Energie verlustfrei lagern – ein Schlüssel zur Energiewende?

Tuesday, 10 May 2022 10:59
Waermespeicher_Fanz_Winter Foto: (c) TU-Wien

Lena Schmieder und Harald Bürgmayr

Jetzt die Wärme speichern und im Winter damit heizen – wer möchte das nicht. Ist es ein Ding der Unmöglichkeit? Die TU Wien erfand einen chemischen Wärmespeicher, mit dem Energie monatelang verlustfrei gelagert und im Winter damit geheizt werden kann. Ein patentierter chemischer Reaktor macht dies möglich.

Die bisher wohl größte Hürde für eine Energiewende liegt in dem bisher ungelösten Problem, Energie langfristig zu speichern. An der TU Wien wurde nun ein neuartiger chemischer Wärmespeicher erfunden, mit dem man große Energiemengen auf umweltfreundliche Weise praktisch unbegrenzt lange speichern kann.

Man verwendet Wärme, um eine chemische Reaktion auszulösen. Dabei entstehen energiereiche chemische Verbindungen, die problemlos und ohne Energieverlust monatelang gelagert werden können. Bei Bedarf lässt sich dann die chemische Reaktion umkehren, dabei wird die Energie wieder freigesetzt. So kann man etwa Abwärme von Industrieanlagen oder auch Sonnenwärme im Sommer speichern, um damit den Winter hindurch Gebäude zu heizen. Die chemische Reaktion und der dafür speziell entwickelte Suspensionsreaktor wurden nun patentiert.

Im Sommer speichern, im Winter nutzen

Es gibt viele Methoden, Energie zu speichern, doch alle haben ihre Nachteile: Man kann Batterien aufladen, doch ihre Kapazität ist begrenzt. Man kann mit elektrischem Strom Wasserstoff herstellen, doch er kann nur schwer langfristig gelagert werden. Die neue Methode der TU Wien beruht auf einem ganz anderen Prinzip – der Umwandlung von Wärmeenergie in chemische Energie und wieder zurück.

„Es gibt unterschiedliche chemische Reaktionen, die man für diesen Zweck nutzen kann. Wir verwenden etwa Borsäure, ein festes Material, das wir mit Öl vermischen“, erklärt Prof. Franz Winter vom Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und technische Biowissenschaften der TU Wien. „Diese ölige Suspension kommt in einen Reaktor, dessen Wand auf eine Temperatur zwischen 70°C und 200°C aufgeheizt wird.“ Viele Prozesse in der Industrie finden in diesem Temperaturbereich statt, daher ist diese Methode optimal geeignet, um Abwärme von Industrieanlagen zu nutzen, die sonst einfach verlorengehen würde. Man kann solche Temperaturen aber auch einfach erreichen, indem man Sonnenlicht bündelt.

Durch die Hitze kommt es zu einer chemischen Reaktion – so wird etwa Borsäure in Boroxid umgewandelt, und dabei wird Wasser freigesetzt. Die ölige Boroxid-Suspension kann man dann in Tanks lagern. Wenn man dieser Suspension dann wieder Wasser zuführt, läuft die chemische Reaktion umgekehrt ab, und die gespeicherte Wärme wird wieder freigesetzt.

„Damit ist der Kreislauf geschlossen und die Suspension kann ein weiteres Mal verwendet werden“, erklärt Franz Winter. „Im Labor haben wir gezeigt, dass auf diese Weise problemlos viele Auf- und Entladungsvorgänge möglich sind.“

Viele Vorteile gleichzeitig

Die Technologie wurde bereits patentiert, nun soll noch genauer untersucht werden, wie sie sich am besten und effizientesten anwenden lässt. „Für unterschiedliche Anwendungsbereiche werden unterschiedliche Reaktorgrößen optimal sein“, sagt Franz Winter. „Man muss diese Reaktoren immer als Teil eines Gesamtsystems sehen. Je nachdem, welche Wärmemengen bei welchen Temperaturen etwa in einer Industrieanlage anfallen und welche anderen energietechnischen Einrichtungen es dort bereits gibt, muss man den Prozess optimal anpassen.“

Neben Borsäure können auch andere Chemikalien eingesetzt werden – auch Salzhydrate wurden untersucht. Borsäure und Salzhydrate vereinen gleich mehrere Vorteile: Sie sind kostengünstig und einfach verfügbar,relativ ungefährlich und über viele Zyklen hinweg stabil und können beliebig lange aufbewahrt werden. Die Reaktortechnologie kann auf industrielle Maßstäbe hochskaliert werden. Das verwendete Öl erlaubt optimalen Wärmetransfer und schützt gleichzeitig den Reaktor während der Reaktion und die Feststoffe während der Lagerung.

Der genaue Wirkungsgrad ist abhängig von gekoppelter Technologie

Einen genauen Wirkungsgrad des Prozesses kann man derzeit noch nicht angeben – er wird stark davon abhängen, wie der Speicher mit anderen Technologien gekoppelt wird. Der große Vorteil ist, die langfristige Speichermöglichkeit von Wärmemengen, die sonst einfach verlorengehen würden, und deren bedarfsorientierte Nutzung.
„Wir wollen nun, auch gemeinsam mit Industriepartnern, intensiv an dieser Technologie weiterforschen“, kündigt Franz Winter an. „Wir sind überzeugt davon, dass mit dieser Erfindung ein wichtiger Schritt nach vorne gelungen ist, der in den nächsten Jahren auch den Schritt in die industrielle Anwendung finden wird.“

Infovideo:
https://www.youtube.com/watch?v=xBvYmeZyV9w
Die Patentierung erfolgte mit Unterstützung der Forschungs- und Transfersupports der TU Wien.
Nähere technische Information:
https://www.tuwien.at/fileadmin/Assets/dienstleister/forschungs-_und_transfersupport/TO/1_Energy_Production_Storage/Dokumente/TUWien_2020-055_TCES_Suspesion-Reactor.pdf

Rückfragehinweis:
Prof. Franz Winter
Institut für Verfahrenstechnik,
Umwelttechnik und technische Biowissenschaften
Technische Universität Wien
+43 1 58801 166301
This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

(GZ)
Quelle: TU Wien
Foto: (c) TU Wien

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