SIEMENS

Der Siegeszug der Elektrizität begann im Schutz der Dunkelheit – zumindest im Königreich Bayern vor rund 140 Jahren. Dort, im beschaulichen Graswangtal in den bayerischen Alpen, läutete der legendäre Landesfürst Ludwig II. heimlich eine Zeitenwende ein: das erste Stromzeitalter. In klaren Winternächten, wenn die Einheimischen schliefen und der Vollmond schien, pflegte der scheue König mit seinem Pferdeschlitten durch die Wälder zu fahren. Für die wenigen Menschen, die ihn bei seinen nächtlichen Ausflügen zu Gesicht bekamen, eine wundersame Erscheinung und ein Blick in die Zukunft zugleich – denn das prunkvolle Gefährt erstrahlte in einem unbekannten Licht, so hell wie der Tag.

Die neuen elektrischen Kohlebogenlampen von Siemens beleuchteten indes nicht nur den batteriebewehrten Schlitten des Königs, sondern setzten noch mehr märchenhafte Technikwunder in Szene. Verborgen im Schlosspark von Linderhof hatte der fantasiebegabte König im Jahr 1878 eine künstliche Tropfsteinhöhle mit See und Wasserfall fertig stellen lassen – der Venusgrotte aus Richard Wagners Tannhäuser und der Blauen Grotte von Capri nachempfunden. Den Strom für die Beleuchtungsanlage lieferten 24 nach dem Siemens-Prinzip arbeitende Dynamo-Maschinen von Schuckert, angetrieben von einer Dampfmaschine in einem eigens gebauten Maschinenhaus: das erste kleine Elektrizitätswerk – vier Jahre vor der 1882 errichteten Edison Electric Light Station in London und der Pearl Street Station in New York, die allgemein als erste öffentliche Elektrizitätswerke der Welt gelten.

„Elektrischer Strom hat große Vorteile: Er lässt sich sehr flexibel und einfach nutzen“, sagt Prof. Dr. Eberhard Umbach, Präsident des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). „Man kann damit Licht, Wärme und mechanische Bewegung erzeugen und wenn dies mit Hilfe erneuerbarer Energien geschieht, entstehen auch keine klimawirksamen Gase.“ Strom, so Umbach, ist daher ein perfekter Energieträger. Die Vorteile des Elektronenflusses machte sich nicht nur Ludwig II. zu Nutze. Wenige Jahre nachdem der Märchenkönig seine Schlösser illuminierte, kam auch die breite Öffentlichkeit in den Genuss der neuen Energie. Getrieben von Thomas Alva Edisons Entwicklung der Glühbirne wagten immer mehr Städte rund um die Welt den Schritt ins Stromzeitalter, da seit 1866 dank der Entdeckung des dynamoelektrischen Prinzips durch Werner von Siemens Strom relativ einfach und in großen Mengen erzeugt werden konnte.

In den 1880er Jahren erstrahlten Städte wie New York City, London und Berlin in elektrischem Licht. 1879 erfand Siemens die elektrische Eisenbahn, 1881 auch die elektrische Straßenbahn. 1890 fuhr die erste elektrische U-Bahn der Welt durch Londons Untergrund, und ab 1905 baute Siemens in Berlin die „Elektrische Viktoria“ – ein Elektroauto, das bevorzugt als Hoteltaxi eingesetzt wurde. Im Laufe des 20. Jahrhunderts schritt die Entwicklung rasant voran. „Ein Meilenstein war dabei die Umstellung von Dampfmaschinen auf elektrische Antriebe“, erzählt Umbach. „Inzwischen sind hoch - effiziente Elektromotoren überall zu finden – in der elektrischen Zahnbürste ebenso wie in Zügen oder als Antriebe in Industrieanlagen.“ Heute sind weite Teile unseres Alltags buchstäblich elektrisiert. Das reicht vom Haushalt und Verkehr über die Kommunikations- und Informationstechnologie bis zur Medizintechnik.

Steigende Stromflut. Doch der Siegeszug der Elektronen ist noch lange nicht am Ende. So beträgt laut einer Studie des KIT der Anteil elektrischer Energie in Deutschland derzeit rund 22 Prozent des Endenergieverbrauchs. Größter Verbraucher ist die Industrie mit 43 Prozent, gefolgt von privaten Haushalten sowie Gewerbe, Handel und Dienstleistungen mit je 27 Prozent. Dabei wird der Stromverbrauch in allen Sektoren kontinuierlich ansteigen, um bis zu 1,4 Prozent pro Jahr, schätzt das KIT. „Wir stellen zugleich eine Verschiebung von anderen Energieträgern hin zum elektrischen Strom fest“, sagt Umbach. Alles in allem wird daher laut der Internationalen Energieagentur der globale Stromverbrauch bis 2035 um rund 70 Prozent zunehmen. Wir stehen an der Schwelle eines neuen, zweiten Stromzeitalters.

