Thermochemischer Energiespeicher : Wärme und Strom in Suspension

Energie langfristig und nahezu verlustfrei speichern – das ist das Ziel vieler Forschungsprojekte. Neben bekannten Technologien wie Batteriespeicher für elektrische Energie oder Wärmespeicher für thermische Energie gibt es eine weitere, vielversprechende Variante: Die kombinierte thermochemische Energiespeicherung. Im Rahmen des EU-Projekts RESTORE hat ein Forschungsteam der TU Wien ein innovatives Speichersystem entwickelt, das Energie nicht nur über Wochen, sondern sogar über Monate, Jahre oder gar Jahrzehnte bewahren kann. Eingespeist wird wahlweise Wärme- oder elektrische Energie. Ein Wandler ermöglicht es außerdem, Energie in beiden Formen wieder zu entnehmen. 

All dies sind wichtige Kriterien, um den vollständigen Umstieg auf erneuerbare Energieträger angehen zu können. Solarenergie ist ein klassisches Beispiel für eine Energiequelle, die im Sommer in viel größerem Maß vorliegt als im Winter. Daher ist es wichtig, dass man die Energie auch über einen längeren Zeitraum effizient einspeichern kann – zum Beispiel für den Winter, in dem einerseits weniger Solarstrom produziert werden kann, als auch der Energiebedarf steigt, um zu heizen.

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Franz Winter, Leiter der Forschungsgruppe Thermochemische Verfahrenstechnik, erklärt, wie die Energie gespeichert wird: „In den Speichern befindet sich ein Gemisch aus Öl und einem Salzhydrat. Wird dem System Energie zugeführt, so spaltet das Salzhydrat Wasser ab. Dieses Wasser wird in einem separaten Kreislauf gesammelt und dem System erst dann wieder zugeführt, wenn Energie benötigt wird“. Das System ist reversibel und die darin verwendeten Materialien sind sicher, kostengünstig und haben eine hohe Verfügbarkeit. Die Suspension hat – je nach verwendetem Öl und Salzhydrat – eine Energiedichte von ca. 1,1 GJ/m³ und liegt damit signifikant über der von klassischen Heißwasserspeichern. 

„Begonnen haben wir mit Systemen mit einer Leistung von einem Kilowatt. Mittlerweile testen und entwickeln wir auch Systeme mit einer Leistung von fünf und von 30 Kilowatt an der TU Wien in enger Kooperation mit den Kollegen Andreas Werner vom Forschungsbereich Thermodynamik und Wärmetechnik und Markus Haider vom Fachbereich Energiewandlung“, so Winter. Diese kleineren Systeme sind vor allem wichtig, um die Machbarkeit zu überprüfen. 

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Die Skalierung der Energiespeicher ist ein wichtiger Punkt und erfolgt ab einer gewissen Größe im RESTORE Projekt per Simulation. „Größere Systeme und Use Cases mit 100, 500 Kilowatt oder von einem Megawatt simulieren wir an der TU Wien. Diese Herangehensweise erlaubt es uns, ein Verständnis dafür zu entwickeln, wie die Systeme für verschiedene Größenordnungen und Anwendungen effizient integriert werden können", erklärt Winter. Ziel des Forschungsteams ist es schließlich, die im Rahmen von RESTORE entwickelten Energiespeicher in die Anwendung zu bringen. 

Einsatz finden die thermochemischen Energiespeicher perspektivisch vor allem dort, wo viel Abwärme anfällt, die andernfalls ungenutzt an die Umgebung abgegeben werden würde. Interessant sind hier vor allem Temperaturen zwischen 100°C und 150°C. Anwendungsfälle, die auch im Rahmen von RESTORE simuliert werden, sind Fabriken aller Art – von Zement, bis Papier und Stahl. Die dort gewonnene Abwärme kann durch die RESTORE-Technologie für die Versorgung mit Fernwärme genutzt werden. Aber auch die Energieausbeute von Solar- oder Geothermie-Anlagen kann auf diese Weise erhöht werden.