Energiespeicher: Eisen für die Energiewende?
Es ist das vierthäufigste Element in unserer Erde – Eisen könnte der Energiewende enorm helfen. Forscher experimentieren an einem Kreislaufsystem aus Ökostrom, Wasserstoff und Eisen als Energiespeicher. Erste Tests sind vielversprechend.
19.01.2021 – In einer Brauerei im niederländischen Lieshout steht sie, die weltweit erste Anlage, die Eisen als Energiespeicher im praktischen Einsatz erprobt. Seit Ende Oktober vergangenen Jahres entsteht die benötigte Wärme zum Brauen aus der Verbrennung von Eisen. Dahinter steckt ein Kreislaufsystem, im Labor entwickelt von einem Team der Technischen Universität Eindhoven. Der Standard berichtete zuletzt.
Dabei wird Eisenpulver mit Sauerstoff gemischt und entzündet. Der Vorteil von Eisenpulver gegenüber einem Eisenklumpen besteht darin, dass die vielen Pulverpartikel eine viel größere Oberfläche bieten, auf der die Verbrennung gleichmäßig ablaufen kann. Dadurch wird viel Wärme frei, die nun in der Brauerei in Lieshout genutzt wird.
Als Abfallprodukt der Verbrennung entsteht Eisenoxid, auch Rost genannt. Wenn dadurch wiederum Wasserstoff geleitet wird, reagiert dieser mit den Sauerstoffatomen im Eisenoxid und verbindet sich zu Wasser. Neben dem Wasser entsteht neues Eisenpulver. Der Kreislauf schließt sich. Und dieser Kreislauf kann nahezu klimaneutral bewerkstelligt werden, wenn der Wasserstoff mittels Erneuerbaren Energien produziert wird.
Vorteile beim Transport
Das Eisenpulver fungiert dabei als Energiespeicher, dass in einfachen Behältern transportiert werden könnte. Ein Vorteil gegenüber den Planungen, Wasserstoff aufwändig gekühlt und in speziellen Behältern über weite Strecken zu transportieren. Forscher aus Deutschland ziehen in Betracht, dass etwa in Afrika produzierter Wasserstoff auch vor Ort eingesetzt und nur Eisenpulver nach Europa verschifft wird. Das könnte wesentlich günstiger sein.
Die Anlage in der niederländischen Brauerei verbraucht rund 60 Kilogramm Eisen in der Stunde und liefert dabei bis zu 100 Kilowatt Wärmenergie. Laut dem Team der TU Eindhoven könnten mit dem aktuellen Set-Up etwa 15 Millionen Gläser Bier produziert werden. Bis 2024 will das Team ein System mit 10 Megawatt-Leistung aufbauen. Ziel sei es 2030 die ersten Kohlekraftwerke umrüsten zu können.
Umfunktionierte Kohlekraftwerke
Wird der Einsatz des Systems erst einmal im großen Maßstab möglich sein, könnten Kohlekraftwerke künftig Eisen statt Kohle zur Energieerzeugung verbrennen. Bei der Verbrennung würde so kein klimaschädliches Kohlendioxid entweichen. Forscher sehen für diese Technik auch in Deutschland große Potenziale.
Andreas Dreizler von der TU Darmstadt sagte Ende vergangenen Jahres: „Dieser Weg ermöglicht einen schnellen Umstieg, gewährleistet Versorgungssicherheit und spart Kosten für den Aufbau gänzlich neuer Infrastrukturen ein“. Und sein Kollege Christian Haase ergänzt: „Durch den Kohleausstieg ergeben sich zusätzlich für Eisen ganz neue Perspektiven.“
Gemeinsam mit Forschern vom Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR), der Universität Mainz und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT), hat die TU Darmstadt einen großen Forschungsantrag an das Land Hessen gestellt, um intensiver auf diesem Feld zu forschen. Die Genehmigung steht noch aus. mf
Kommentare
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Dr.Peter Krommes 23.01.2021, 11:17:44
Meine Meinung dazu: es handelt sich dabei eher um ein hübsches chemisches Kabinettstückchen, bei dem ich aber nur wenige Aussichten auf eine erfolgreiche technische Anwendung sehe. Die Idee mit Wasserstoff als Energieträger bzw. als wischenstufe zu arbeiten gibt es seit langem. Grundproblem ist dabei, dass die Herstellung von Wasserstoff erstmal selbst sehr energieaufwändig ist. Also die Energie die man bei der Verbrennung oder einem chemischen Prozess gewinnt muss man vorher erstmal reingesteckt haben, deshalb folgt dann ja auch immer die Anmerkung "Wenn der Wasserstoff mittels Erneuerbaren Energien produziert wird..."
