Donnerstag, 27. April 2017
DLR-Solarforscher entwickeln gemeinsam mit europäischen Forschungspartnern einen neuartigen Prozess zur CO2-freien Stromerzeugung, der auf der Verbrennung von Schwefel basiert und es ermöglicht Solarenergie dauerhaft in Form von Schwefel zu speichern. In einen Schwefel-Kreisprozess wird hierzu eine Solarturmanlage mit Partikeltechnologie integriert. Der Demonstrationsbetrieb ist für das letzte Projektjahr im solarthermischen Versuchskraftwerk des DLR in Jülich geplant.
Schwefel (S) ist einer der bedeutendsten Rohstoffe der chemischen Industrie, der zur Herstellung von Schwefelsäure (H2SO4) benötigt wird, eine der wichtigsten und meistproduzierten Grundchemikalien. Weltweit werden jedes Jahr weit mehr als 100 Millionen Tonnen Schwefelsäure aus Schwefel produziert. Daher sind die Handhabung von Schwefel, Schwefelsäure und ihrer Spaltprodukte industrielle Standardverfahren. Lassen sich thermische Solarkraftwerke effizient mit konventionellen Verfahren zur Erzeugung von Schwefelsäure kombinieren, dann könnte Schwefel zukünftig auch ein wichtiges Speichermaterial für Solarenergie sein. Schwefel kann die Solarenergie dauerhaft, mit geringen Energieverlusten und 30-mal höherer Energiedichte speichern als bisher übliche Schmelzsalzspeicher - die Langzeitspeicherung von Solarenergie ist eine wichtige Voraussetzung, um fossile Kraftwerke vollständig durch erneuerbare Energiequellen ersetzen zu können. Zudem lässt sich der Schwefel als Pulver oder Flüssigkeit leicht per Schiff, Eisenbahngüterwagen oder Lastwagen transportieren.
Schwefelspeicher-Kreislauf: damit keine Energie verloren geht
Schwefel kann in einem grundlastfähigen Kraftwerk (>6.000 Betriebsstunden pro Jahr) anstelle von Kohle oder Gas zur Stromerzeugung genutzt werden. Aus der Verbrennung von Schwefel entsteht Schwefeldioxid (SO2). Im von General Atomics vorgeschlagenen Schwefel-Kreisprozess wird das SO2 mit Wasser gemischt und in einem innovativen Disproportionierungsreaktor in frischen Schwefel und verdünnte Schwefelsäure umgewandelt. Die Lagerung dieser Produkte ist ein Standardverfahren der chemischen Industrie: Schwefel wird einfach auf Halden gesammelt und Schwefelsäure in geeigneten Tanks gelagert. Die Schwefelsäure kann durch Aufspaltung in einem weiteren Reaktor in zusätzliches Schwefeldioxid umwandelt werden. Die Innovation des Projektes PEGASUS ist die Spaltung der Schwefelsäure mittels konzentrierter Solarstrahlung. Dazu werden die Forscher den am DLR entwickelten solaren Partikelreceiver mit einem neuen Schwefelsäurespaltungsreaktor kombinieren und in den Schwefel-Kreisprozess integrieren.
Scheint die Sonne, wird der Schwefelspeicher gefüllt und der Schwefelsäuretank geleert. Bei Wolkendurchzug oder während der Nacht wird umgekehrt Schwefel aus dem Speicher entnommen, der Schwefelsäuretank wird befüllt. Die Stromerzeugung mittels Schwefelverbrennung erfolgt dabei kontinuierlich im 24-Stunden-Betrieb. Zusammenfassend wird also erneuerbarer Grundlaststrom mit konstanter Produktionsrate erzeugt, während Schwefelsäure und Schwefel als Energieträger dienen und praktisch verlustfrei im Kreis geführt werden.
Pilotbetrieb im Solarturm Jülich geplant
Im Rahmen des Projekts soll der vom DLR entwickelte solare Zentrifugalreceiver mit seinem integrierten thermischen Speicherkonzept mit einem neu entwickelten Wanderbett-Partikelreaktor für die Schwefelsäurespaltung verbunden werden. Der Demonstrationsbetrieb dieser Pilotanlage ist für das letzte Projektjahr in der DLR-Großanlage Solarturm Jülich geplant.
Das Projekt PEGASUS wird durch die Innovation and Networks Executive Agency (INEA) der europäischen Kommission und aus dem Horizon2020 Programm der Europäischen Union mit insgesamt 4,7 Millionen Euro gefördert.
Das DLR-Institut für Solarforschung ist Koordinator des Projekts. Weitere Projektpartner sind das griechische Forschungsinstitut APTL/CERTH (Entwicklung von Katalysatormaterialien), die deutsche Forschungsuniversität KIT (Entwicklung von Verbrennungstechnologie), das polnische Unternehmen Baltic Ceramics (Herstellung von hochentwickelten keramischen Partikeln), die italienische Firma Processi Innovativi (Kraftwerksentwicklung und -bau) und dem israelischen Unternehmen BrightSource (Entwicklung und Bau von solarthermischen Kraftwerken).