Energie lässt sich in verschiedenen Formen speichern: elektrisch, thermisch oder auch thermochemisch. Je nachdem welche Speicherform verwendet wird, lässt sich Energie unterschiedlich lang speichern beziehungsweise in unterschiedlicher Form wieder entnehmen. Im EU-Projekt Restore haben Forschende der TU Wien nun thermochemische Energiespeicher entwickelt, mit denen sich Energie nahezu verlustfrei und über längere Zeiträume speichern lässt. Die Rede ist hier von Monaten, Jahren oder gar Jahrzehnten.
Die Besonderheit: Energie kann sowohl in Form von Wärmeenergie als auch in Form von elektrischer Energie in das System eingespeist werden. Ein Wandler ermöglicht es außerdem, Energie in beiden Formen wieder zu entnehmen. All dies sind wichtige Kriterien, um den Umstieg auf erneuerbare Energieträger voranzutreiben, da zum Beispiel im Winter einerseits weniger Solarstrom produziert werden kann, aber auch der Energiebedarf steigt, um zu heizen.
Entwicklung eines Prototyps und Simulationen
„In den Speichern befindet sich ein Gemisch aus Öl und einem Salzhydrat“, erklärt Prof. Franz Winter, Leiter der Forschungsgruppe Thermochemische Verfahrenstechnik. „Wird dem System Energie zugeführt, so spaltet das Salzhydrat Wasser ab. Dieses Wasser wird in einem separaten Kreislauf gesammelt und dem System erst dann wieder zugeführt, wenn Energie benötigt wird.“
Das System ist reversibel und die darin verwendeten Materialien sind sicher, kostengünstig und haben eine hohe Verfügbarkeit. Die Suspension hat – je nach verwendetem Öl und Salzhydrat – eine Energiedichte von etwa 1,1 GJ/m³ (300 kWh/m³) und liege damit signifikant über der von klassischen Heißwasserspeichern, die maximal bei etwa einem Drittel davon liegt.
„Begonnen haben wir mit Systemen mit einer Leistung von einem Kilowatt. Mittlerweile testen und entwickeln wir auch Systeme mit einer Leistung von fünf und von 30 kW an der TU Wien in enger Kooperation mit den Kollegen Andreas Werner vom Forschungsbereich Thermodynamik und Wärmetechnik und Markus Haider vom Fachbereich Energiewandlung“, sagt Franz Winter.
Diese kleineren Systeme sind vor allem wichtig, um die Machbarkeit zu überprüfen. Größere Systeme und Use Cases mit 100, 500 kW oder von 1 MW Leistung werden an der TU Wien in der Simulation studiert. „Diese Herangehensweise erlaubt es uns, ein Verständnis dafür zu entwickeln, wie die Systeme für verschiedene Größenordnungen und Anwendungen effizient integriert werden können“, sagt Franz Winter. Das Ziel des Forschungsteams sei es schließlich, die im Rahmen von Restore entwickelten Energiespeicher in die Anwendung zu bringen.
Einsatz thermochemischer Energiespeicher
Einsatz finden die thermochemischen Energiespeicher perspektivisch vor allem dort, wo viel Abwärme anfällt, die andernfalls ungenutzt an die Umgebung abgegeben werden würde. Interessant sind hier vor allem Temperaturen zwischen 100 °C und 150 °C. Anwendungsfälle, die auch im Rahmen von Restore simuliert werden, sind Fabriken aller Art – von Zement, bis Papier und Stahl. Die dort gewonnene Abwärme kann durch die Restore-Technologie für die Versorgung mit Fernwärme genutzt werden. Aber auch die Energieausbeute von Solar- oder Geothermie-Anlagen lasse sich auf diese Weise erhöhen.