Flüssigsauerstoff (LOX) und der Allam-Fetvedt-Zyklus bei SwRI und 8 Rivers: Strompreis-Volatilität nutzen

Ingenieurteams in Texas sind überzeugt: Man kann die Flaute im Stromnetz „abfüllen“. Ihr Ansatz: Überschüssigen Strom nutzen, um Sauerstoff bei −183 °C zu verflüssigen, ihn zwischenzulagern und später wieder in teuren Spitzenstrom zurückzuverwandeln – nahezu ohne sichtbare Abgasfahne und mit bereits abgetrenntem Kohlenstoff.

Wie Flüssigsauerstoff (LOX) aus billigem Strom Wert macht

Wenn die Strompreise nachgeben, trennt eine Luftzerlegungsanlage Sauerstoff aus der Umgebungsluft ab. Solche Anlagen laufen heute bereits in grossem Umfang, etwa in der Stahlindustrie und in der Chemie. Der neue Kniff liegt im nächsten Schritt: Statt gasförmigen Sauerstoff sofort am Markt zu verkaufen, wird er stark heruntergekühlt, zu Flüssigsauerstoff (LOX) verflüssigt und als kalte, dichte Flüssigkeit in isolierten Tanks gelagert. Grosse Tanks nach dem Vorbild von LNG-Speichern halten Verdampfungsverluste (Boil-off) sehr gering.

Sobald das Stromnetz später nach Leistung „ruft“, wird das LOX wieder erwärmt, in einen hocheffizienten Turbinenprozess eingespeist und Strom genau dann verkauft, wenn die Margen attraktiv sind. Das Southwest Research Institute (SwRI) und 8 Rivers haben diese Arbitrage-Schleife patentiert. Sie setzt bewusst auf bekannte Technik: kryogene Luftzerlegung, LOX-Speicherung und eine kompakte CO₂-Turbine.

„Speichere Sauerstoff, wenn Strom billig ist. Verbrenne sauberer und verkaufe, wenn Strom teuer ist. Die Preisspanne bezahlt die Tanks.“

Der Allam-Fetvedt-Zyklus einfach erklärt

Kern des Konzepts ist der Allam-Fetvedt-Zyklus, entwickelt unter Führung von 8 Rivers und bereits im Pilotmassstab erprobt. Erdgas wird dabei nicht mit Luft verbrannt, sondern mit reinem Sauerstoff und rückgeführtem CO₂. Weil Stickstoff aus der Flamme fernbleibt, sinken die NOx-Emissionen deutlich. Gleichzeitig besteht das Abgas im Wesentlichen aus CO₂ und Wasser. Das Wasser wird kondensiert, das CO₂ bleibt als Arbeitsmedium in einem geschlossenen Kreislauf, und sein überkritischer Druck treibt eine Turbine an. Der zusätzlich entstehende „frische“ CO₂-Strom kann direkt in die Speicherung oder in industrielle Anwendungen gehen – er ist bereits abgetrennt.

Das Ergebnis ist ein Kraftwerkskonzept ohne klassische Abgasfahne. Die Leistungsfähigkeit liegt nahe an modernen Gasturbinen – teils sogar darüber – und am Ende steht CO₂ in Pipeline-Qualität. Damit entfällt der komplizierte, energieintensive Abscheideschritt, an dem viele CCS-Projekte wirtschaftlich und technisch zu kämpfen haben.

Was die „Mond“-Verbindung tatsächlich bedeutet

LOX trieb die Saturn V an und ist auch bei heutigen Trägerraketen Standard. Raketenteams setzen darauf, weil Flüssigsauerstoff eine hohe Sauerstoffdichte besitzt und sich gut fördern lässt. Genau dieses Prinzip übernehmen nun Energietechniker: LOX wird als speicherbarer „Ermöglicher“ behandelt, der die Sauerstofferzeugung zeitlich von der Stunde entkoppelt, in der die Megawatt tatsächlich gebraucht werden.

• Bewährte Technik, neuer Takt: Kryogener Sauerstoff wechselt von gleichmässigem Industrieeinsatz zu zeitlicher Verschiebung im Stromnetz.
• Sauberere Flamme: Oxyfuel-Verbrennung vermeidet Stickstoff, wodurch CO₂-Abtrennung einfacher wird.
• Einnahmeschwankung nutzbar: LOX bei negativen oder niedrigen Preisen erzeugen, bei Spitzenpreisen einsetzen.

