Neue Reaktoren für effiziente thermochemische Energiespeicher

Die Energieversorgung aus erneuerbaren Quellen kann auf kurze Sicht sehr schwanken, wenn der Wind abflaut, das Wasser ruhig wird und die Wolken die Sonne verstecken. Die Entwicklung eines energie- und kosteneffizienten Speichers wird es Energiesystemen ermöglichen, überschüssige Energie über den sofortigen Bedarf hinaus zu speichern und sie später abzurufen, wenn sie benötigt wird.

Konzentrierte Sonnenenergie (Concentrated Solar Power, CSP) eignet sich besonders gut zur Befriedigung einer intermittierenden Nachfrage, da sie mit großen Wärmespeichern kombiniert werden kann. Eine solche Technologie ist attraktiv, weil sie sicher ist und keine Treibhausgasemissionen erzeugt. Auch wenn das Konzept einfach ist, konnte eine Speicherung von Wärme bei hohen Temperaturen auf kosteneffiziente und für lange Zeit noch nicht erreicht werden.

Die Forscher des Projekts TCSPOWER (Thermochemical energy storage for concentrated solar power plants) validierten erfolgreich thermochemische Energiespeicherreaktor/Wärmetauscher-Lösungen für CSP-Anlagen, um große Herausforderungen im Zusammenhang mit hohen Temperaturen zu überwinden. Die Validierung des Reaktorkonzepts wurde an einer Pilotanlage mit einer Kapazität von etwa 100 kWh durchgeführt.

Das Team näherte sich der Aufgabe mit reversiblen thermochemischen Reaktionen - endotherme in eine Richtung, um die Wärme für die Speicherung aufzunehmen, und exotherme in umgekehrter Richtung, um die Wärme für den Kraftwerksblock freizugeben. Die verwendeten Materialien basierten auf Metalloxiden: Manganoxid und Calciumoxid. Die Redoxreaktion von Manganoxid erfolgte bei 700 °C und wurde für einen offenen Betrieb vorgesehen, da der Reaktionspartner Sauerstoff mit der Umgebung ausgetauscht werden kann. Auf der anderen Seite reagiert Calciumoxid in einem Temperaturbereich von 400-600 °C reversibel mit Wasserdampf und wurde für die Integration in Dampfkraftwerke vorgesehen.

Das innovative Reaktorkonzept soll die gewünschte Leistung erreichen, gleichzeitig aber unabhängig von der erforderlichen Kapazität sein. Daher kann die Kapazität einfach durch Hinzufügen von zusätzlichen günstigen Tanks erhöht werden, um die erforderliche Menge des Reaktionsmaterials zu speichern. An die reaktiven Feststoffe durch die Reaktionszone zu führen, granulierten die Forscher die reaktiven Pulver im Fall von Manganoxid. Um den Fluss des Calciumoxids zu verbessern, fügten sie dem Pulver nanostrukturierte Additive hinzu.

Diese effiziente und kosteneffektive thermische Energiespeicher-Lösung ermöglicht es, die Vorteile der langfristigen und verlustfreien Speicherung zu nutzen, die die thermochemische Energiespeicherung mit sich bringt. In Kombination mit CSP-Stromerzeugung wird diese Technologie eine stabilere Energieversorgung sicherstellen, da sie voll auf lange Lagerzeiten eingestellt werden kann. Weitere Verbesserungen am Reaktor wird die Technologie in Richtung der Vermarktungsphase vorantreiben. Die Technologie von TCSPOWER sollte den Einsatz erneuerbarer Energiequellen beschleunigen und deren schwankende Versorgung wird kein Problem mehr darstellen.