Europas Energiesystem braucht Speicher, die grünen Strom über Wochen oder Monate verfügbar halten. Wasserstoff allein reicht dafür möglicherweise nicht aus. Eine neue Studie zeigt, dass Eisenpulver als ergänzender Langzeitspeicher die Kosten des klimaneutralen Umbaus deutlich senken kann und dass sich dafür sogar bestehende Kohlekraftwerke umrüsten lassen könnten.
Eine wissenschaftliche Untersuchung von Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) eröffnet Möglichkeiten für die Optimierung des europäischen Energiesystems bis zum Jahr 2050. Die Ergebnisse zeigen, dass Eisenpulver Potenzial besitzt, um als chemischer Langzeitspeicher große Mengen erneuerbarer Energie langfristig verfügbar zu machen.
Der gesamte Prozess funktioniert dabei als geschlossener Kreislauf, der komplett ohne schädliche Substanzen oder Treibhausgase auskommt. Bei der Verbrennung des feinen Eisenpulvers zur Energiegewinnung entsteht simples Eisenoxid, umgangssprachlich auch als Rost bekannt.
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Dieser wird anschließend mithilfe von erneuerbarem Wasserstoff durch den Entzug von Sauerstoff wieder zu Eisen reduziert. Dadurch eignet sich das Eisenpulver für eine erneute Nutzung, was das System relativ nachhaltig macht.
Vorteile von Eisenpulver als Energiespeicher im Transport
Das Konzept soll die wasserstoffbasierte Stromerzeugung nicht ersetzen, sondern sinnvoll ergänzen. In Modellsimulationen waren mit Eisenpulver befeuerten Kraftwerke über alle betrachteten Szenarien hinweg Bestandteil eines kostenminimalen Systems. Der entscheidende Vorteil liegt in der unkomplizierten Handhabung, da sich das Pulver im Vergleich zu Wasserstoff deutlich einfacher lagern und transportieren lässt.
Für den weltweiten Transport erneuerbarer Energien ist der infrastrukturelle Aufwand geringer, weil kein teures Netz aus Pipelines, Importterminals oder Untergrundspeichern benötigt wird. Lokale Reduktionsanlagen können europäische Stromüberschüsse über den Zwischenschritt der Wasserstoffproduktion in speicherbares Eisenpulver umwandeln. Das entlastet die Wasserstoffinfrastruktur, sobald Transportleitungen an ihre Kapazitätsgrenzen stoßen.
Umrüstung bestehender Kohlekraftwerke möglich?
Da sich das feine Pulver in der Feuerung ähnlich wie Kohle verhält, steht die Umrüstung bestehender Kohlekraftwerke im Fokus der aktuellen Forschung. Bei einer solchen Modernisierung können wichtige Kraftwerksbestandteile wie Dampfkreisläufe, Turbinen, Generatoren und Wärmenetze theoretisch weitergenutzt werden. Julia Schuler vom Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) des KIT betont:
Das funktioniert in einem Kreislauf ohne Kohlendioxidemissionen oder umweltschädliche Substanzen. Eisenpulver verhält sich in der Feuerung ganz ähnlich wie Kohle. Daher stellt sich in der Forschung die Frage, ob sich bestehende Kohlekraftwerke auf Eisenfeuerung umrüsten lassen.
Wegen seiner vielen Kohlekraftwerke ist das Potenzial für die Weiternutzung der bestehenden Infrastruktur auch in Deutschland besonders hoch. Allgemein kann Eisen vor allem in Regionen mit begrenzten Möglichkeiten zur Wasserkraftnutzung oder zur unterirdischen Wasserstoffspeicherung dazu beitragen, Versorgungslücken während längerer Phasen geringer Wind- und Solarstromerzeugung zu überbrücken.
Allerdings gibt es auch kritische Aspekte, da zwingend bauliche Anpassungen im Wärmeerzeuger notwendig sind und der Erfolg stark von der zukünftigen Effizienz der Rückgewinnung abhängt. Für die weitere Erforschung stellt das öffentlich zugängliche Energiesystemmodell PERSEUS-PtX eine freie Basis dar.
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