Porotherm-Solar

Laufzeit: 1.10.2023 – 30.9.2026

Die Energiewende braucht flexible Lösungen, um Strom dann bereitstellen zu können, wenn er gebraucht wird. Solarthermische Kraftwerke können Sonnenenergie in Wärme umwandeln und dadurch Strom auch bei Dunkelheit liefern. Dafür sind leistungsfähige Wärmespeicher entscheidend. Das Projekt Porotherm-Solar erforscht neuartige Speichermaterialien, die Wärme effizienter aufnehmen und wieder abgeben können.

Dazu setzt das Projektteam redoxaktive Materialen ein. Das sind chemische Stoffe, die in einer Reaktion Elektronen aufnehmen (Reduktion) oder abgeben (Oxidation) können. Diese Reduktion und Oxidation sind bei Metalloxiden häufig begleitet von einer Abgabe und Aufnahme von Sauerstoff sowie der Speicherung und Freisetzung von Energie in Form von Wärme. Dadurch soll die Energie flexibler, zuverlässiger und klimafreundlicher gespeichert werden – ein wichtiger Schritt hin zu einer nachhaltigen und stabilen Energieversorgung der Zukunft.

Wärmespeicher aus Perowskit

Im Projekt Porotherm-Solar entwickeln Forschende des Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit Unternehmen aus der Industrie neuartige, offenporige Perowskitstrukturen als thermochemische Wärmespeicher. Perowskit bezeichnet nicht nur das häufig vorkommende Mineral, bestehend aus Calcium-Titan-Oxid, sondern auch eine ganze Materialklasse mit einer Vielzahl möglicher Zusammensetzungen, welche die gleiche Kristallstruktur wie das Perowskit-Mineral aufweisen. Die daraus neu entwickelten Materialien können Wärme chemisch speichern und wieder abgeben – eine Schlüsseltechnologie, um Solarenergie flexibel und unabhängig von Tageszeit oder Wetter nutzbar zu machen.

Zunächst werden geeignete Metalloxide identifiziert, synthetisiert und im Labor auf ihre Stabilität und Reaktionsfähigkeit geprüft. Anschließend entstehen aus diesen Materialien monolithische Speicherstrukturen, also solche die aus einem Stück bestehen. Sie werden mit zwei Verfahren hergestellt: Extrusion und 3D-Druck. Das Projektteam charakterisiert die Module hinsichtlich ihrer thermischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften und untersucht sie auf ihre Eignung für den Einsatz in solarthermischen Kraftwerken.

Entwicklung und Test des Demonstrators

Die Forschenden bauen in den Laboren des DLR-Instituts für Future Fuels in Köln einen Demonstrator auf. Hier testen sie die entwickelten Speichermodule unter realitätsnahen Bedingungen. Ziel ist es, das Lade- und Entladeverhalten zu analysieren und die Leistungsfähigkeit der Materialien zu bewerten.

Das Projektkonsortium verbindet Forschung und Industrie, um den Technologietransfer in die Praxis zu sichern. Neben dem DLR als Koordinator nehmen folgende Unternehmen an dem Projekt teil:

• ExoMatter – Auswahl und Screening geeigneter Metalloxide mithilfe digitaler Materialdatenbanken
• ECT-KEMA – Entwicklung und Fertigung offenporiger Strukturen mittels Extrusion
• KI Keramik-Institut – Materialcharakterisierung und Optimierung extrudierter Strukturen
• WZR Ceramic Solutions – Herstellung komplexer Perowskitstrukturen durch 3D-Druck
• Kraftblock – Konstruktion und Aufbau des Demonstrators

Die Versuche und Funktionstests finden am DLR-Standort Köln statt. Hier wird der Demonstrator aufgebaut, betrieben und ausgewertet. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden die Grundlage für die Weiterentwicklung zu größeren Pilotanlagen und industriellen Wärmespeichern.

Thermochemische Speicher für die Anwendung