Warum Preisschwankungen das Konzept tragen

Wind- und Solarstrom drücken die Preise in windigen Nächten oder sonnigen Wochenenden nach unten. Danach können Kälteeinbrüche, eine Abendspitze oder windstille Wetterlagen die Preise rasch nach oben treiben. SwRI hat das System stundenweise über ein ganzes Jahr modelliert und dabei genügend Preisspreizung gesehen, um Tanks und Kälteanlagen zu rechtfertigen. Je höher der Anteil erneuerbarer Energien, desto schärfer wird die Logik: Mehr Energie mit Grenzkosten nahe null führt zu tieferen Tälern und höheren Spitzen.

„Wenn erneuerbare Energien zunehmen, nimmt die Volatilität zu. Volatilität schafft Optionen. LOX parkt diese Optionen in Stahltanks.“

Heute werden im Stromnetz Gigawattstunden an Windenergie abgeregelt, weil Leitungen überlastet sind oder die Nachfrage zu niedrig ist. Diese Verschwendung belastet Erzeuger wie auch Kundinnen und Kunden. Eine LOX-Anlage kann einen Teil dieser Überschüsse aufnehmen – ohne die seltenen Standortvoraussetzungen von Pumpspeichern und ohne die kurze Dauer vieler Batteriespeicherfelder.

Was das für das Stromnetz im Vereinigten Königreich bedeuten könnte

Grossbritannien erlebt bereits nachts und an stürmischen Wochenenden negative Preise. Über den „Balancing Mechanism“ werden Zahlungen ausgelöst, um Windanlagen herunterzufahren – zur Frustration vieler Beteiligter. Ein LOX-gestütztes Allam-Kraftwerk könnte die Situation umdrehen: Es würde Strom kaufen, wenn die Preise absacken, daraus Sauerstoff produzieren (der nicht „verdirbt“) und dann in Zeiten hoher Nachfrage mit hoher Leistung laufen – während der Kohlenstoff für Speichercluster in der Nordsee abgeschieden bereitsteht.

Zudem wäre es keine Verdrängung bestehender Optionen, sondern eher eine Ergänzung: ein langandauernder, brennstoffflexibler Baustein, der Volatilität belohnt, statt sie als Risiko zu behandeln.

Vergleich mit anderen Speicheransätzen

Option	Typische Dauer	Wirkungsgrad im Lade-/Entladezyklus	Hinweise zur Skalierung
Lithium-Batterien	1–4 Stunden	~85–92%	Sehr schnelle Reaktion, Einschränkungen in Lieferketten
Pumpspeicher	6–20+ Stunden	~70–85%	Benötigt passende Geografie, lange Genehmigungszeiten
Kryogene Luftspeicherung (LAES)	6–12+ Stunden	~50–60%	Luft als Arbeitsmedium, Pilotanlagen im Vereinigten Königreich vorhanden
LOX + Allam-Zyklus	8–24+ Stunden	Wirtschaftlichkeit hängt von Preisspreads ab; elektrischer Wirkungsgrad beim Entladen hoch	Gute Ergänzung zu CCS-Clustern, benötigt Gasversorgung

Wo die Hardware zuerst zum Einsatz kommt

SwRI will das Konzept voraussichtlich bereits ab 2026 am STEP-Demonstrationsstandort in San Antonio einbinden. STEP testet schon heute Turbomaschinen für überkritisches CO₂ in relevanter Grössenordnung. Mit LOX-Erzeugung und dem Allam-Fetvedt-Kreislauf würde der Standort zu einer Referenz für abrufbare, emissionsarme Stromerzeugung, die umso besser verdient, je stärker das Netz sie benötigt.

Auch die Lieferkette wirkt vertraut: Kryogene Luftzerlegungsanlagen gibt es als Standardprodukte. LOX-Tanks ähneln Speichern aus der Industriegastechnik. Der Turbinenprozess baut auf Komponenten auf, die über Jahre erprobt wurden. Das senkt das Technologierisiko und beschleunigt die Umsetzung realer Projekte.

