Relevanz chemischer Energieträger für die Energiewende

Wie die Transformation des Energiesystems gelingen kann

08.07.2020

Die Vorhersagen der Klimaforschung sind hochgradig besorgniserregend. Gleichzeitig spornen sie zu raschem Handeln an. Um die drohende Klimakatastrophe zu vermeiden, muss das globale Energiesystem schnellstmöglich so umgestaltet werden, dass nahezu keine Treibhausgase mehr in die Atmosphäre entweichen. In diesem Ziel ist man sich weitgehend einig. Davon zeugen internationale Vertragswerke wie etwa die Sustainable Development Goals der Vereinten Nationen oder der 2019 vorgestellte European Green Deal, aber auch die jüngst erschienene Nationale Wasserstoffstrategie der Bundesregierung.

Chemische Energieträger bleiben im Kampf gegen den Klimawandel alternativlos

Zentraler Baustein eines klimaneutralen Energiesystems ist die thermische Nutzung chemischer Energieträger. Synthetische kohlenstoffhaltige Brennstoffe sowie kohlenstofffreie chemische Energieträger werden unverzichtbar für eine zuverlässige Stromerzeugung und die Versorgung der großen Sektoren Mobilität, Industrie und Gebäude sein. Dies ist in einem Positionspapier, das von Forschern der TU Darmstadt, der RWTH Aachen University und der Universität Duisburg-Essen gemeinsam erstellt wurde, genauer erläutert.

Um die Potenziale chemischer Energieträger und entsprechender Technologien für die Energiewende möglichst rasch zu erschließen und volkswirtschaftlich zu nutzen, sind intensive Forschung und Entwicklung erforderlich. Der größte Bedarf besteht bei Energiekonvertern für den Betrieb mit verschiedenen Brennstoffen und Lasten, Rückhaltemethoden für Kohlenstoffdioxid und dessen anschließende Nutzung, Anlagen und Aggregate mit höheren Wirkungsgraden und weniger Schadstoffemissionen sowie neuen Verfahren für die experimentelle Untersuchung und computergestützte Simulation technischer Systeme.

Metalle als CO2-freier Energiespeicher der Zukunft

Die Technische Universität Darmstadt ist sich der Verantwortung bewusst, zu einem Gelingen der Energiewende beizutragen. In einer Vielzahl von Projekten werden unterschiedliche Energieträger zur Speicherung erneuerbarer Energien erforscht. An Bedeutung gewinnen kohlenstofffreie chemische Energieträger. Hierzu zählen Wasserstoff, aber auch Metalle wie Eisen.

In einem neuartigen Reduktions-Oxidations-Zyklus wird Strom aus erneuerbarer Energie in einem Metall wie Eisenpulver chemisch zwischengespeichert (Reduktionsschritt) und über elektro- oder thermochemische Energieumwandlung durch Oxidationsprozesse ausgespeichert wird (Oxidationsschritt). Das oxidierte chemische Reaktionsprodukt wird gesammelt und in einem Kreislauf wieder der Reduktion zugeführt. Die Energieeinspeicherung (Reduktion) kann in Regionen mit günstigen Bedingungen für die Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen erfolgen, die Ausspeicherung (Oxidation) nach Transport der Energieträger in weit entfernten Regionen. Im Unterschied zu Wasserstoff verfügen Metalle über eine höhere volumetrische aber geringere gravimetrische Energiedichte, sie lassen sich verlustfreier lagern und belasten die oft knappen Wasservorräte in sonnenreichen Regionen nicht. Um das große Potenzial von Reduktions-Oxidations-Zyklen zu erschließen, ist noch intensive Forschungs- und Entwicklungsarbeit erforderlich.

Energiewende: verlässlich, machbar, technologieoffen

Positionspapier zur Energiewende von Forschern der TU Darmstadt, RWTH Aachen und Universität Duisburg-Essen.

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