Gravity Storage

Über 100 Meter ragt ein Zylinder aus Fels in die Höhe. Er wird mit Wasser aus der Erde gedrückt und speichert die Energie. Gravity Storage könnte in Zukunft ein möglicher Engergiespeicher sein. Der Erfinder Eduard Heindl erklärt in Stuttgart wie das Flachland-Pumpspeicherkraftwerk funktionieren wird.

Gravitation als Batterie der Zukunft

Von erneuerbaren Energien, vor allem der Solarenergie ist er schon lange überzeugt. Doch das eigentliche Problem sind doch die Energiespeicher. Schon vor Jahren glaubt Eduard Heindl, dass dringend einfache Lösungen entwickelt werden müssen. Heindl ist Wissenschaftler und lehrt an der Hochschule in Furtwangen Mitten im Schwarzwald. Seine Idee, Energie zu speichern ist einzigartig. Ein Zylinder aus Fels soll aus dem Erdreich herausgearbeitet werden. Mit einem Durchmesser von 250 Metern und gleicher Tiefe ragt er bis zu 100 Meter über den Boden. Er würde über die Wipfel unserer Wälder ragen. Mit überschüssigem Strom kann unter den Zylinder Wasser gepumpt werden. Das hebt ihn an. Wird Energie wieder benötigt, wird der Fels abgelassen und das Wasser wird über Turbinen an die Oberfläche gepresst. Wie bei einem Pumpspeicherkraftwerkt, nur verkehrt herum. Noch ist das Fiktion. Doch Heindl ist gefesselt von seiner Idee von dem bewegten Steinzylinder und entwickelt ein erstes Modell. Zusammen mit einem befreundeten Kollegen überprüft er seine Theorie. Es ist machbar, davon sind die beiden überzeugt. Das Patent für seine Idee reichte er im Sommer 2010 ein.

Eduard Heindl in seinem Stuttgarter Büro, Bild: Elise Pongratz

Das Büro von Heindl liegt in Stuttgart-Vaihingen im zweiten Stockwerk in einem modernen Bürokomplex. Gleich neben dem Eingang steht ein kleines Modell seiner Idee, dem Gravity Storage. Es ist eingebettet in eine Modelleisenbahnlandschaft, mit Miniatur-Solarzellen, Sandboden und verdorrtem Gebüsch. Darunter ein Holzgerüst, das die fast türblattgroße Landschaft stützt. Den Flur entlang verbergen sich hinter angelehnten Türen die Büros seines kleinen Teams. Heindl arbeitet zusammen mit Geologen und Ingenieuren an der Umsetzung seines Energiespeichers. Sein Raum ist an zwei Seiten von der Decke bis zum Boden verglast. Von hier aus hat er einen guten Ausblick auf die Baustelle gegenüber, die zugepackten Straßenränder und die frei gebliebenen Parkplätze für Elektroautos. Heindl fährt auch eines. Das gehört zu seinem Gesamtkonzept – Leben mit erneuerbaren Energien. Das Büro ist hell, modern und fast leer. Ein Tisch mit zwei Stühlen, eine Magnetwand, ein niedriger weißer Rollkasten für seine Auszeichnungen, darüber ein buntes Gemälde. Heindl nutzt das Büro kaum. Er ist viel unterwegs. Gerade war er auf der World Future Energy Summit in Abu Dhabi. In Saudi-Arabien wird wohl bald auch der erste Prototyp von Heindls Gravity Storage gebaut. Erst einmal nur 20 Meter im Durchmesser und 30 Meter tief. „Wir verhandeln noch. Aber wenn dann angefangen wird zu bauen, dann sollten wir innerhalb von einem Jahr wissen, wie gut das Speicherkraftwerk funktioniert“, verkündet Heindl stolz. Im arabischen Raum ist viel Geld vorhanden und hier finden sich auch die idealen Bedingungen: sehr viele Sonnenstunden und eine große Bereitschaft auf erneuerbare Energien umzusteigen.

Für den Bau werden die Technik und Maschinen aus dem Schacht- und Tunnelbau eingesetzt

Heindl lehnt sich entspannt in seinem Bürostuhl zurück und erzählt, wie er vor sieben Jahren anfing seine Idee von dem Gravity Storage zu vermarkten. Er ist Mitte 50, wirkt sympathisch, aufmerksam, voller Elan und doch manchmal ein bisschen abwesend. Nachvollziehbar erklärt der promovierte Physiker technische Zusammenhänge. Er wirkt so, wie man sich einen Erfinder vorstellt.