Besonders den herkömmlich betriebenen Heizanlagen in Gebäuden werden die Elektronen in Zukunft kräftig Konkurrenz machen, ist sich der Physiker Umbach sicher. So können etwa elektrische Wärmepumpen effizienter heizen als ihre fossilen Verwandten, zumal dank der guten Wärmedämmung künftige Gebäude nicht so viel Heizenergie benötigen. Außer dem fallen bei Wärmepumpen weniger klimaschädliche CO2-Emissionen an – laut dem Bundesverband Wärmepumpe rund 40 Prozent weniger im Vergleich zur Gasheizung. „Die Erzeugung von Wärme für Gebäude verbraucht heute in unseren Industrienationen am meisten Energie“, sagt Umbach. „Hier sehe ich ein enormes Potenzial für elektrischen Strom.“

Spielwiese für Strom. Gerade Gebäude könnten künftig zu einer wahren Spielwiese für Elektrizität werden. So wollen Wissenschaftler deren Innenleben mit einer Vielzahl an winzigen vernetzten Sensoren ausstatten, die ihre Daten – etwa über Temperatur oder CO2-Anteil der Luft – an ein intelligentes Managementsystem schicken (siehe Artikel „Verteiltes Wissen"). Zudem könnten derartige smarte Gebäude zu eigenen Spielern am Strommarkt werden – und ihren Verbrauch selbstständig dem schwankenden Angebot an Sonnen- und Windstrom anpassen. Dass dies nicht nur Zukunftsmusik ist, hat eine aktuelle Studie von Siemens und der Technischen Universität München herausgefunden (siehe Artikel „Das Haus denkt mit beim Stromsparen"). Demnach ist es durchaus möglich, etwa Klimaanlagen oder Pumpen zeitweise abzuschalten, ohne dass darunter der Wohnkomfort leidet.

Damit der grüne Strom die Verbraucher künftig überhaupt erreicht, müssen auch die Verteilnetze intelligenter werden. Daran forschen etwa die Wissenschaftler von Siemens Corporate Technology in der Smart-Grid-Versuchsanlage in Erlangen (siehe Artikel „Gegen die Einbahnstraße"). Dort entwickeln die Experten spezielle Regelungsalgorithmen und Hardware-Bausteine für künftige intelligente Stromnetze. Die bisherigen Resultate können sich buchstäblich sehen lassen – in einem Pilotprojekt im Netz des Allgäuer Stromversorgers AÜW sollen die Ergebnisse in der Praxis erprobt werden.

Elektrisch mobil. Ein weiteres Feld, das elektrischer Strom den fossilen Energieträgern in Zukunft streitig machen könnte, ist der Straßenverkehr. Bislang entfallen laut KIT nur vier Prozent des Stromverbrauchs in Deutschland auf den Transportsektor, praktisch ausschließlich für den Schienenverkehr. Dieser ist zwar bereits zu 90 Prozent elektrifiziert, doch die Straßen beherrschen nach wie vor Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor – die weltweit für rund 20 Prozent des gesamten CO2-Ausstoßes verantwortlich sind. Angesichts des Klimawandels und der immer schwieriger zu erschließenden Ölquellen wird der Siegeszug des Elektroautos daher kommen, sind sich die KIT-Forscher sicher. Wann genau ein Massenmarkt entsteht, hängt davon ab, wann die Technologie – etwa das La - den – alltagstauglicher und kostengünstiger wird.

Auch bei Siemens arbeiten die Wissenschaftler an Konzepten für die Elektromobilität. So hat das Unternehmen Ende 2010 einen Flottenversuch gestartet, bei dem Mitarbeiter rund 100 Elektroautos testen (siehe Artikel „Flott durch den Alltag"). Dabei wollen die Siemens- Experten nicht nur die Alltagstauglichkeit der kleinen Stromer untersuchen, sondern auch das Gesamtsystem der Elektromobilität und das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten – von der Stromerzeugung über die -verteilung bis zum Tankvorgang. Die Lade-, Kommunikations- und Antriebstechnik stammt dabei aus den Siemens-Labors und wird im Laufe des Projekts in die Autos eingebaut.

Elektrische Energie wird künftig auch auf vielen weiteren Feldern breit genutzt werden. Etwa bei der Meerwasser-Entsalzung: So haben Siemens-Forscher in Singapur eine Entsalzungsanlage entwickelt, die mit elektrischen Feldern arbeitet (siehe Artikel „Eine ideale Süßwasserquelle"). Bislang wurde Salzwasser über Verdampfung oder Umkehrosmose aufbereitet, was extrem energieaufwändig ist. Die neue Technologie begnügt sich dagegen mit nur halb so viel Energie – eine technische Revolution. Seit Dezember 2010 verwandelt eine Pilotanlage salziges Nass hocheffizient in reines Trinkwasser.

Auch die Gewinnung von Strom wird neue Wege gehen: etwa bei Meeresströmungskraftwerken, die wie im Ozean versenkte Windräder funktionieren. Bereits heute sind einige solcher Unterwasserstromfabriken in Betrieb, unter anderem vor Irland: Dort produziert seit 2008 ein Gezeitenkraftwerk mit einer Leistung von 1,2 Megawatt Elektrizität für 1.500 Haushalte – das macht die Anlage zum derzeit leistungsfähigsten Meeresströmungskraftwerk der Welt (siehe Artikel „Grüner Strom aus dem Meer").

„Den Anwendungsmöglichkeiten von Strom sind nahezu keine Grenzen gesetzt“, sagt Prof. Dr. Eberhard Umbach. Welche elektrischen Szenarien tatsächlich Realität werden, hänge aber von vielen Randbedingungen ab – etwa von der Entwicklung der Strompreise. „Der ultimative Weg zu einer nachhaltigen Zukunft zeichnet sich noch nicht eindeutig ab“, betont er. „Wir müssen deshalb auf allen Feldern intensiv forschen und sollten auch andere Energieträger wie synthetisch hergestellte Kohlenwasserstoffe oder Wasserstoff nicht vernachlässigen.“ Überschüssiger Windstrom könne zum Beispiel gut in Form von chemischen Energieträgern gespeichert werden. Auch Siemens arbeitet bereits an einer derartigen Technologie, die mit Wasserstoff funktioniert (siehe Artikel „Windstrom zu Wasserstoff"). Grundsätzlich, so Umbach, sei vor allem eines wichtig, um kommende Herausforderungen zu meistern: Neben einem gesunden Realitätssinn ein ausgeprägtes Maß an Fantasie – womit sich der Kreis zu König Ludwig II. wieder schließt.