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Intelligente Stromnetze, Smart Grids, sind derzeit in den USA ein heiß diskutiertes Thema. Wie sieht Ihre Vision aus?

Arvizu: Wie ein Smart Grid ausgestaltet sein wird, weiß noch niemand genau, aber es wird flexibel, interaktiv, durch Informationstechnologien geprägt und einfach durchdachter und weniger verletzlich als die heutigen Netze sein. Heute kommt unser Strom über dicke Kabelstränge von großen Kraftwerken. Sie stellen eine Grundlast bereit, auf der aufbauend man den variierenden Bedarf deckt. Die Zukunft sieht anders aus. Das Netz wird voraussichtlich nicht mehr so zentral organisiert sein und es wird dem tatsächlichen Bedarf angepasst Strom produzieren und ihn effizienter transportieren.

Was bedeutet das konkret?

Arvizu: In den USA gehen heute, ehe der Strom beim Endverbraucher ankommt, sechzig Prozent des ursprünglichen Energiegehalts verloren – bei der Umwandlung des Energieträgers in Strom und beim Stromtransport. Das muss offensichtlich effizienter werden – etwa mit Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung über lange Strecken. In dieses neue Netz sollen dann auch wesentlich mehr erneuerbare Energiequellen wie Wind- und Sonnenenergie integriert werden. Die wiederum sind über das Land verteilt, was bedeutet, dass es eine intelligentere Bündelung und Verteilung des Stroms braucht. Außerdem müssen dann die schwankende Stromproduktion und der ebenso wechselnde Bedarf aneinander angepasst werden. Und schließlich müssen wir in diesem neuen Netz Sicherheit garantieren, die beispielsweise vor Anschlägen auf die physische Infrastruktur oder vor Cyberangriffen schützt.

Welche Vorteile bietet das Smart Grid für Verbraucher und Energieerzeuger?

Arvizu: Es bietet vor allem eines – die Option, selbstständig kluge Entscheidungen über den eigenen Energieverbrauch zu treffen und damit Energie und Geld zu sparen! Das intelligente Netzwerk erlaubt dank digitaler Stromzähler, den Energieverbrauch präzise zu verfolgen und vorzugeben, wann Stromgeräte im Haushalt genutzt werden sollen – oder ganz generell den Energiebedarf zu managen. Auch dem Energieversorger bringt es Transparenz über den Verbrauch der Endkunden. Er kann dann etwa genauere Prognosen über den tatsächlichen Energiebedarf treffen und die Stromproduktion entsprechend planen.

Wie weit ist die Realisierung von intelligenten Stromnetzen denn bislang gediehen?

Arvizu: Weltweit gibt es Pilotprojekte. In der Nähe unseres Instituts, in Boulder, gibt es ein Versuchsprojekt namens Smart Grid City, an dem auch wir beteiligt sind. Hier gibt es Breitbandzugänge, die den Informationsaustausch zwischen den Haushalten und dem Energieversorger erlauben. Außerdem werden 45.000 intelligente Stromzähler installiert. Ein Teil der Haushalte kann künftig im Internet abrufen, wie sich der Stromverbrauch im Haus verteilt. Und einige Kunden werden Elektrogeräte mit Web-Adressen haben, die ihren Stromverbrauch ins Internet übermitteln. Das könnte uns eines Tages erlauben, den Stromverbrauch dauerhaft direkt im Netz zu messen. Auf den physischen Zähler könnten wir dann verzichten.

Wie stehen die USA auf dem Weg zum Smart Grid im Vergleich zu anderen Ländern da?

Arvizu: Wenn es um den Einsatz erneuerbarer Energiequellen geht, hinkt die USA anderen Industrienationen deutlich hinterher. Einige Länder haben Wind- und Solarenergie staatlich massiv gefördert. Das hat diese Länder – wie Deutschland oder Dänemark – gezwungen, diese Energiequellen intelligent in ihr Stromnetz zu integrieren. Aber was die gerade skizzierte Vision des Smart Grid angeht, sehen wir uns alle vor ähnlichen Herausforderungen – das ist noch nirgendwo realisiert.

Wie hat sich der Wechsel im Präsidentenamt auf die US-Energiepolitik ausgewirkt?

Arvizu: Es ist verfrüht, ein Urteil zu fällen. Aber bei hochrangigen Regierungsvertretern, die unser Labor in den letzten Monaten besucht haben, ist mir eines aufgefallen – sie haben eine klare Vorstellung davon, in welche Richtung sich die Energiepolitik in den nächsten Jahrzehnten entwickeln soll. Die Kohlendioxidemissionen sollen bis 2050 vom Niveau von 1990 ausgehend um 80 % reduziert werden. Zudem sollen alternative Energiequellen ausgebaut, die Energieinfrastruktur modernisiert und Haushaltsgeräte und Wohnhäuser energieeffizienter gemacht werden. Ebenso investiert die Regierung massiv in Energieprojekte – im Anfang 2009 verabschiedeten Konjunkturpaket sind mehr als 38 Mrd. US-$ dafür vorgesehen.