Auf seinem Schreibtisch klappt Heindl eine Broschüre auf. Sie ist klar strukturiert und aus hochwertigem Papier gedruckt. Eine Grafik seines Speicherwerkes ist hier in allen Einzelheiten dargestellt. Mit einem Stift zeigt er auf den Steinzylinder, um den es die ganze Zeit geht. Die Anlage und das Erdreich darum sind vertikal aufgeschnitten, so dass man die Schächte, den Turbinenraum und die Wasserleitung sehen kann. Für den Bau wird ein runder Schacht um den Zylinder ausgehoben. Er soll etwa zwei bis drei Meter breit werden. Gleichzeitig werden Versorgungsschächte bis zum Boden des Zylinders gegraben, um auch diesen zu untertunneln. Anschließend wird der Zylinder wie ein Tortenboden vom Fels abgeschnitten. Dafür werden Maschinen und Techniken verwendet, die seit Jahren im Schacht- und Tunnelbau eingesetzt werden.

Das Modell des Gravity Storage im Flur, Bild: Elise Pongratz

„Unser Ziel ist es, mit dem Speicher eine Kapazität von acht Gigawattstunden zu erreichen“, sagt der Wissenschaftler. „Wir haben uns dabei an dem größten Pumpspeicherkraftwerk Deutschlands in Goldisthal orientiert. Der Vorteil daran ist, dass wir bestehende Bauteile wie die Turbinen auch für unser System nutzen können.“ Um diese Kapazität erreichen zu können, braucht der Zylinder einen Durchmesser von 250 Metern und dieselbe Tiefe. Angehoben wird er tagsüber mit überschüssiger Energie aus einem Solarpark. Dafür wird innerhalb von acht Stunden Wasser unter den abgedichteten Felsen gepumpt. Wird nachts wieder Strom benötigt, werden die Schleusen für das Wasser geöffnet. Es fließt über Rohre durch eine Turbinenanlage und zurück in ein Becken an der Oberfläche. Das funktioniert wie bei einem Pumpspeicherkraftwerk. Sobald am nächsten Morgen wieder die Sonne scheint, kann erneut das Wasser aus dem oberirdischen Becken über dieselben Turbinen zurück unter den Felsen gedrückt werden. Der Wasserkreislauf ist dabei geschlossen, sodass in wasserarmen Regionen kein Tropfen verloren geht.

Auf Heindls Laptop läuft ein kurzes, animiertes YouTube-Video. Im Hintergrund Hochhäuser. Davor ein riesiger Solarpark in der Wüste. Die Sonne scheint und ein gewaltiger Zylinder schiebt sich in den Himmel. Das Licht geht aus. Der Zylinder sinkt. Über die Turbinen wird Strom erzeugt und die Stadt fängt an zu leuchten. „So gigantisch wie in den Animationen wird sich der Zylinder nicht aus der Landschaft herausheben“, gibt Heindl zu. „Er wird nur etwas über hundert Meter über die Oberfläche schauen. Also so wie die Hochhäuser hier in der Straße.“ Felszylinder mit einem Durchmesser von 500 oder sogar 1000 Metern Durchmesser, die einen halben Kilometer über den Boden ragen sind noch eine sehr gewagte Theorie, ergänzt Heindl später grinsend. Aber wenn die ersten Anlagen einmal erfolgreich laufen, könnte man darüber ja nochmal nachdenken.

Bewegliche Gummilippen dichten das Systhem ab

Ein Problem bei dem Gravity Storage, erkennt Heindl während der Entwicklung vor sieben Jahren, ist jedoch die Abdichtung von dem sich bewegenden Felszylinder. Eine ganze Zeit tüftelt er an verschiedenen Ideen herum. Der Wissenschaftler muss nicht nur den Felszylinder, sondern auch den Versorgungschacht darum wasserdicht bekommen. Das ist gar nicht so einfach.

