Wir sind es gewohnt, zu jeder Tages- und Nachtzeit warmes Wasser zu haben, zum Tagesausklang einen Film zu schauen oder vor dem Schlafengehen ein Buch lesen zu können, weil unsere LEDs Licht spenden. Ein Luxus, der für uns schon alltäglich geworden ist. Um ihn genießen zu können, muss Strom bildlich gesprochen immer auf Rufbereitschaft sein. Daher werden regelbare Kraftwerke, die Strom nach Bedarf liefern können, immer wichtiger.
Doch diese Verfügbarkeit von Strom mit einer erfolgreichen Energiewende zu verbinden, ist eine Herausforderung. Denn bei erneuerbaren Energiequellen wie Windkraft und Photovoltaik muss die Energie direkt in das System eingespeist werden. Komplikationen ergeben sich hier, da diese Energiequellen aufgrund natürlicher Faktoren wie dem Wechsel der Jahreszeiten, oder bereits dem Wechsel von Tag zu Nacht Schwankungen ausgesetzt sind. Speichersysteme sind daher eine Notwendigkeit, um diese Energiequellen optimal nutzen zu können. Aktuell gibt es jedoch noch keine Systeme für Strom mit ausreichender Speicherkapazität, langfristiger Betriebssicherheit und wettbewerbsfähigen Kosten.
Doch es gibt eine Möglichkeit, wie Strom über längere Zeit und zu deutlich niedrigeren Kosten gespeichert werden kann: als Wärme.
Solarthermische Kraftwerke (Concentrated Solar Power, CSP) wandeln Sonnenenergie in Wärme mittlerer bis hoher Temperatur um, die dann bei Bedarf zur Stromerzeugung genutzt werden kann.
Durch diese Regelbarkeit und die Tatsache, dass der gesamte Vorgang ohne CO2-Emission abläuft, sind CSP-Kraftwerke im Bereich der erneuerbaren Energien so interessant. Aktuell sind Systeme auf dem Markt, die auf dem Prinzip der nicht reaktiven Wärmespeicherung basieren.
Nicht reaktive Wärmespeicherung – Was ist das?
Vielleicht erinnern Sie sich auch noch an die Handwärmer, die nach dem Knicken eines Metallplättchens wärmer werden. Die Wärme wird hierbei frei, da das Gel nach einem kurzen energetischen Impuls (Knicken des Metalls) auskristallisiert und damit seinen Aggregatzustand von flüssig zu fest ändert. Dabei wird Energie in Form von Wärme frei, ohne dass eine chemische Reaktion stattgefunden hat. Leider lässt die wärmende Funktion des Handwärmers nach etwa einer Stunde bereits nach. Erst wenn er wieder erhitzt wird, wechselt das Material den Aggregatzustand zurück zur flüssigen Form und er kann erneut benutzt werden.
Energie kann jedoch auch frei werden, wenn eine chemische Reaktion stattfindet. Ein Beispiel hierfür sind Wärmepflaster, die zum Beispiel bei Rückenschmerzen eingesetzt werden. Diese werden luftdicht verpackt verkauft und erst beim Kontakt mit Sauerstoff geben sie Wärme ab. Der Prozess dahinter ist eine exotherme Reaktion ausgelöst durch die Oxidation. Wer solche Pflaster schon mal ausprobiert hat, weiß, dass die Wärme bis zu einem halben Tag anhalten kann. Das Material kann also „mehr“ Wärme speichern als der nicht reaktive Handwärmer.
Wird dieser Ansatz nun groß-skalig verfolgt, ergibt sich das Potenzial, die Speicherkapazität und Effizienz von CSP deutlich zu erhöhen, sodass eine kommerzielle und großflächige Nutzung möglich wird.
In dem öffentlich geförderten Projekt Porotherm-Solar soll nun ein redox-aktives Speichersystem entwickelt werden. Durch die zyklische Reduktion und Oxidation geeigneter Materialien kann Wärme bei der Reduktion gespeichert und wieder erzeugt werden, sobald das Material oxidiert.
Grundlage sind offenporige Perowskitstrukturen die als hybride thermische Speicher für Solarenergie genutzt werden können. In dem Projekt arbeitet WZR zusammen mit dem DLR – Institut für Future Fuels, der ECT-Kema GmbH, der KI Keramik-Institut GmbH, der KRAFTBLOCK GmbH und der ExoMatter GmbH zusammen.
Hauptaufgabe von WZR ist die Fertigung geeigneter Geometrien für die Speichereinheiten unter Anwendung verschiedener additiver Fertigungsverfahren wie Binder Jetting oder Material Extrusion.
Das Projekt wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK).
