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EnergiewendeSuperkritisches CO2 ist super gut für nachhaltigen Strom

Ein Mensch hält in der linken Hand das Modell einer winzigen sCO2-Turbine und in der rechten Hand das wesentlich größere Modell einer Dampfturbine.
Ein immenser Größenunterschied: Der Vergleich zwischen dem Modell einer Dampfturbine und einer sCO2-Turbine. (Foto: ©TU Dresden)      

Forscher wollen mit CO2 die nachhaltige Stromproduktion revolutionieren. Superkritisch wird der Zustand von CO2 genannt, der weder flüssig noch gasförmig ist und kleinste Turbinen effektiv antreibt.

12.11.2019 – Wird flüssiges und gasförmiges CO2 einem Druck von 74 bar ausgesetzt und auf etwa 31 Grad erhitzt, löst sich die Phasengrenze zwischen dem flüssigen und gasförmigen Bereich auf und wird zu einer Substanz, mit dem Namen: superkritisches CO2 (sCO2). Spezielle Turbinen, nur einen Bruchteil so groß wie herkömmliche Dampfturbinen, arbeiten mit sCO2 besonders gut und könnten die nachhaltige Stromerzeugung revolutionieren, glaubt ein Forscherteam der TU Dresden und des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR). Gemeinsam mit der Siemens AG und dem Institut für Solarforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) wollen die Wissenschaftler in den kommenden drei Jahren an der entsprechenden Technologie forschen und zur Serienreife bringen.

Um Nachhaltig zu arbeiten, wollen die Forscher ausschließlich Abwärme von industriellen Prozessen, Motoren, Gasturbinen und Wärme aus Solarkraftwerken nutzen. Somit wird das CO2 nicht in die Atmosphäre abgelassen, sondern weiterverwertet. Und beim Verfahren selbst entweicht ebenfalls kein Kohlendioxid, wie Uwe Gampe von der TU Dresden klarstellt: „Da sich das superkritische Kohlendioxid in einem geschlossenen Prozess befindet, wird keinCO2 freigesetzt.“

Ein weiterer Vorteil der neuen Energietechnologie soll in der Größe der Anlagen liegen. Denn sCO2 verspricht in der Leistung deutlich dichter und effizienter zu arbeiten als etwa Wasserdampf. Entsprechende Turbinen könnten nur noch etwa ein Fünftel so groß sein wie herkömmliche Dampfturbinen, lässt Gampe verlauten. „Unser Ziel ist es, Wärme besser zu nutzen als das heute der Fall ist und die Energieanlagen zu verkleinern. Gleichzeitig ist der Wirkungsgrad deutlich höher als bisher“, so Gampe. Auch benötigt die Technologie kein Wasser im direkten Prozess.

Der Bund stellt Millionen für die Forschung zur Verfügung

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie stellt für das Projekt und den Bau einer Versuchsanlage 2,2 Millionen Euro zur Verfügung. Denn nun geht es darum noch offene wissenschaftliche und technologische Fragen zu beantworten – etwa das Strömungsverhalten, die Wärmeübertragung, Messtechniken, Materialfragen sowie effektive Regelungsstrategien.

Zur weiteren Erforschung von sCO2 zur Stromproduktion will das Team auch international mit Wissenschaftlern zusammenarbeiten. Dafür wurde vor wenigen Wochen die „European sCO2 Research & Development Alliance“ in Paris gegründet, um Wissenschaftler, Hersteller und Anwender auf europäischer Ebene zusammenzubringen. Denn in ganz Europa steht die entsprechende Technik noch an ihrem Anfang.

Ganz im Gegensatz zu den USA und Asien, wo schon länger an der Verbindung von sCO2 und Stromproduktion geforscht wird. Und in einem anderen Bereich ist superkritisches Kohlendioxid längst Alltagssubstanz: Bei der Entkoffeinierung von Kaffee. Denn aufgrund seiner hervorragenden Fließfähigkeit kann es besonders gut in Stoffe eindringen und etwa Koffein extrahieren. mf


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