Heindl geht voraus den Gang entlang, drei Türen weiter in ein kleines Besprechungszimmer. Wieder ein bodentiefes Fenster, weiße Wände. Ein Tisch und Stühle stehen vor einem großen Monitor. An der Rückwand hängt eine Landkarte. Sie zeigt Deutschland. Besser gesagt den Boden. Heindl zeigt auf die dunkelroten Flecken im Schwarzwald und im Bayerischen Wald. Hier findet sich Granitboden. „Voraussetzung für den Bau ist der richtige Boden. Es muss auf jeden Fall fester Stein sein und am besten geeignet ist Granit“, erklärt er. Der ist aber trotzdem wasserdurchlässig. Aus diesem Grund werden die Seitenwände und der Boden des beweglichen Zylinders betoniert. Ebenso die Wände des Schachtes in dem er steht und in den das Wasser gepumpt wird. Auch die Oberseite des Zylinders muss versiegelt werden. „Man könnte sie aber begrünen oder auch Solarzellen darauf stellen“, meint Heindl. Bleibt nur noch die zwei Meter breite Lücke zwischen Zylinder und Außenwand, durch die das Wasser entweichen kann. Der Wissenschaftler lächelt und hebt aus einem Pappkarton ein kleines Holzmodell auf den Tisch. „Ich hatte lange keine gute Lösung, wie man das dicht bekommt. Aber ich habe trotzdem weiterentwickelt und war der Meinung, dass sich schon irgendwann die optimale Technik findet. Normale Dichtungen, also ein Dichtungsring, sind bei einem Umfang von mehreren hundert Meter nicht zu bauen. Aber eine Dichtung, die sich abrollt, wäre optimal“, erklärt er. Diese Dichtung, eine sogenannte Balgdichtung, steht nun auf dem Tisch. An Holzwänden ist links und rechts eine Gummimatte eingespannt. Hebt man die eine Seite auf, rollt sich die Matte auf der anderen mit ab. Um den Druck auf die Matte möglichst niedrig zu halten, muss der Bereich, in der sie sich abrollt, sehr schmal sein. Der Abstand von Außenwand zu Zylinder beträgt deshalb gerade einmal 20 Zentimeter. „Eingesetzt wird so eine Matte bereits im Bergbau. Hier wird sie als Förderband verwendet und hat eine Lebensdauer von etwa zehn Jahren. Im Gravity Storage kann man daher erwarten, dass sie mindestens 20 Jahre halten wird“, sagt Heindl.

Heindl mit einem Modell der Dichtung, Bild: Elise Pongratz

 

Aber lohnt sich der ganze Aufwand überhaupt? Heindl argumentiert hier vor allem über den sehr niedrigen Carbon-Footprint. „Energiespeicher werden für die Energiewende dringend benötig sein“, argumentiert er. „Aber wie wollen Sie denn später einmal eine Batterie entsorgen? Bei dem Gravity Storage ist der größte Bestandteil natürlicher Stein und die Energie für den Bau haben sich in ein paar Monaten wieder amortisiert.“ Auch die von Heindl aufgestellte Energieformel klingt vielversprechend. Bei dem doppelten Durchmesser des Zylinders vervierfachen sich zwar die Baukosten, die gewonnene Energie steigt jedoch um das sechzehnfache an. Der berechnete Wirkungsgrad ist rund 80 Prozent. Bis in Deutschland die Idee auch außerhalb von Fachkreisen ankommt, wird es wohl noch einige Zeit dauern.

Stolz zeigt Heindl auf seine Preise, die er mit seiner Idee gewonnen hat. „Zunächst hatte ich an Schwungräder gedacht, um Energie zu speichern. Sie nutzen die Drehbewegung. Man kann sie entweder sehr schnell oder sehr schwer bauen“, erzählt Heindl. „Sehr schwer ist zum Beispiel ein Fels mit einem Kilometer Durchmesser. Doch der Aufwand lohnt sich für die gewonnene Energie nicht.“ Inspiriert von wassergefüllten Kugeln, wie sie auf Landesgartenschauen auf dem Wasser rollen, und von Pumpspeicherkraftwerken kam er schließlich auf die Idee, den Felsen mit Wasser hochzupumpen, um seine Lageenergie zu nutzen. Das ist die Energie, die der Fels beim Anheben gewinnt. Zusammen mit seinem Team aus Wissenschaftlern entwickelt er das Gravity Storage in Stuttgart weiter. Und möchte so seinen Teil zu einem sauberen Planeten beitragen.

 

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