Speicherung von Prozesswärme in Beton im Praxistest

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Gerade die energieintensive Prozesswärme, bei der auch immer jede Menge Abwärme anfällt, bedarf einer Weiternutzung mittels eines Speichers. "Sowohl für solare Kraftwerke als auch für die Speicherung von Prozesswärme hat man einen technisch und wirtschaftlich attraktiven Feststoffspeicher aus temperaturfestem Beton entwickelt, der sich für Anwendungen bis 400 Grad Celsius eignet. Er wurde in einem 400-Kilowattstunden-Speichermodul bereits erfolgreich getestet. Je nach Betriebsweise erreicht der Betonspeicher eine spezifische Speicherkapazität von 20 bis 50 kWh pro Kubikmeter. Die Ergebnisse aus der einjährigen Testphase sollen in den Bau eines Pilotspeichers fließen, der schließlich bis zur Marktreife weiterentwickelt werden soll", beschreibt Springer Gabler-Autor Jürgen Staab in seinem Buchkapitel Ressourcen und Geschäftsfelder in den Regionen auf Seite 93 ein Testbeispiel. 

Das norwegische Startup Energynest vermarktet seit kurzem solch eine Technologie. In Abu Dhabi wurde auf einer Solarplattform des Masdar-Instituts über die letzten drei Jahre ein modular aufgebauter und ein Megawatt fassender Betonspeicher erprobt und durch einen externen Prüfer validiert. Dieser lief rund um die Uhr, damit sein Lebenszyklus, der derzeit auf bis zu 50 Jahre geschätzt wird, genau ermittelt werden konnte. Der Betrieb erfolgte mit Prozesswärme innerhalb einer Solarthermieanlage.

Kein Verschleiß, kein Leistungsabfall

Die Messergebnisse ergeben ein hoffnungsvolles Bild. Die gemessene Leistung entspricht nach mehr als 1000 Testzyklen der prognostizierten. Auch nach durchgehenden Laufzeiten zeigten die einzelnen, aus einer Spezialbetonmischung bestehenden Module, durch die kontaktfrei ein Thermo-Öl fließt, keinerlei Verschleißerscheinungen. Mikroskopische Untersuchungen durch ein unabhängiges Labor haben dies bestätigt.

Der größte Vorteil dieser Speichertechnologie: Stahl und Beton, der zu 75 Prozent aus verschieden groß geschnittenen Quarzen und zu 25 Prozent aus einem Geheimrezept bei minimaler Wasserbindung besteht, ist sehr kostengünstig. Die Wärmeverluste sind minimal. Durch das hohe Temperaturniveau können fünf Energiewertströme erzeugt werden, so z.B. auch Dampf für den Antrieb von Generatoren. Somit eignet sich das System auch als indirekter Speicher, z.B. durch Laden mit industrieller Abwärme und für die Erzeugung eigener elektrischer Energie – unabhängig und je nach Bedarf. Zudem kann der Speicher durch die Module für verschieden große Anwendungen – je nach Anfall der zu nutzenden Energiemenge – bis hin zu mehreren Gigawattstunden angepasst werden.

Mehr Effizienz für Unternehmen

Derzeit arbeitet Energynest an der Umsetzung etlicher kommerzieller Projekte in Europa. Mögliche Einsatzgebiete sind Dampferzeuger wie Kraftwerke oder Industriebetriebe, die mit Prozessdampf arbeiten. Energynest-CEO Christian Thiel sieht hier für Unternehmen vor allem die Möglichkeit, mittels eines bisherigen Abfallproduktes ihre eigene Energieeffizienz zu erhöhen und den Kohlendioxid-Ausstoß zu minimieren. Gleichzeitig könne man mit dem aus der gespeicherten Prozesswärme erzeugten Strom am Regelenergiemarkt teilnehmen oder die Spitzentarifzeiten am Strommarkt umgehen. Auch die Energieautarkie von Inseln, die bisher ihren Strom aus Dieselgeneratoren oder Dampfkraftwerken beziehen, könne man so erhöhen, vor allem im Zusammenspiel mit wachsenden erneuerbaren Energiequellen. Denn dort könne man das System hinter die Abgasströme schalten, die hochgradige Wärme ein- und planbar als Strom ausspeichern, und das bei geringerem Treibstoffbedarf. Somit werde eine Brücke zwischen alten und neuen Kraftwerken geschlagen.

"Bei solarthermischen Kraftwerken wird beispielsweise der Einsatz neuer Speichertypen erprobt. So finden Betonfeststoffspeicher für den Hochtemperaturbereich bis ca. 500 °C Anwendung. Bei dieser Speicherart gibt das vom solarthermischen Kraftwerk kommende Wärmeträgermedium Wärme an den Beton ab (Beladung des Speichers) oder nimmt Wärme vom Betonspeicher auf (Entladung des Speichers)", beschreiben die Springer Vieweg-Autoren Ingo Stadler und Andreas Hauer im Buchkapitel Thermische Energiespeicher auf Seite 598 noch einmal die Möglichkeit dieser Lösung.