Verbesserte Energiespeicherung bringt erneuerbare Technologien voran
Zurzeit werden drei Prozesstypen zur Speicherung von Wärmeenergie auf Basis sensibler, latenter und thermochemischer Speicherung in Betracht gezogen. Die größte Energiemenge kann mit Hilfe thermochemischer Prozesse gespeichert werden. Jedoch wird in diesem Fall das Wärmespeicherungssystem immer komplexer, was mit Kostensteigerungen verbunden ist. Das Projekt SOLSTORE wurde im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen gefördert. Im Lauf dieses Projekts untersuchte das Forscherteam die Entwicklung neuer Werkstoffe und Technologien zur kostengünstigen, ultrakompakten Speicherung von Wärmeenergie bei hohen Temperaturen (300-800 °C). Dazu zählte die Untersuchung reversibler chemischer Festkörperreaktionen, die in praktischen Anwendungen, etwa bei solarthermischen Kraftwerken mit Strahlungsbündelung, eingesetzt werden können. Ziel waren die Vereinfachung der Wärmespeichertechnologien und die Senkung der Kosten.
Vielfältige Vorteile
Werden Reaktionen zwischen Festkörpern ausgenutzt, hat das etliche Vorteile. Zum Beispiel sind die Reaktionsmechanismen im Vergleich zu anderen thermochemischen Speichertypen, in denen Gas-Festkörper-Reaktionen stattfinden, einfacher. „Sie tragen zur Konzipierung einfacherer Speichersysteme und zum möglichen Direktkontakt des Speichermaterials mit der Wärmeträgerflüssigkeit bei, ohne dass Wärmeaustausch stattfinden muss, was die Kosten senkt“, erklärt Dr. Stefania Doppiu, assoziierte wissenschaftliche Mitarbeiterin am Energy Cooperative Research Centre (CIC Energigune) in Spanien. Die Forschergruppe ermittelte und bewertete mehrere vielversprechende Festkörperreaktionen für experimentelle Untersuchungen im Bereich Wärmespeicherung, die in einem breiten Temperaturbereich funktionieren. Anhand der umfassenden Untersuchung von zwei Systemen mit verschiedenen Eigenschaften (auf Basis von Metallen und Salzen) konnten sowohl das Potenzial als auch die Grenzen dieser Reaktionen aufgezeigt werden, die stark von der Beschaffenheit der reagierenden Materialien abhängig sind. Bei der Untersuchung offenbarte sich gleichermaßen der Zusammenhang zwischen Mikrostruktur und Reaktivität. Es konnten die besten mikrostrukturellen Bedingungen für eine maximale Reaktivität im festen Zustand identifiziert werden. Das SOLSTORE-Forscherteam wird sich als nächstes auf die Erforschung der Materialien in einem größeren Maßstab konzentrieren, um deren Verhalten unter realistischeren Bedingungen zu testen. Werden große Mengen an Material in ein Wärmespeicherungssystem eingebunden, wird das ebenfalls zur Kostensenkung beitragen.
Verbesserte Effizienz
Hohe Speicherkapazität, gute Wärmeleitfähigkeit, mechanische und chemische Stabilität sowie eine vollständige Reversibilität der Lade- und Entladezyklen zählten zu den Ergebnissen. „Wir haben eine sehr vielversprechende reversible Reaktion bei ungefähr 500 °C mit hohem Wärmeenergiespeicherungsvermögen (200 J/g), schneller Kinetik, guter Zyklierbarkeit und Stabilität gefunden“, erläutert Dr. Doppiu. Wird in konventionellen Kraftwerken Wärmespeicherung betrieben, so kann das Stromnetz besser verwaltet werden, wodurch eine größere Regulierungskapazität und eine höhere Betriebs- und Versorgungssicherheit geschaffen werden. Dr. Doppiu sagt dazu: „In solarthermischen Kraftwerken mit Strahlungsbündelung stellt die Wärmespeicherung ein Schlüsselelement der Verbesserung der Energie- und Kosteneffizienz sowie der Stabilisierung der Solarstromerzeugung dar.“ SOLSTORE könnte außerdem bei industriellen Wärmeprozessen eine wichtige Rolle spielen. „Wärmespeicherung kann das Management der Kraft-Wärme-Kopplung vor Ort und den Wirkungsgrad von Dampferzeugungsprozessen verbessern und außerdem zur Abwärmerückgewinnung und Wiederverwendung in exo-/endothermen Batchverfahren beitragen“, betont Dr. Doppiu.
Schlüsselbegriffe
SOLSTORE, Wärmespeicher, Reaktionen, Festkörper, thermochemisch, solarthermisches Kraftwerk mit Strahlungsbündelung, konzentrierte Solarenergie, CO2-arme Wirtschaft, Wirtschaft mit geringen CO2-Emissionen
