Von Batterien bis zum Riesenwärmekissen – Chemische Technik für Energiespeicher

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...in Stuttgart eine 500-kWh-Demonstrationsanlage gebaut, in der Tests bis 400 °C durchgeführt werden sollen und deren Ergebnisse bis 2013 erwartet werden. Die Besonderheit: Der CellFlux genannte Speicher kann mit unterschiedlichen Wärmeträgermedien wie beispielsweise Thermoöl, Dampf oder Flüssigsalz genutzt werden und ist damit flexibel für alle solarthermischen Kraftwerkstypen einzusetzen. Der Speicher wird aus einzelnen Modulen, den sogenannten Zellen, aufgebaut und speichert die Wärme im Feststoff. Innerhalb der Module wird die Wärmeenergie durch einen Wärmeübertrager an einen Luftstrom abgegeben. Dieser durchströmt das feste Speichermaterial und gibt dabei die transportierte Energie an den Feststoff weiter. Bei der Entladung des Speichers wird dieser Prozess umgekehrt. Im Gegensatz zu Salzspeichern, bei denen das Salz stets über einer Temperatur von 230 °C gehalten werden muss, da es sonst kristallisiert, kann der Feststoffspeicher auch bei niedrigeren Temperaturen betrieben werden. Dazu kommen deutlich niedrigere Investitionskosten.

Latentwärmespeicher: hohe Energiedichte, niedrige Temperaturdifferenzen

Im Gegensatz zu sensiblen Wärmespeichern bleibt die Temperatur latenter Wärmespeicher beim Be- und Entladen weitgehend konstant. Das Prinzip ist jedem bekannt, der Getränke mit Eiswürfeln kühlt: Genügend Eis vorausgesetzt, bleibt die Temperatur im Glas so lange konstant bei 0 °C, bis alles Eis geschmolzen ist. Der Clou dabei: latente Wärmespeicher haben eine sehr viel höhere Energiedichte. Würde man dieselbe Energiemenge, die das Eis zum Schmelzen bringt, für die Erwärmung einer entsprechenden Menge Wassers benutzen, könnte man dieses von 0 auf 80 °C aufheizen. Deshalb, aber auch auf Grund der Tatsache, dass der Speicher bei wesentlich geringeren Temperaturdifferenzen betrieben werden kann, wird Latentspeichern insbesondere in der Industrie ein besonders großes Potenzial beigemessen.

Prominentes Beispiel für Latentspeicher ist die Gebäudeklimatisierung. Hierfür wurden in den vergangenen Jahren Baustoffe entwickelt, mit denen Gebäude tagsüber gekühlt und nachts beheizt werden: Ein Team des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) und der BASF hat ein Verfahren entwickelt, mit dem Paraffinwachs-Tröpfchen als Latentspeicher (Phase Change Material, PCM) in Hohlkugeln aus Acrylglas eingeschlossen werden und so in Baustoffe wie Mörtel oder Gips eingebracht werden können.

Neben Paraffinen können auch Salzhydrate und Salzmischungen - beispielsweise Kalium- und Natriumnitrat - als Latentspeichermedien genutzt werden. Die größte Hürde der an sich vielversprechenden Technologie ist allerdings der Wärmetransport: Der Wärmeübertragungskoeffizient wird von der Wärmeleitfähigkeit des festen Speichermaterials bestimmt. Und diese ist für organische oder anorganische Feststoffe in der Regel vergleichsweise niedrig. Die Forschungsbemühungen zielen deshalb darauf ab, die Wärmeleitung sowie die Wärmeaustauschfläche zu steigern. Neben der bereits erwähnten Mikroverkapselung für Baustoffe beschäftigen sich Entwickler im Hinblick auf industriell nutzbare Wärmespeicher mit...

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