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DLR nimmt Testanlage in Köln in Betrieb

Thermochemischer Speicher mit hoher Energiedichte

29. November 2012, 17:09 Uhr | Claudia Dunker

In der CWS-Testanlage (Chemische Wärmespeicherung mittels reversibler Gas- und Feststoffreaktionen) im CeraStorE in Köln wird erstmals thermochemischer Speicher in größerem Maßstab getestet.

Calciumoxid/Calciumhydroxid-Speicher sind in der Lage, große Mengen an Wärme aufzunehmen. Forscher des DLR untersuchen in einer neuen Testanlage ihre Eignung als Wärmespeicher für Solarthermie-Kraftwerke und für in der Industrie anfallende Prozesswärme.

Thermochemische Wärmespeicher nehmen Wärme über endotherme Reaktionen auf und geben sie durch exotherme Reaktionen wieder ab. In der nun am Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Betrieb genommenen Testanlage CWS (Chemische Wärmespeicherung mittels reversibler Gas- und Feststoffreaktionen) wird erstmals ein solcher Speicher im größeren Maßstab getestet.

Dabei strömt auf bis zu 600 Grad Celsius erhitzte Luft an Calciumhydroxid vorbei. Bei dieser Reaktion entsteht Calciumoxid, im Alltag auch als gebrannter Kalk bezeichnet, zudem wird Wasserdampf freigesetzt. Fügt man dem gebrannten Kalk wieder Wasserdampf hinzu, reagiert das Material zu Calciumhydroxid und setzt bei dieser stark exothermen Reaktion große Mengen an Energie in Form von Wärme wieder frei. Da es sich um eine beliebig oft wiederholbare Reaktion handelt, kann das Calciumoxid/Calciumhydroxid-System als thermochemischer Speicher eingesetzt werden.

Bei der Entwicklung von thermochemischen Speichern betreten Wissenschaftler weitgehend Neuland. Mit der Testanlage in Köln können die Forscher das Verhalten von unterschiedlichen Materialien erforschen und neue Speicherkonzepte entwickeln. »Thermochemische Speicher sind zwar komplexer als sensible Wärmespeicher, aber sie bieten zusätzliche Potenziale und können daher sehr gut als Kraftwerksspeicher oder Prozessspeicher in der Industrie eingesetzt werden«, sagt Dr. Antje Wörner, Abteilungsleiterin thermische Prozesstechnik beim DLR-Institut für technische Thermodynamik.

Hohe Energiedichte und ideale Langzeit-Speicher

Ein Vorteil des Calciumoxid/Calciumhydroxid-Speichers ist, dass durch die beschriebene chemische Reaktion pro Kubikmeter über fünfmal mehr Wärmeenergie gespeichert werden kann als zum Beispiel in Wasser (bei Abkühlung von 80 auf 30 Grad Celsius). Die Energiedichte des Speichers ist also extrem hoch. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Prinzips ist, dass Calciumoxid die zuvor eingebrachte Energie erst dann abgibt, wenn Wasser hinzugeführt wird. Im Gegensatz zu klassischen Wärmespeichern, die trotz Isolation nach und nach auskühlen, ist ein thermochemischer Speicher ein idealer Langzeit-Speicher. Durch die preisgünstigen Speichermaterialien gehen die Wissenschaftler zudem davon aus, dass ein Calciumoxid/Calciumhydroxid-Speicher Energie besonders wirtschaftlich aufnehmen und bereitstellen kann.

Anwendungen in Industrie und Kraftwerken

Die Einsatzmöglichkeiten für Thermochemische Speicher liegen unter anderem bei Solarthermie-Kraftwerken. Hier werden große Wärmespeicher benötigt, damit die Kraftwerke auch in den Abendstunden und in der Nacht Strom generieren können. Derzeit werden teure Flüssigsalz-Speicher eingesetzt.

In der Industrie können die Speicher überall dort zum Einsatz kommen, wo energieintensive Prozesse ablaufen. Dies kann bei sehr hohen Temperaturen, wie um Beispiel in der Keramikindustrie, der metallverarbeitenden Industrie oder bei der Glasherstellung sein. Ziel der Forschungsarbeiten ist es, die technologische Machbarkeit von thermochemischen Speichern zu demonstrieren und diese für konkrete Anwendungen in Zusammenarbeit mit der Industrie zur Marktreife zu bringen.