für netzseitige Betreiber sind Speicherdauern von sechs Stunden oder länger besonders wertvoll, weil sie Erzeugungslücken über den Tag hinaus überbrücken.

Im Vergleich zu Lithium‑Ionen‑Batterien bieten Flüssigluft‑Anlagen folgende Vorzüge: geringere chemische Degradation über vielen Ladezyklen, robustere Langzeitspeicherung und potenziell günstigere Kosten pro gespeicherte MWh bei großen Anlagen. Nachteile sind geringere elektrischer Wirkungsgrad (bei rein elektrischer Kopplung) und höherer Platzbedarf.

Die Chancen sind greifbar: Langdauer‑Speicher stabilisieren volatile Erzeugung, ermöglichen bessere Nutzung erneuerbarer Quellen und reduzieren Reservebedarf. Für Regionen mit saisonalen Schwankungen oder häufigen Dunkelflauten können solche Systeme zur Netzresilienz beitragen. Aus wirtschaftlicher Sicht verbessern sich die Perspektiven, wenn Regelmärkte und Vergütungsmechanismen den Wert von Langzeitspeicherung angemessen entlohnen.

Die Risiken liegen vor allem in Unsicherheiten bei Effizienz, Kosten und Marktbedingungen. Round‑trip‑Wirkungsgrade schwanken je nach Auslegung. Frühere Pilotmessungen zeigten Werte nahe 36 %, während optimierte Designs in Modellrechnungen 50–60 % nennen; mit externer Abwärme sind 65–75 % möglich (Quellen: Fachberichte, Herstellerangaben). Diese Bandbreite führt zu starken Unterschieden in wirtschaftlichen Bewertungen.

Technische Risiken betreffen Komponenten, die in kryogenen Umgebungen besonders beansprucht werden: Wärmetauscher, Isolationssysteme und Expansionsmaschinen müssen lange Zeit zuverlässig arbeiten. Zudem sind First‑of‑a‑kind‑Projekte anfälliger für Verzögerungen in Bau und Inbetriebnahme, was Projektkosten treiben kann.

Regulatorisch betrifft die Bewertung vor allem Marktregeln: Wenn Kapazitätszahlungen, Systemdienstleistungsentgelte oder spezielle Langzeitprämien für LDES (Long‑Duration Energy Storage) vorhanden sind, verbessert sich die Wirtschaftlichkeit deutlich. Fehlen solche Mechanismen, sind Investitionen riskanter. Daher ist Transparenz bei Inbetriebnahmedaten und unabhängige Prüfberichte entscheidend für Investoren.

In den nächsten Jahren dürften zwei Entwicklungen über Erfolg oder Misserfolg entscheiden: erstens die Integration mit vorhandenen Wärmequellen, zweitens die Skalierung auf größere Einheiten. Projekte im kommerziellen Maßstab zeigen, dass Finanzierung und Industriepartnerschaften möglich sind; eine bekannte Initiative plant Anlagen mit 50 MW Leistung und mehreren 100 MWh Kapazität als Referenzen für weitere Standorte.

Technisch werden Verbesserungen an Wärmetauschern, effizienteren Expansionsmaschinen und besseren Kälte‑Recyclings den Wirkungsgrad weiter erhöhen. Ökonomisch bewähren sich Anlagen eher dort, wo Industriebetriebe Abwärme bereitstellen oder Netze hohe Preise für langdauerige Bereitstellung zahlen. Standortfaktoren wie verfügbare Fläche, Nähe zu Verbrauchern und Genehmigungsrahmen sind zentrale Variablen.

Für Planer und Kommunen bedeutet das konkret: Prüfe lokale Wärmequellen, analysiere lokale Netzentgelte und sorge frühzeitig für klare Genehmigungsverfahren. Für Investoren ist es ratsam, Szenarien mit und ohne nutzbare Abwärme zu rechnen und unabhängige Leistungsnachweise als Finanzierungsbedingung zu fordern. Solche Forderungen erhöhen die Vergleichbarkeit und reduzieren Unsicherheiten.

Flüssigluft‑Energiespeicher sind keine Nischenidee mehr, sondern eine technisch ausgereifte Option für lange Energiespeicherung. Die Kernfrage bleibt die Balance zwischen Effizienz und Standort‑Kontext: Ohne externe Wärme liegen realistische Werte für den Round‑trip‑Wirkungsgrad häufig im Bereich von rund 40–60 %, mit nutzbarer Abwärme deutlich höher. Wirtschaftliche Chancen bestehen vor allem dort, wo Industrie‑ oder Abwärmequellen zur Verfügung stehen und Marktbedingungen den Wert langer Bereitstellungsdauern anerkennen. Für Entscheider heißt das: Standort, Wärmeintegration und transparente Betriebsdaten entscheiden über Erfolg oder Misserfolg.