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Der Reaktor als Herzstück der Kalkspeicheranlage: Wissenschaftler entwickeln eine effizientere Methode, Kalk als Wärmespeicher zu nutzen. © DLR (CC-BY 3.0)
Thermochemische Energiespeicher
10.12.2015
Kalkspeicher: Günstig, effizient und nachhaltig Am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) setzen Forscher Kalk als Speichermedium in einer eigens entwickelten Wärmespeicher-Anlage ein. Wärme lässt sich so in Form einer reversiblen Reaktion speichern. Solche Speicher können dabei helfen, große Energiemengen in Industrieprozessen und privaten Haushalten effizienter zu nutzen. Jetzt wurde die neue Anlage in Betrieb genommen. Kalk als günstiges Speichermaterial: Über ein Silo kann beliebig viel Kalk in Pulverform nachgeliefert werden. Der Kalk wird dann beim Vorbeifließen an Edelstahlrohren gebrannt und kann so die Wärme speichern. © DLR (CC-BY 3.0)
Wenn Kalziumhydroxid, sogenannter gelöschter Kalk, erwärmt wird, entsteht ab circa 450 Grad Celsius Kalziumoxid, da dem Calciumhydroxid Wasser entzogen wird. Bei dieser Redaktion werden rund 80 Prozent in Form von chemischer Energie geespeichert. © DLR (CC-BY 3.0)
Die Wissenschaftler entwickelten mit dem Speichermaterial Kalk ein Konzept, das sich bei Prozessen mit hohen Temperaturen einsetzen lässt. Die Kalkspeicheranlage ist eine Weiterentwicklung eines ersten Prototyps im Technikumsmaßstab (BINE Informationsdienst berichtete). Diese kann Energie noch kostengünstiger und effizienter speichern. Dabei wird das Speichermaterial – der sogenannte gelöschte Kalk – erwärmt. Ab circa 450 Grad Celsius beginnt dann eine endotherme Reaktion, wodurch Kalziumoxid – der gebrannte Kalk – entsteht. Rund 80 Prozent wird in Form von chemischer Energie gespeichert – der Rest wird als Wärme frei. Die chemisch gespeicherte Energie lässt sich beliebige Zeit verlustfrei lagern. Deshalb eignet sich die Anlage besonders gut für längere Speicherzeiten. Erst bei Bedarf wird die Energie in Form von Wärme wieder freigesetzt, indem Wasserdampf zugeführt wird, was eine starke exotherme Reaktion hervorruft.
Kalk ideal für Langzeitspeicher
Die DLR-Forscher entschieden sich für Kalk, da es in der Anschaffung sehr günstig ist. Zudem kann seine chemische Reaktion pro Kubikmeter über fünfmal mehr Wärmeenergie abgeben als zum Beispiel Wasser – bei Abkühlung von 80 auf 30 Grad Celsius. Die Energiedichte des Speichers ist also extrem hoch. Dr. Marc Linder, Fachgebietsleiter Thermochemischer Systeme in der Abteilung Thermische Prozesstechnik des Instituts Technische Thermodynamik, betont: „Die thermochemische Wärmespeicherung mit Kalk ist eine interessante Alternative zu den bereits weiter entwickelten
Die Energiedichte des Speichers ist also extrem hoch. Dr. Marc Linder, Fachgebietsleiter Thermochemischer Systeme in der Abteilung Thermische Prozesstechnik des Instituts Technische Thermodynamik, betont: „Die thermochemische Wärmespeicherung mit Kalk ist eine interessante Alternative zu den bereits weiter entwickelten und genutzten Technologien innerhalb der Kraftwerkstechnik oder Prozesswärme. Daneben sehen wir aber auch Potenziale für Kalkspeicher in der saisonalen Speicherung von Energie, zum Beispiel zur Unterstützung der Wärmeversorgung von privaten Haushalten mit dezentral erzeugter elektrischer Energie.“
Vielseitig einsetzbar durch Temperaturregelung In der weiterentwickelten Speicheranlage wird der Kalk in Edelstahlrohren an einer feststehenden Hitzequelle vorbeigeführt. Somit kann in der Anlage beliebig viel Kalk gebrannt werden. Nachschub liefern Silos (Abbildung links, Mitte), die am Anfang und am Ende des Kreislaufes stehen. Ein zusätzlicher Vorteil der chemischen Speicherung liegt in der Regulierung der Temperatur innerhalb des Speichers: Mit der neuen Anlage ist es möglich, Wasserdampf mit unterschiedlich hohem Druck in den gebrannten Kalk zu pressen. Wird der Druck des Wasserdampfes erhöht, findet die Reaktion bei einer höheren Temperatur statt. Wird der Druck abgesenkt, reduziert sich auch die Temperatur der Reaktion. Linder sieht die Herausforderung im Zusammenspiel: „Bei der neuen Kalkspeicheranlage muss die kontinuierliche Bewegung des Speichermaterials in Verbindung mit der Wärmezufuhr und der Wasserdampfregelung noch optimiert werden.“
Kompetenzzentrum und Testanlage Im Kompetenzzentrum CeraStorE können sowohl thermische Energiespeicher mit Flüssigsalzen, als auch die thermochemische Speicherung mit Hilfe von Kalk oder Metalloxiden für Kraftwerksprozesse und industrielle Anwendungen untersucht werden. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) förderte die erste Testanlage zur Energiespeicherung mit Kalk. Die Weiterentwicklung des Reaktors wurde innerhalb eines europäischen Forschungsprojekts vom DLR koordiniert und kürzlich erfolgreich abgeschlossen. (ad)