Sie heben gerne hervor, dass die Energiepreise in den USA so günstig wie in Indien oder China sein müssen – bislang sind sie wegen Sicherheitsauflagen, Rohstoff- und Personalkosten viel teuerer. Ist das ein realistisches Ziel, wo doch gerade erneuerbare Energiequellen deutlich teurer als etwa Kohlekraftwerke sind?

Arvizu: Das muss sich schlicht und einfach ändern. Wenn wir heute von alternativer Energie sprechen, dann meinen wir Wind, Sonne, Wasserkraft und so weiter. Wir müssen es schaffen, dass diese Energiequellen die Regel und nicht die Ausnahme sind – und zudem auf eigenen Beinen stehen, also voll wettbewerbsfähig sind und ohne Subventionen auskommen. Das erreichen wir nur durch technische Innovation – und Marktanreize wie den Handel mit Emissionszertifikaten. Wir müssen außerdem künftig die Externalitäten, die bei der Gewinnung eines Rohstoffs, bei der Umwandlung in Strom und seinem Verbrauch anfallen, in den Strompreis einrechnen. Umweltschäden zum Beispiel. Nur so lassen sich die Kosten verschiedener Energiequellen realistisch vergleichen.

Welche Innovationen stellen Sie sich für die alternativen Energiequellen vor?

Arvizu: In Forschungslaboren findet sich heute Etliches, was bald für den Markt umgesetzt wird. Zum Beispiel habe ich in North Carolina kürzlich eine Firma namens RF Micro Devices besucht, die mit uns neue Solarzellen entwickelt – mit einem potenziellen Wirkungsgrad von über 40 %. Im Labor haben wir diese Werte bereits erreicht, jetzt gilt es, sie kommerziell zu verwirklichen – diese Solarzelle wird zu einer der effizientesten weltweit gehören. Oder nehmen Sie Firmen wie HelioVolt in Texas, die mit einer von uns entwickelter Technologie Dünnschicht-Solarzellen herstellen. Die sind nicht so effizient wie die kristallinen Silizium-Solarzellen, dafür aber extrem billig.

Welche Herausforderungen gibt es für die Integration von Solar- und Windkraftwerken in das moderne Stromnetz?

Arvizu: Das wichtigste Problem ist, dass sie Strom nicht konstant, sondern variabel produzieren. Außerdem sind diese Kraftwerke oft weit von den urbanen Zentren entfernt. Eine Möglichkeit, der Fluktuation zu begegnen, ist eine grundlastfähige, intelligente Vernetzung und Steuerung verschiedener Energiequellen. Aber wir sollten auch lernen, Strom zu verbrauchen, wenn er verfügbar ist. Elektroautos, Kühlschränke, Warmwasserboiler und Industrieanlagen könnten Strom vor allem dann aus dem Netz ziehen, wenn er im Überschuss vorhanden ist und eine flexible Preisgestaltung ihn billig macht.

Dann braucht man wohl auch mehr Zwischenspeicher für den Strom. Welche Lösungen sind hier realistisch?

Arvizu: Batterien werden in Zukunft sicher an Bedeutung gewinnen, um der schwankenden Produktion und Nachfrage von Strom zu begegnen; Elektroautos sind so gesehen exzellente mobile Energiespeicher. Man könnte Autos nachts mit billigem Strom laden und ihn tagsüber, wenn er teuer ist, verbrauchen oder erneut ins Netz abgeben. Pumpspeicherkraftwerke sind auch eine elegante Möglichkeit, aber diese Option gibt es nicht überall.

In einer Ihrer Studien heißt es, dass sich auf dem Grund und Boden, der dem amerikanischen Staat gehört, mit Wind-, Solar-, Erdwärme-, und Wasserkraftwerken, genug Energie für den Strombedarf der USA gewinnen lässt. Das beeindruckt, aber ist doch kein ernst gemeinter Vorschlag, oder?

Arvizu: Man kann mit Blick auf alternative Energiequellen unterschiedliche Aussagen machen – und da gibt es eben ein theoretisches Potenzial, wenn Finanzen, Politik und Technologie kein Problem darstellen würden. Was sich erreichen lässt, schränken solche Faktoren natürlich ein. Eine der Studien, die wir speziell zur Windenergie durchgeführt haben, ging von diesen zusätzlichen Annahmen aus und fragte, ob es realistisch sei, bis 2030 etwa 20 % des Stromverbrauchs der USA aus Windanlagen zu decken. Und wir fanden heraus: Das ist keine verrückte Idee. Die notwendige Technologie gibt es längst. Die verbleibenden Hürden sind die Finanzierung und der Stromtransport.

In Deutschland entstand gerade ein Konsortium, das in Nordafrika gigantische solarthermische Kraftwerke errichten will. Wäre so etwas auch für die USA denkbar?

Arvizu: Sicher, im Südwesten der USA gibt es viel Sonne und menschenleere Wüste. In diesen Größenordnungen – und mit guten Transportmöglichkeiten – beginnt sich Solarstrom klar zu rechnen.