Supraleitendes hybrides Energie-Übertragungs- und -Speichersystem und seine prognostizierte Auswirkung auf eine nachhaltige Energiezukunft

Warum diese Energieidee für die Zukunft wichtig ist

Je mehr unseres Stroms aus Wind- und Solarenergie stammt, desto schwieriger wird es, die Versorgung zuverlässig aufrechtzuerhalten. Sonne und Wind fallen nicht immer dann und dort an, wo Menschen Energie benötigen, und die heutigen Leitungs- und Speichersysteme sind nicht für diese neue Welt konzipiert. Dieser Artikel beleuchtet einen mutigen Vorschlag, enorme Mengen sauberer Energie mit einer einzigen Hightech-Pipeline zu transportieren und zu speichern, die sowohl Strom als auch flüssigen Wasserstoff führt, mit dem Ziel, Länder auf dem Weg zu einer vollständig erneuerbaren, kohlenstoffarmen Zukunft zu unterstützen.

Das heutige Puzzle der sauberen Energie

China verfügt – wie viele große Länder – über weite Regionen mit starkem Wind- und Sonnenpotenzial, die weit von den Großstädten entfernt sind, in denen der Großteil des Stroms verbraucht wird. Reale Daten aus allen 31 Festlandsprovinzen für die erste Hälfte des Jahres 2024 zeigen eine deutliche Unstimmigkeit: Einige Provinzen, etwa Neimenggu und Yunnan, erzeugen deutlich mehr Strom, als sie verbrauchen, während Küsten- und Industriegebiete wie Jiangsu, Zhejiang und Guangdong stark auf importierten Strom angewiesen sind. Da China plant, die Wind- und Solarproduktion bis 2060 um das bis zu Sechsfache zu erhöhen und den Einsatz fossiler Brennstoffe deutlich zu reduzieren, dürften diese Lücken wachsen. Konventionelle Fernleitungen können helfen, verlieren dabei aber Energie und stoßen auf Kosten-, Flächen- und Planungsprobleme.

Eine neue Art von Energie-Autobahn

Die Forscher schlagen ein „hybrides Energiesystem“ vor, das auf supraleitenden Kabeln basiert, die mit flüssigem Wasserstoff gekühlt werden. Supraleiter können Strom nahezu widerstandsfrei transportieren, während flüssiger Wasserstoff sowohl als Energieträger als auch als Kühlmittel dient, das das Kabel kalt hält. In diesem Konzept versorgt überschüssiger Wind- und Solarstrom zunächst Haushalte und Betriebe. Überschüssige Energie wird dann zur Wasserspaltung genutzt, um Wasserstoff zu erzeugen, der verflüssigt und durch dieselbe vergrabene Pipeline gepumpt wird, die das supraleitende Kabel beherbergt. Die Pipeline wird so zu einer Energie-Autobahn, die Strom und gespeicherten Wasserstoff gemeinsam von ressourcenreichen Regionen zu weit entfernten Bedarfszentren transportiert.

Ein realer Test auf einer Insel

Um die praktische Funktionsweise zu untersuchen, modellierte das Team eine Fallstudie auf der Chongming-Insel bei Shanghai, einer Küstenregion mit starken Wind- und Solarressourcen. Sie entwarfen einen Ring aus Energie-„Knoten“, verbunden durch hybride Pipelines, jeweils 10 Kilometer voneinander entfernt und mit Kühlstationen ausgestattet. Im simulierten Tagesverlauf liefert der Wind in frühen und späten Stunden Strom, die Sonne dominiert zur Mittagszeit, und das kombinierte System hält eine konstante Leistung von 42 Megawatt für lokale Nutzer bereit. Überschüssiger Strom wird in mehr als 13.000 Kilogramm flüssigen Wasserstoff umgewandelt, der die supraleitenden Kabel kühlt und als großer Energiespeicher dient, auf den zurückgegriffen werden kann, wenn der Wind nachlässt oder die Sonne untergeht.

Kapazität, Verluste und Kosten

Technische Analysen zeigen, dass ein einzelnes supraleitendes Kabel in diesem Aufbau bis zu 100 Megawatt übertragen kann, etwa das Doppelte einer vergleichbaren konventionellen Leitung, während der Flüssigwasserstoffstrom durch moderate Anpassung von Rohrgröße und Fließgeschwindigkeit mehrere Male der Basismenge erreichen kann. Bei moderaten Leistungen und Distanzen um etwa 100 Kilometer haben herkömmliche Hochspannungsleitungen immer noch geringere Energieverluste und niedrigere Anfangskosten. Mit steigender Kapazität in den Bereich von Hunderten Megawatt wird das nahezu verlustfreie Kabel jedoch attraktiver: Bei einer 500-Megawatt-Verbindung sind die Verluste der Hybrid-Pipeline weniger als halb so groß wie bei Standardkabeln. Berücksichtigt man die Kosten für Bau und Betrieb von Elektrolyseuren, Rohren, Tankern und Umspannwerken, wird das Hybridsystem über die Zeit bei sehr großen, langlebigen Projekten wettbewerbsfähig — insbesondere, wenn die Anlagenpreise wie erwartet sinken.

Verengung der Energielücke zwischen Regionen

Auf nationaler Ebene projizieren die Autoren das chinesische Stromsystem für 2060 unter zwei Szenarien: eines mit überwiegend konventionellem Netz und ein anderes, in dem Hybrid-Energie-Pipelines weit verbreitet sind. Im konventionellen Fall, selbst mit 80 Prozent Strom aus erneuerbaren Quellen, haben viele Küstenprovinzen weiterhin große Defizite und sind auf Importe angewiesen, während Binnenprovinzen Schwierigkeiten haben, ihren überschüssigen sauberen Strom zu exportieren. Im Hybrid-Szenario ermöglichen die stärkere, flexiblere Übertragung und die Nutzung überschüssigen Stroms zur Wasserstoffproduktion dem System, etwa doppelt so viel erneuerbare Energie und fast fünfmal so viel Wasserstoff zu integrieren. Dieses Netzwerk kann Engpässe in der Nähe großer Städte mildern, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen reduzieren und das Land näher daran bringen, den Strombedarf nahezu vollständig aus erneuerbaren Quellen zu decken.

Was das für eine sauberere Zukunft bedeutet

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass supraleitende Hybrid-Energie-Pipelines eines Tages ergänzend zu heutigen Stromleitungen und Kraftstofftransporten eingesetzt oder diese teilweise ersetzen könnten, indem sie große Mengen sauberer Energie effizient über weite Strecken transportieren und zugleich als Wasserstoffspeicher dienen. Der Ansatz ist nicht sofort einsatzreif: Er steht vor Herausforderungen in den Bereichen Sicherheit, kryogene Technik, langfristige Zuverlässigkeit und Anfangskosten. Dennoch könnten Systeme wie das hier vorgeschlagene, sofern sich die Technologien für Flüssigwasserstoff und supraleitende Kabel weiterentwickeln, ein wichtiges Instrument werden, um ungleich verteilte Wind- und Solarressourcen auszugleichen und ein Energiesystem zu unterstützen, das weitgehend auf erneuerbaren Quellen basiert.

Zitation: Chen, X., Chen, Y., Jiang, S. et al. Superconducting hybrid energy transmission and storage system and its projected impact on a sustainable energy future. Commun. Sustain. 1, 77 (2026). https://doi.org/10.1038/s44458-026-00077-z

Schlüsselwörter: Erneuerbare Energie, Flüssigwasserstoff, Supraleitende Kabel, Energiespeicherung, Fernübertragung