An einer Industrieanlage wird fester Schwefel produziert.
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Ein thermochemischer Zyklus auf der Basis von Schwefel für die Langzeitspeicherung von Solarenergie
Laufzeit: 1.10.2023 - 30.9.2026
Das Projekt Sulphurreal präsentiert eine innovative Lösung zur direkten Speicherung von Sonnenenergie in festem elementarem Schwefel. Dies wird erreicht, indem konzentrierte Sonnenstrahlung genutzt wird, um die thermische Energie für die Umwandlung von Schwefelsäure in Schwefel bereitzustellen. Der Schwefel kann dann bei Bedarf als Brennstoff verwendet werden, wobei die gespeicherte Sonnenenergie als Wärme freigesetzt wird, um eine Gasturbine anzutreiben und Strom zu erzeugen.
Geschlossener Kreislauf verhindert Abgabe von Schwefeldioxid
Der Prozess arbeitet in einem geschlossenen Kreislauf, in dem Gaszwischenprodukte wie Schwefeldioxid rezirkulieren, ohne sie in die Atmosphäre abzugeben. Dieses zyklische System regeneriert Schwefelsäure, was es effizient und nachhaltig macht. Außerdem kann der Kreislauf Schwefelsäure und Schwefel aus großindustriellen Prozessen gewinnen.
Schwefel, das neunthäufigste Element auf der Erde, ist ein wichtiges Nebenprodukt der Erdgasentschwefelung in der Ölindustrie. Jährlich fallen etwa 70 Millionen Tonnen Schwefel an, meist als unbeabsichtigtes Nebenprodukt bei der Verarbeitung von Rohöl und Erdgas. Schwefelsäure hingegen ist die weltweit häufigste produzierte Chemikalie. Sie dient als wichtiger Rohstoff für zahlreiche Industrien, darunter Düngemittel, Sprengstoffe, Farbstoffe, Kunststoffe und Arzneimittel.
Der Sulphurreal-Zyklus basiert auf einem innovativen dreistufigen Verfahren, das die Sonnenenergie nutzt und speichert und damit eine zuverlässige und nachhaltige Energiequelle darstellt.
Vereinfachte Darstellung des Sulphurreal Kreislaufprozesses
Der Ablauf zeigt die innovative Lösung zur Speicherung von Sonnenenergie in festem elementarem Schwefel, ohne Schwefeldioxid in die Atmosphäre abzugeben.
Im ersten Schritt verdampft erneuerbare Wärmeenergie Schwefelsäure (H2SO4) und zersetzt sie in einem chemischen Reaktor bei Temperaturen zwischen 650 bis 900 Grad Celsius, wobei Schwefeldioxid (SO2), Sauerstoff und Dampf entstehen. In Regionen mit ausreichend hoher direkter Sonneneinstrahlung könnte die konzentrierte Sonnenwärme aus einer solarthermischen Anlage als Energiequelle genutzt werden.
Anschließend reagiert das Schwefeldioxid in einer Disproportionierungsreaktion mit Wasser. Dabei entstehen elementarer Schwefel und Schwefelsäure, die wieder in den ersten Schritt zurückgeführt wird.
Speicherung von Sonnenenergie in elementarem Schwefel
Durch diesen zweistufigen Prozess kann ein erheblicher Teil der Sonnenenergie, die zum Antrieb der Schwefelsäurespaltung verwendet wird, in Form von Schwefel gespeichert werden. Die Speicherung von Sonnenenergie in elementarem Schwefel bietet mehrere Vorteile: Er kann über lange Zeiträume als Energiespeicher dienen, der Schwefel kann leicht transportiert werden und er kann bei Bedarf verbrannt werden, um die Energie in Form von Hochtemperaturwärme freizusetzen.
Diese Wärme kann Temperaturen von über 1.200 Grad Celsius erreichen und in Gasturbinen zur Stromerzeugung genutzt werden. Das entstehende Schwefeldioxid wird in den Kreislauf zurückgeführt, wo es entweder in einem bereits bekannten Kontakt- und Absorptionsprozess wieder in Schwefelsäure umgewandelt oder für die Schwefelproduktion wiederverwendet werden kann.
Die Ergebnisse des Sulphurreal-Projekts können der Industrie entscheidende Vorteile in Bezug auf die Energieeffizienz und die nachhaltige Nutzung von Rohstoffen bieten. Die direkte Speicherung von Sonnenenergie in festem elementarem Schwefel verringert nicht nur die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen, sondern fördert auch die Integration erneuerbarer Energien in bestehende industrielle Prozesse. Die gewonnenen Erkenntnisse können die Grundlage für zukünftige Entwicklungen schaffen, die wirtschaftlich tragfähig und ökologisch verträglich sind und dazu beitragen, das zukünftige Portfolio des Energiemixes unserer Gesellschaft zu diversifizieren.
Credit:
DLR/Sulphurreal
Weitere Informationen gibt es auf der Projektwebseite:
