INDUSTRIAL TECHNOLOGY
Real gewordene Utopie © TU Wien

Franz Winter, Professor am Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und technische Biowissenschaften der TU Wien im Labor: Sorgfältig ausgewählte Chemikalien dienen als chemischer Wärmespeicher.

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Franz Winter, Professor am Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und technische Biowissenschaften der TU Wien im Labor: Sorgfältig ausgewählte Chemikalien dienen als chemischer Wärmespeicher.

Helga Krémer 20.05.2022

Real gewordene Utopie

Energie chemisch speichern, verlustfrei monatelang lagern und im Winter damit heizen – ein nun patentierter chemischen Reaktor der TU Wien macht’s möglich.

WIEN. Energie langfristig zu speichern, ist wohl das größte bisher ungelöste Problem der Energiewende. An der TU Wien wurde nun ein neuartiger chemischer Wärmespeicher erfunden, mit dem man große Energiemengen auf umweltfreundliche Weise praktisch unbegrenzt lange speichern kann.

Man verwendet Wärme, um eine chemische Reaktion auszulösen. Dabei entstehen energiereiche chemische Verbindungen, die problemlos und ohne Energieverlust monatelang gelagert werden können. Bei Bedarf lässt sich dann die chemische Reaktion umkehren, dabei wird die Energie wieder freigesetzt. So kann man etwa Abwärme von Industrieanlagen oder auch Sonnenwärme im Sommer speichern, um damit den Winter hindurch Gebäude zu heizen. Die chemische Reaktion und der dafür speziell entwickelte Suspensionsreaktor sind nun patentiert worden.

Im Sommer speichern, im Winter nutzen
Es gibt viele Methoden, Energie zu speichern, doch alle haben ihre Nachteile: Man kann Batterien aufladen, doch ihre Kapazität ist begrenzt. Man kann mit elektrischem Strom Wasserstoff herstellen, doch er kann nur schwer langfristig gelagert werden. Die neue Methode der TU Wien beruht auf einem ganz anderen Prinzip – der Umwandlung von Wärmeenergie in chemische Energie und wieder zurück.

„Es gibt unterschiedliche chemische Reaktionen, die man für diesen Zweck nutzen kann. Wir verwenden etwa Borsäure, ein festes Material, das wir mit Öl vermischen“, erklärt Franz Winter, Professor am Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und technische Biowissenschaften der TU Wien. „Diese ölige Suspension kommt in einen Reaktor, dessen Wand auf eine Temperatur zwischen 70 und 200 Grad Celsius aufgeheizt wird.“ Viele Prozesse in der Industrie fänden in diesem Temperaturbereich statt, daher sei diese Methode optimal geeignet, um Abwärme von Industrieanlagen zu nutzen, die sonst einfach verloren gehen würde. Man könne solche Temperaturen aber auch einfach erreichen, indem man Sonnenlicht bündelt.

Durch die Hitze kommt es zu einer chemischen Reaktion – so wird etwa Borsäure in Boroxid umgewandelt und dabei wird Wasser freigesetzt. Die ölige Boroxid-Suspension kann man dann in Tanks lagern. Wenn man dieser Suspension dann wieder Wasser zuführt, läuft die chemische Reaktion umgekehrt ab, und die gespeicherte Wärme wird wieder freigesetzt.

„Damit ist der Kreislauf geschlossen und die Suspension kann ein weiteres Mal verwendet werden“, erklärt Winter. „Im Labor haben wir gezeigt, dass auf diese Weise problemlos viele Auf- und Entladungsvorgänge möglich sind.“

Viele Vorteile gleichzeitig
Die Technologie wurde bereits patentiert, nun soll noch genauer untersucht werden, wie sie sich am besten und effizientesten anwenden lässt. „Für unterschiedliche Anwendungsbereiche werden unterschiedliche Reaktorgrößen optimal sein“, sagt Winter. „Man muss diese Reaktoren immer als Teil eines Gesamtsystems sehen. Je nachdem, welche Wärmemengen bei welchen Temperaturen etwa in einer Industrieanlage anfallen und welche anderen energietechnischen Einrichtungen es dort bereits gibt, muss man den Prozess optimal anpassen.“

Neben Borsäure können auch andere Chemikalien eingesetzt werden – auch Salzhydrate wurden untersucht. Borsäure und Salzhydrate vereinen gleich mehrere Vorteile: Sie sind kostengünstig und einfach verfügbar, relativ ungefährlich und über viele Zyklen hinweg stabil und können beliebig lange aufbewahrt werden. Die Reaktortechnologie kann auf industrielle Maßstäbe hochskaliert werden. Das verwendete Öl erlaubt einen optimalen Wärmetransfer und schützt gleichzeitig den Reaktor während der Reaktion und die Feststoffe während der Lagerung.

Einen genauen Wirkungsgrad des Prozesses könne man derzeit noch nicht angeben – er werde stark davon abhängen, wie der Speicher mit anderen Technologien gekoppelt wird. Der große Vorteil sei die langfristige Speichermöglichkeit von Wärmemengen, die sonst einfach verloren gehen würden, und deren bedarfsorientierte Nutzung.

„Wir wollen nun, auch gemeinsam mit Industriepartnern, intensiv an dieser Technologie weiterforschen“, kündigt Winter an. „Wir sind überzeugt davon, dass mit dieser Erfindung ein wichtiger Schritt nach vorne gelungen ist, der in den nächsten Jahren auch den Schritt in die industrielle Anwendung finden wird.“ (hk)

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