Energiespeicher, Elektrolyse und Brennstoffzellen

Die hohen Anteile fluktuierender Energiequellen in einem zukünftigen, stark auf erneuerbaren Energien basierenden Energiesystem erfordern den umfassenden Einsatz effizienter Techniken zur Speicherung und bedarfsgerechten Wandlung von Energie. Das DLR erforscht und entwickelt sowohl elektrochemische Speicher für Strom ("Batterien") als auch thermische und thermochemische Speicher für Wärme. Hinzu kommen vielfältige Arbeiten zu chemischen Energiespeichern wie Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen, die sich durch eine höhere Energiedichte und besondere Vielseitigkeit in ihrer Nutzung auszeichnen. Zur Gewinnung von Wasserstoff als dem einfachsten chemischen Speicher werden sowohl die Elektrolyse weiterentwickelt als auch verschiedene solare Hochtemperaturverfahren untersucht. Durch Brennstoffzellen kann Wasserstoff bedarfsgerecht und mit hohem Wirkungsgrad wieder zur Strom- und Wärmegewinnung eingesetzt werden.

Die Arbeiten erfolgen im DLR-Institut für Technische Thermodynamik, teilweise in Kooperation mit dem Institut für Werkstoffforschung, dem Institut für Solarforschung und dem Institut für Verbrennungstechnik.

Elektrochemische Speicher

Die Arbeiten des DLR zu Batterien widmen sich sowohl der Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Technik als auch der Entwicklung von Batterien der nächsten und übernächsten Generation wie Lithium-Schwefel- und Metall-Luft-Batterien. In enger Kooperation mit dem Karlsruhe Institute of Technology (KIT), dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung Baden Württemberg (ZSW) und der Universität Ulm übernimmt das DLR im Rahmen des Helmholtz-Instituts Ulm (HIU) insbesondere Aufgaben der numerischen Simulation der komplexen elektrochemischen Vorgänge. Darüber hinaus werden umfangreiche experimentelle Untersuchungen an Batterien durchgeführt und - gemeinsam mit den DLR-Forschungsschwerpunkten Verkehr und Luftfahrt - die Integration von Batterien in komplexe Systeme untersucht.

Thermische und thermochemische Speicher

Die Speicherung von Wärme kann rein physikalisch in Form von sensibler oder latenter Wärme (mit Phasenwechsel) erfolgen oder auch reversible chemische Reaktionen nutzen. Das DLR widmet sich allen drei Ansätzen. Der Fokus liegt auf der Hochtemperaturspeicherung zwischen 100 und 1000 Grad Celsius, die für industrielle und energiewirtschaftlich relevante Techniken benötigt wird. Ziele sind jeweils, kostengünstige und langlebige Techniken zu entwickeln, die sich auch im großen Maßstab einsetzen lassen und so in Kraftwerken und Industrieprozessen Energie einsparen und einen flexibleren Betrieb ermöglichen. Ergänzt werden die Arbeiten zu thermischen Speichern um die Forschung an Hochtemperatur-Wärmeübertragern, die eine zentrale Systemkomponente darstellen.

Thermochemische Speicher bieten die besondere Möglichkeit, durch eine intelligente Verfahrensführung eine Wärmetransformation durchzuführen, also das Temperaturniveau von Wärme anzuheben. Hier bieten sich interessante Perspektiven zur Nutzbarmachung von Niedertemperatur-Abwärme.

Chemische Speicher, Elektrolyse und Brennstoffzellen

Aufgrund der engen technischen Verwandtschaft setzt das DLR seine umfassenden elektrochemischen Kompetenzen parallel zur Weiterentwicklung von Brennstoffzellen (PEFC und SOFC) und Elektrolyseuren ein. In beiden Systemen gilt es, effiziente, robuste und kostengünstige Lösungen für die Praxis zu entwickeln. Eine wichtige Rolle spielen hierbei die in-situ-Diagnosetechniken, um im Betrieb Schwachstellen erkennen zu können, sowie die Beschichtungstechnik, mit deren Hilfe hoch wirksame Reaktionsflächen entwickelt werden. Die Arbeiten zu Brennstoffzellen umfassen insbesondere auch die Einbindung in stationäre Systeme, z.B.  auch in der Kombination von SOFC und Gasturbine, sowie in mobile Systeme für Kraftfahrzeuge und Flugzeuge.

In einem anderen Ansatz wird in enger Zusammenarbeit mit der DLR-Solarforschung an Reaktoren geforscht, die mit Hilfe konzentrierter Solarstrahlung über chemische Kreisprozesse Wasserstoff erzeugen. Hier bieten sich interessante Perspektiven für sonnenreiche Länder.

Schließlich werden Prozesse zur Erzeugung synthetischer flüssiger Kohlenwasserstoffe aus regenerativ erzeugtem Strom und CO2 in Hinblick auf ihre energetischen und ökonomischen Eigenschaften mittels Simulationsmethoden bewertet und optimiert. Darüber hinaus erfolgt eine Evaluation unterschiedlicher chemischer Speicher in einem zukünftigen Energiesystem.

Zuletzt geändert am: 15.11.2013 14:59:45 Uhr

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Innenansicht einer Brennstoffzelle

Brennstoffzelle

Drei keramische Schichten sorgen für die Umwandlung von chemischer in elektrische Energie.