Chemische Energiespeicher
Die Anfänge der Energiespeicherung liegen in der Biologie, heute als »chemische Energiespeicherung« bezeichnet. Solarenergie ist in Form von chemischen Bindungen in Kohlenwasserstoffen gespeichert, die bei ihrer Verbrennung Energie freigeben. Das fossile Potenzial chemischer Energiespeicher geht jedoch zur Neige und das nachhaltige Potenzial an Biomasse ist begrenzt.
Für die Vollendung der Energiewende wird daher Strom ein bedeutender Primärenergieträger werden. Die tragenden Säulen werden Wind- und Solarenergie sein. Da diese Quellen am ökonomischsten über die Stromerzeugung zu nutzen sind, ist ihre direkte Speicherung in Form von elektrischer Energie naheliegend. Elektrische Energie lässt sich aber nur schwer über einen langen Zeitraum speichern. Daher ist die Umwandlung von elektrischer Energie in chemisch gespeicherter Energie sinnvoll. Die chemische Energiespeicherung erfüllt diese Ansprüche.
Unter chemischer gespeicherter Energie können alle heutigen konventionellen Energieträger gesehen werden. In der Energiewende werden chemische Energieträger interessant, die erneuerbar hergestellt werden, da diese derzeit die einzige Option darstellen, ökonomisch eine Langzeitspeicherung von erneuerbaren Energien zu garantieren. Auch dienen diese zur Kopplung der Energiesektoren, damit auch der Verkehrssektor und die chemischen Industrie frei von fossilen CO2-Emissionen werden. Es sind derzeit vor allem Power-to-Gas und Power-to-X hervorzuheben.
Das Prinzip basiert auf der Umwandlung von Strom, am besten erneuerbare Stromüberschüsse, mittels Elektrolyse in Wasserstoff. Wasserstoff kann als Energieträger bereits sehr viele Aufgaben übernehmen. Da aber die Energie-Infrastruktur nur bedingt auf Wasserstoff ausgelegt ist, ist meist ein weiterer Schritt nach der Elektrolyse sinnvoll (siehe Abbildung chemischer Energiespeicher). Derzeit am interessantesten sind die Methanisierung (Erdgas), Methanolisierung sowie die Fischer-Tropsch-Synthese (synthetischer Benzin/Diesel/Kerosin). Diese Energieträger entsprechen den derzeitigen fossilen Energieträger und können ohne Anpassung diese substituieren. Mit jedem Wandlungsschritt ist aber eine Wirkungsgradverschlechterung verbunden.