Kosten, Risiken und die entscheidenden Details

Die Kennzahlen verdienen eine genaue Betrachtung. Die Sauerstofferzeugung kostet Strom – Industriebetriebe berichten bei gasförmigem Sauerstoff häufig von einigen Hundert Kilowattstunden pro Tonne, dazu kommt zusätzlicher Bedarf für die Verflüssigung. Betreiber müssen die Tankgrösse so auslegen, dass sie Flauten überbrücken können. Verdampfungsverluste bleiben in grossen Tanks zwar niedrig, sind aber nicht gleich null. Der Umgang mit LOX verlangt ausserdem strikte Sicherheitsstandards: Schon kleine Leckagen können Brandrisiken stark erhöhen, weshalb Schulungen, Sicherheitsabstände und geeignete Standortkonzepte nötig sind.

Auch die CO₂-Geschichte steht und fällt mit Pipelines und Speicherung. Der Allam-Zyklus liefert zwar reines CO₂, doch es braucht weiterhin einen sicheren Ort für die Einlagerung. Im Vereinigten Königreich kommen Nordsee-Speicherprojekte voran, was die Voraussetzungen verbessert. Ebenso entscheidend sind Markt- und Regulierungsregeln: Wenn Politik flexible, CO₂-arme Spitzenlastanlagen belohnt und Kapazitätszahlungen ermöglicht, wird das Modell stärker. Wenn Märkte dagegen weiterhin Erneuerbare abregeln, ohne die Aufnahme von Überschussstrom zu vergüten, schwächt das den Business Case.

Wer profitiert, wenn es funktioniert

• Verbraucherinnen und Verbraucher erleben weniger Preisspitzen, wenn mehr flexible Anlagen in der Spitze einspringen.
• Wind- und Solarbetreiber verlieren weniger Erlöse durch Abregelung.
• Industriecluster erhalten einen stetigen CO₂-Strom für Nutzung oder Speicherung.
• Netzbetreiber gewinnen abrufbare Kapazität, die ohne seltene geografische Voraussetzungen skalieren kann.

Worauf als Nächstes zu achten ist

Zwei Meilensteine signalisieren den Durchbruch. Erstens: ein klarer kommerzieller Ansatz, der den Einkauf von Niedrigpreisstrom, die LOX-Produktion und den Verkauf in Hochpreisstunden sauber bepreist. Zweitens: Standorte in der Nähe von CO₂-Pipelines und Speicherhubs, damit abgeschiedener Kohlenstoff ohne Umwege monetarisiert werden kann. Ein Pilotbetrieb, der einen kompletten Winter und Sommer abdeckt, wird zeigen, wie das System mit echter Volatilität zurechtkommt.

Zusätzlicher Kontext für Energiefachleute

Flüssigsauerstoff ist keine Batterie – daher sollte man ihn nicht als reinen Rundlauf-Speicher rahmen. Treffender ist die Sicht als zeitverschiebbarer Oxidator, der ein hocheffizientes, CO₂-abscheidendes Kraftwerk flexibler macht. Wer die Wirtschaftlichkeit abschätzen will, kann eine einfache Preisspanne skizzieren: Einen durchschnittlichen Niedrigpreis ansetzen, gegen den sich absichern lässt, dann Energie- und Kapitalkosten für Herstellung und Lagerung von LOX addieren und schliesslich den Erlös aus Spitzenstrom plus mögliche CO₂-Gutschriften gegenüberstellen. Übersteigt die Spanne die auf die Laufzeit umgelegten Kosten mit ausreichender Marge, „verdienen“ die Tanks ihren Platz.

Das Vereinigte Königreich kann dazu eine schnelle Simulation mit realen Preisdaten fahren: Ein Jahr halbstündliche Grosshandelspreise laden, negative oder niedrige Preisfenster markieren, LOX-Produktion in diesen Zeitfenstern modellieren und das Allam-Kraftwerk in den oberen 10% der Preisstunden laufen lassen. Ergänzt man CO₂-Preise und – falls verfügbar – eine Kapazitätszahlung, zeigt dieses Kurzmodell, wie oft die Tanks zyklieren, wie gross sie dimensioniert werden müssen und wie sich die Wirtschaftlichkeit mit mehr Wind im System verschiebt.