Seite 18-19 - DLR Magazin 137
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und bewertet. Diese beruhen auf der Verwendung spezieller
Metalloxide, die zunächst mit Hilfe von Solarwärme reduziert
und in einem weiteren Schritt durch Wasser oxidiert werden.
Dadurch wird Wasserstoff erzeugt und das Metalloxid wird
über viele Zyklen wiederverwendet.
Bei diesem Prozess arbeiten Solarforscher und Werkstoff-
Forscher eng zusammen. In einer Verfahrensvariante wird der
Wasserdampf durch einen auf über 800 Grad Celsius solar er-
hitzten, porösen keramischen Körper geleitet, der mit aktivem
Metalloxid beschichtet ist. Die Wasserspaltung findet in und
an der Oberfläche dieses porösen Körpers statt. Die für die Be-
schichtung verwendeten Metalloxide sowie die Beschichtungs-
technik werden durch Wissenschaftler der Werkstoff-Forschung
und Solarforschung in gemeinsamen Projekten entwickelt und
getestet.
Mehr Effizienz durch höhere Temperaturen in der Brenn-
kammer
Obwohl die stärkere Nutzung erneuerbarer Energien er-
klärtes Ziel der Energiewende ist, wird die konventionelle Kraft-
werkstechnik auf absehbare Zeit nicht komplett ersetzt werden
können. Allerdings ändern sich die Anforderungen an fossil be-
feuerte Kraftwerksanlagen grundlegend. Während die Grund-
lastversorgung zunehmend durch einen Energiemix aus Wind,
Sonne, Biomasse, Wasserkraft und Geothermie realisiert wird,
werden kurzfristige Bedarfsspitzen vorerst durch die klassische
Kraftwerkstechnik gedeckt werden müssen. Effiziente Technolo
gien wie die dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung und moderne
Gasturbinen können dies leisten.
In fossilen Kraftwerken tragen keramische Beschichtun-
gen und Faserkeramiken zu einer effizienteren und zugleich um-
weltverträglicheren Stromerzeugung bei. Dank hitzebeständiger
Keramikbeschichtungen kann die Temperatur in den Brennkam-
mern von Gasturbinen gesteigert werden. Auch die Stromaus-
beute ist dadurch höher und der Ausstoß von Schadstoffen wird
durch eine saubere Verbrennung verringert. Die am Institut
für Werkstoff-Forschung entwickelte Faserkeramik WHIPOX
®
(Wound highly porous oxide) wird seit Jahren in diesem Bereich
erfolgreich verwendet und im CeraStorE weiterentwickelt.
Effektive Speichertechnologien für Wärme
Eine weitere Möglichkeit, um die solar oder auch indust
riell erzeugte Wärme flexibel zu nutzen, ist die Speicherung
der Wärme in einem anderen Medium. Als Wärmeträger und
Wärmespeicher werden neben thermischen Ölen zunehmend
Flüssigsalze eingesetzt. Diese Technik wird bereits erfolgreich
in kommerziell betriebenen Solarkraftwerken verwendet. Die
Wissenschaftler des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik
arbeiten unter anderem daran, dieses erfolgreiche Prinzip weiter
zu verfeinern und auch bei fossilen Kraftwerken anzuwenden.
So forschen sie an alternativen Konzepten für die Flüssigsalz-
tanks und untersuchen neue Salzkomponenten wie auch Solar-
Receiver-Rohre unter extremen Einsatzbedingungen in einer
Großanlage. Zudem versuchen sie, den Temperaturbereich von
derzeit rund 560 auf bis zu 700 Grad Celsius zu erhöhen. Da
das Salz im geschmolzenen Zustand genutzt wird, ist es außer-
dem von Interesse, den Erstarrungspunkt auf unter 140 Grad
Celsius zu senken. Mit der Salzspeichertechnik ist es derzeit
schon möglich, die Turbinen von Solarturmkraftwerken zusätz-
lich täglich rund siebeneinhalb Stunden zu betreiben. Zusam-
men mit der Speicherzeit wird so zumindest zwischen März und
September ein nahezu 24-stündiger Kraftwerksbetrieb möglich.
Die Speichertechnik mit flüssigen Salzen eignet sich somit insbe-
sondere für tägliche Be- und Entladevorgänge.
Thermochemische Speicher haben verschiedene Vorteile.
Beispielsweise kann in ihnen die Wärme über deutlich längere
Zeiträume hinweg gespeichert werden. In thermochemischen
Speichern wird die Wärmeenergie durch das Trennen von min-
destens zwei chemischen Stoffen voneinander aufgenommen
beziehungsweise bei deren Reaktion wieder freigesetzt. Kalk bil-
det in diesem Zusammenhang im CeraStorE einen Schwerpunkt:
In einer Anlage zur chemischen Wärmespeicherung mittels re-
versibler Gas/Feststoffreaktionen wird die chemische Reaktion
zwischen gebranntem Kalk (Calciumoxid, CaO) und gelöschtem
Kalk (Calciumhydroxid, Ca(OH)²) bei Temperaturen zwischen
400 und 600 Grad Celsius eingesetzt. Wird Wasserdampf durch
das sogenannte „Reaktionsmaterial“, in diesem Falle Kalk, gelei-
tet, so lässt sich der Prozess umkehren und von Neuem starten.
Das kostengünstige und in großen Mengen verfügbare Material
kann auf diese Weise über viele tausend Zyklen wiederverwendet
werden. Indem die Forscher unterschiedliche Reaktionsmaterialien
und -systeme verwenden, können sie eine Temperaturspanne
von 100 bis 1.000 Grad Celsius abdecken. Dies ermöglicht den
„maßgeschneiderten“ Einsatz, sowohl bei der Nutzung industriel-
ler Abwärme als auch in gängigen Kraftwerkstypen, und zwar
ebenso solchen auf Basis fossiler Brennstoffe wie auf Basis er-
neuerbarer Energien.
Viele Wege, ein Ziel
Im CeraStorE werden unterschiedliche Wege beschritten,
die allesamt auf das gleiche Ziel zulaufen: die Nutzung erneuer-
barer Energien nachhaltig und wirtschaftlich mitzugestalten und
die Abhängigkeit von umweltschädlichen und nur endlich vor-
handenen Energien zu verringern. Genauso wie Wasserkraft,
Solarenergie, Windkraft und Biomasse bei der Energiewende
zusammenspielen und sich ergänzen, so ergänzen sich auch die
DLR-Institute für Solarforschung, Technische Thermodynamik
und Werkstoff-Forschung in ihrem neuen Domizil.
•
Weitere Informationen:
Thermochemische Wärmespeicherung mit der CWS-Anlage
Wickelanlage zur Herstellung von Bauteilen aus Faserkeramik
(oben) und Sichtprüfung eines Bauteils für Hochtemperatur-
anwendungen
Bachelorstudentin Tijana Paraknewitz mit einem Metalloxid-
Pellet. Die Pellets werden bei der Erzeugung von Wasserstoff
eingesetzt.
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