Bliebe aber die Alternative übrig, dieses Verfahren als Energiespeicher zu verwenden, um überschüssige Energie zwischenzuspeichern.
Dagegen spricht aber, dass man neben dem Wasserstoff auch noch Sauerstoff herstellen muss, um den Prozess zu betreiben! Damit verschiebt sich die Energiebilanz zwischen benötigter und gewonnener Energie noch stärker in den negativen Bereich. Außerdem halte ich den Verbrennungsprozess von Eisen (Pulver) für technisch deutlich komplexer als zum Beispiel die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen!
Man muss eine neue Technologie immer mit bekannten - allerdings möglicherweise technisch noch nicht voll ausgereizten Verfahren - vergleichen. Die Verfahren zur Herstellung von vollsynthetischem „Diesel“ unter Verwendung von Wasserstoff sind meines Erachtens viel erfolgsversprechender. Aus Kohlendioxid, Wasser und Wasserstoff lässt sich das problemlos bewerkstelligen. Das Endprodukt könnte dann klimaneutral (!) in vorhandenen Anlagen zur Energiegewinnung eingesetzt werden, der Transport und die Lagerung wären problemlos möglich.
Letztendlich wird ein Vergleich von eingesetzter und zurückgewonnener Energie sowie die Transportfrage der beiden Energiespeicher, Eisenpulver und synthetischer Kohlenwasserstoff entscheiden, welches Verfahren die Nase vorne hat, ich vermute der synthetische Diesel!
Rainer Ott 19.01.2022, 16:05:23
Ihre Argumentation ist für mich nicht nachvollziehbar, z.B. wenn es darum geht, in der Wüste Strom zu erzeugen und diie Energie effektiv zu transportieren.
Sie kritisieren zunächst die Verwendung von Wasserstoff, bringen aber als Alternative einen Prozess, der Wasserstoff, Kohlendioxid und viel zusätzliche Energie benötigt? Wasserstoff per Elektrolyse zu erzeugen, wird der millionenfach genutzte Prozess, z.B. auch für Ammoniak. Elektrolyseure werden daher in Zukunft in großer Stückzahl und damit industriell und preiswert hergestellt.
Weiterhin kritisieren Sie die Verwendung von Sauerstoff, der mit einem Anteil von 21% in der Luft vorhanden ist, und wollen stattdessen CO2 verwenden, das nur mit 0,04% in der Luft vorhanden ist. So, und auch nach allen Angaben in der Literatur, ist CO2 Extraktion viel viel aufwendiger als die Extraktion von Sauerstoff.
Aus meiner Sicht als Ingenieur sollte man auf jeden Fall eine solche Technik erproben!
Thomas Krassmann 19.07.2021, 22:54:52
Guten Abend
was bei solchen Ideen auch immer nicht bedacht wird, sind die Mengen an Rohstoffen, die man dazu braucht.
In diesem Falle Eisen. Das wächst nicht auf Bäumen, sondern muß erst einmal in den benötigten großen (sehr großen, vermutlich Millionen von Tonnen !!) Mengen bergmännisch gewonnen werden. Also müssen neue Bergwerke her mit der damit einhergehenden Infrastruktur etc etc.
Man kann sich leicht vorstellen, wie schwierig das ist und wieviel CO2 dabei freigesetzt wird. Von der Umweltbeeinflussung ganz zu schweigen
Schönen Abend noch
Dr. Thomas Krassmann