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Kalkspeicheranlage: Wissenschaftler am DLR-Institut für Technische Thermodynamik entwickelten eine effiziente Methode, Kalk als Wärmespeicher zu nutzen. Bild: DLR
Thermochemische Anlage

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Kalk als Wärmespeicher

Ein Prototyp zur Energiespeicherung mit Kalk hat im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt den Betrieb aufgenommen. Mithilfe des thermochemischen Speichers kann Wärme für industrielle Prozesse genutzt werden.

Eine neuartige Anlage zur Speicherung von Energie haben Energieforscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln gestartet. Das Speichermaterial des im DLR entwickelten Verfahrens ist Kalk, der die Wärme durch eine endotherme Reaktion speichern kann. Solche thermochemischen Speicher haben das Potenzial, in Industrieprozessen und privaten Haushalten große Energiemengen einzusparen, so das DLR. Die Kalkspeicheranlage ist die Weiterentwicklung eines ersten Prototyps und soll Energie kostengünstiger und effizienter speichern.

Die DLR-Wissenschaftler haben mit dem Speichermaterial Kalk ein Konzept entwickelt, das bei Prozessen mit hohen Temperaturen eingesetzt werden kann. Wird das Speichermaterial (gelöschter) Kalk erwärmt, beginnt ab zirka 450 Grad Celsius eine endotherme Reaktion, wodurch Calciumoxid entsteht. Dabei werden zirka 20 Prozent in Form von fühlbarer und der Rest in Form von chemischer Energie gespeichert. Die sensible Energie kann nur über einen begrenzten Zeitraum gespeichert werden. Wird sie nicht genutzt, geht die Wärmeenergie – je nach Wärmedämmung – langsam verloren. Da ein großer Teil der ursprünglichen Energie auf unbestimmte Zeit als chemische Energie gespeichert werden kann, eignet sich die Anlage besonders für längere Speicherzeiten. Erst bei Bedarf wird die Energie in Form von Wärme wieder freigesetzt, indem Wasserdampf zugeführt wird, was eine starke exotherme Reaktion hervorruft.

Für das Material Kalk haben sich die Forscher auch deshalb entschieden, weil es in der Anschaffung sehr günstig ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die 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. Marc Linder vom Institut Technische Thermodynamik: „Die thermochemische Wärmespeicherung mit Kalk ist eine interessante Alternative zu den bereits weiter entwickelten und genutzten Technologien im Bereich der Kraftwerkstechnik oder Prozesswärme. Neben diesen Anwendungsfeldern sehen wir aber auch Potenziale für Kalkspeicher in der saisonalen Speicherung von Energie, zum Beispiel zur Unterstützung der Wärmeversorgung von privaten Haushalten."

In der weiterentwickelten Speicheranlage wird der Kalk in Edelstahlrohren an einer feststehenden Hitzequelle vorbeigeführt. Somit kann in der Anlage beliebig viel Kalk gebrannt werden. Nachschub liefern Silos, die am Anfang und am Ende des Kreislaufes stehen. Ein zusätzlicher Vorteil der chemischen Speicherung liegt in der Regulierung der Temperatur innerhalb des Speichers. Mit der neuen Anlage ist es möglich, Wasserdampf mit unterschiedlich hohem Druck in den gebrannten Kalk zu pressen. Erhöht man den Druck des Wasserdampfes, findet die Reaktion bei einer höheren Temperatur statt. Wird der Druck abgesenkt, reduziert sich auch die Temperatur der Reaktion. „Die Herausforderung bei der neuen Kalkspeicheranlage ist jetzt noch, das Zusammenspiel aus kontinuierlicher Bewegung des Speichermaterials in Verbindung mit der Wärmezufuhr und der Wasserdampfregelung zu optimieren", sagt Matthias Schmidt, Projektleiter am Institut für Technische Thermodynamik des DLR.

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