Kalkspeicher: Günstig, effizient und nachhaltig

Der Reaktor als Herzstück der Kalkspeicheranlage: Wissenschaftler
entwickeln eine effizientere Methode, Kalk als Wärmespeicher zu
nutzen.
© DLR (CC-BY 3.0)
Thermochemische Energiespeicher
10.12.2015
Kalkspeicher: Günstig, effizient und nachhaltig
Am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) setzen Forscher
Kalk als Speichermedium in einer eigens entwickelten
Wärmespeicher-Anlage ein. Wärme lässt sich so in Form einer reversiblen
Reaktion speichern. Solche Speicher können dabei helfen, große
Energiemengen in Industrieprozessen und privaten Haushalten effizienter
zu nutzen. Jetzt wurde die neue Anlage in Betrieb genommen.
Kalk als günstiges Speichermaterial: Über ein
Silo kann beliebig viel Kalk in Pulverform
nachgeliefert werden. Der Kalk wird dann beim
Vorbeifließen an Edelstahlrohren gebrannt und
kann so die Wärme speichern.
© DLR (CC-BY 3.0)
Wenn Kalziumhydroxid, sogenannter
gelöschter Kalk, erwärmt wird, entsteht ab circa
450 Grad Celsius Kalziumoxid, da dem
Calciumhydroxid Wasser entzogen wird. Bei
dieser Redaktion werden rund 80 Prozent in
Form von chemischer Energie geespeichert.
© DLR (CC-BY 3.0)
Die Wissenschaftler entwickelten mit dem Speichermaterial Kalk ein
Konzept, das sich bei Prozessen mit hohen Temperaturen einsetzen lässt.
Die Kalkspeicheranlage ist eine Weiterentwicklung eines ersten Prototyps
im Technikumsmaßstab (BINE Informationsdienst berichtete). Diese kann
Energie noch kostengünstiger und effizienter speichern. Dabei wird das
Speichermaterial – der sogenannte gelöschte Kalk – erwärmt. Ab circa
450 Grad Celsius beginnt dann eine endotherme Reaktion, wodurch
Kalziumoxid – der gebrannte Kalk – entsteht. Rund 80 Prozent wird in
Form von chemischer Energie gespeichert – der Rest wird als Wärme frei.
Die chemisch gespeicherte Energie lässt sich beliebige Zeit verlustfrei
lagern. Deshalb eignet sich die Anlage besonders gut 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.
Kalk ideal für Langzeitspeicher
Die DLR-Forscher entschieden sich für Kalk, da es in der Anschaffung
sehr günstig ist. Zudem kann seine chemische Reaktion pro Kubikmeter
über fünfmal mehr Wärmeenergie abgeben als zum Beispiel Wasser – bei Abkühlung von 80 auf 30 Grad Celsius.
Die Energiedichte des Speichers ist also extrem hoch. Dr. Marc Linder, Fachgebietsleiter Thermochemischer
Systeme in der Abteilung Thermische Prozesstechnik des Instituts Technische Thermodynamik, betont: „Die
thermochemische Wärmespeicherung mit Kalk ist eine interessante Alternative zu den bereits weiter entwickelten
Die Energiedichte des Speichers ist also extrem hoch. Dr. Marc Linder, Fachgebietsleiter Thermochemischer
Systeme in der Abteilung Thermische Prozesstechnik des Instituts Technische Thermodynamik, betont: „Die
thermochemische Wärmespeicherung mit Kalk ist eine interessante Alternative zu den bereits weiter entwickelten
und genutzten Technologien innerhalb der Kraftwerkstechnik oder Prozesswärme. Daneben sehen wir aber auch
Potenziale für Kalkspeicher in der saisonalen Speicherung von Energie, zum Beispiel zur Unterstützung der
Wärmeversorgung von privaten Haushalten mit dezentral erzeugter elektrischer Energie.“
Vielseitig einsetzbar durch Temperaturregelung
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 (Abbildung
links, Mitte), 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. Wird der Druck des
Wasserdampfes erhöht, findet die Reaktion bei einer höheren Temperatur statt. Wird der Druck abgesenkt,
reduziert sich auch die Temperatur der Reaktion.
Linder sieht die Herausforderung im Zusammenspiel: „Bei der neuen Kalkspeicheranlage muss die kontinuierliche
Bewegung des Speichermaterials in Verbindung mit der Wärmezufuhr und der Wasserdampfregelung noch
optimiert werden.“
Kompetenzzentrum und Testanlage
Im Kompetenzzentrum CeraStorE können sowohl thermische Energiespeicher mit Flüssigsalzen, als auch die
thermochemische Speicherung mit Hilfe von Kalk oder Metalloxiden für Kraftwerksprozesse und industrielle
Anwendungen untersucht werden.
Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) förderte die erste Testanlage zur Energiespeicherung
mit Kalk. Die Weiterentwicklung des Reaktors wurde innerhalb eines europäischen Forschungsprojekts vom DLR
koordiniert und kürzlich erfolgreich abgeschlossen.
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