Wärme: Die unterschätzte Energiequelle
Die am häufigsten vorkommende Energie auf unserem Planeten liegt in Form von Wärme vor. Sie entsteht durch die Sonneneinstrahlung, bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe, als Nebenprodukt in Kraftwerken und sogar in industriellen Prozessen. Doch Wärme bleibt abseits von Kraft-Wärme-Kopplungen oft ungenutzt und reduziert dadurch z.B. die Effizienz der Energiegewinnung (z.B. Strom). Dabei ist Wärme ein wichtiger Schlüssel zur Energiewende!
Mit dem Umstieg auf erneuerbare Energien wie Solar- und Windkraft kommt eine neue Herausforderung: Diese Energiequellen liefern elektrischen Strom nicht immer gleichmäßig. Mal gibt es zu viel, mal zu wenig. Um diese Schwankungen auszugleichen, brauchen wir Energiespeicher. Sie nehmen überschüssige Energie auf und geben sie dann wieder ab, wenn sie gebraucht wird. Für den Bereich des elektrischen Stroms können dies Batterien (Kurzzeitspeicher) oder Wasserstoff (Langzeitspeicher) sein.
Wärme für Raumbeheizung oder Prozesswärme mit (zwischengespeichertem) Strom zu erzeugen ist jedoch angesichts der Umwandlungsverluste ineffizient. In vielen Fällen ist die direkte Speicherung von Wärme, die ansonsten ungenutzt an die Umgebung abgegeben würde, in Wärmespeichersystemen sinnvoller.
Verschiedene Arten von Wärmeenergiespeichern
Es gibt verschiedene Arten von Energiespeichern, die sich jeweils für unterschiedliche Anwendungen und Speicherzeiträume eignen:
Sensible Wärmespeicher: Diese Speicher nutzen Materialien wie Wasser oder Steine (Hochtemperaturspeicher), um Wärme zu speichern. Sie sind relativ einfach und günstig (bis auf die thermische Isolation), haben aber eine begrenzte Speicherkapazität und Speicherzeit. Ein anschauliches Beispiel sind die Warmwasserspeicher in zahllosen Haushalten.
Latentwärmespeicher: Diese Speicher nutzen Materialien, die ihre Phase ändern, um Wärme zu speichern. Zum Beispiel kann ein Material schmelzen, um Wärme aufzunehmen, und dann wieder erstarren, um sie abzugeben. Beispiele dafür sind Eisspeicher oder Paraffine, die als PCM (Phase Change Material) eingesetzt werden. Ein weiteres Beispiel ist Natriumacetat. Durch Auskristallisation des gelösten Salzes wird die gespeicherte Wärmeenergie freigesetzt (Kristallisationsenthalpie).
Latentwärmespeicher haben eine höhere Speicherkapazität als sensible Wärmespeicher, sind aber auch teurer und haben einen enger begrenzten Arbeitspunkt (Aufschmelztemperatur) für den optimalen Betrieb. Die Energie kann jedoch relativ lang gespeichert werden, solange kein Phasenübergang stattfindet.
Thermochemische Energiespeicher: Diese Speicher (TCES) nutzen chemische Reaktionen, um Wärme zu speichern. Sorbtionsspeicher speichern den Wärmeumsatz umkehrbarer chemischer Reaktionen. Einsatzstoffe sind Silikagele, Zeolithe und Metallhydride.
Die gespeicherte (Wärme)Energie kann je nach genutztem Verfahren oft sehr lange gespeichert und auch transportiert werden. Sie haben die höchste Energiedichte aller vorgestellten Speichertypen. TCES-Systeme sind jedoch zur Zeit noch relativ weit von einer breiten Marktreife entfernt.
Welche Technologie ist die beste?
Die beste Technologie für einen bestimmten Anwendungsfall hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B. der benötigten Energiemenge, der verfügbaren Fläche und dem Budget. Sensible Wärmespeicher sind oft die beste Wahl für einfache Anwendungen, während Latentwärmespeicher und thermochemische Energiespeicher für komplexere Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Speicherdichte geeignet sind.
Thermochemische Energiespeicher: Die Hoffnungsträger der Energiewende
Thermochemische Energiespeicher haben großes Potenzial, die Energiewende voranzutreiben. Sie können große Mengen an Energie speichern, sind flexibel einsetzbar und helfen dabei, den Einsatz fossiler Energie zu reduzieren (zum Beispiel durch Kraft-Wärme-Kopplung).
Die Forschung und Entwicklung im Bereich der thermochemischen Energiespeicher ist daher in vollem Gange. Es gibt bereits einige vielversprechende Ansätze.
Fazit
Auch Wärmeenergie-Speicher sind ein wichtiger Baustein für die Energiewende. Sie helfen uns, erneuerbare Energien effizient zu nutzen und eine nachhaltige Zukunft zu gestalten. Thermochemische Energiespeicher haben dabei besonders großes Potenzial.
© Gerald Friederici 2024