Salz könnte Heiztechnik revolutionieren

Ersetzt das weiße Gold vielleicht bald das schwarze? ©  picture alliance / Arco Images GmbH / J. Pfeiffer

Bestimmte Salze setzen bei Wasserzufuhr Wärme frei und geben bei Wärmezufuhr Wasser ab – das macht sie zu verlustfreien Speichern mit Energieeinspareffekt. Bald gibt es ersten Heizungs-Prototypen.

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Routiniert füllt Thomas Schmidt einige Gramm eines weißen Salzes in einen Glaskolben. In den kleinen Haufen platziert er ein Laborthermometer und füllt behutsam einige Milliliter Wasser auf. Kaum gerät das Wasser mit dem Salz in Berührung, beginnt die Quecksilbersäule rasant zu steigen.

Während im Labor eine normale Raumtemperatur von 22 Grad Celsius herrscht, klettert die Säule innerhalb von nur zehn Sekunden immer weiter – bis auf über 100 Grad Celsius. Beim Lösen des Salzes entstehen Ionen, die sich mit einer Hülle aus Wassermolekülen umgeben. Chemiker sprechen von Hydratation.

Bei bestimmten Salzen wird dabei Wärme in erheblicher Menge frei. "Dieser simple Vorgang ist der Schlüssel zu einem effektiven Wärmespeicher – denn wir können durch Zuführung von Wärme die Reaktion wieder umdrehen", erklärt Schmidt.

Der Chemiker ist Koordinator des Projektes "Thermische Batterie" der Leuphana Universität Lüneburg, die in diesem europäischen Vorhaben eng mit dem französischen Nationalforschungsinstitut CNRS (Centre national de la recherche scientifique) und der Universität Lyon zusammenarbeitet.

Energiewende ist auf Wärmespeicherung angewiesen

Das Grundprinzip der thermischen Batterie ist die bedarfsgerechte Speicherung und Freisetzung von Wärme. Als Speichermedium dienen dabei anorganische Salze: Sie geben bei Wärmezufuhr Wasser ab und setzen bei Wasserzufuhr Wärme frei.

Die physikalische Trennung von Wasser und Salz ermöglicht eine nahezu verlustfreie Speicherung von Wärme über Stunden, Tage oder sogar Jahre. Fehlende Speicher sind immer noch die Achillesferse der Energiewende.

Da Sonne und Wind nicht durchgehend verfügbar sind, müssten sie für eine Überbrückung sorgen. Wärme ist eine bedeutende, in der Öffentlichkeit oft unterschätzte Energieform.

Dabei hat sie mit einem Anteil von etwa 66 Prozent des Nutzenergiebedarfs eine herausragende Bedeutung in Deutschland und anderen Ländern in der gemäßigten Klimazone.

Flexibilität und Unabhängigkeit sind wichtig

Gebraucht wird sie insbesondere für die Raumheizung, Warmwasserbereitstellung und Prozesswärme. Doppelt so viel fällt allerdings als nicht genutzte Abwärme an, wie sie beispielsweise bei der Stromerzeugung entsteht. Ließe sich Wärme speichern und transportieren, wäre ein bedeutender Energieeinspareffekt möglich.

"Eine Lösung hierfür bieten kompakte Wärmespeicher, die Wärme flexibel und unabhängig verfügbar machen", sagt Wolfgang Ruck. Er ist Leiter des Instituts für Umweltchemie in Lüneburg und arbeitet mit seinem Team an der Entwicklung eines kompakten Wärmespeichers, der speziell bei sogenannten Mikro-Blockheizkraftwerken (BHKW) zum Einsatz kommen soll.

Diese kleinen dezentralen Kraftwerke, die am Markt bereits verfügbar sind, können Ein- und Mehrfamilienhäuser mit Wärme versorgen. Der Speicher ermöglicht eine Stromproduktion, die vom Wärmebedarf weitgehend entkoppelt ist.

Hohe Kapazitäten und sehr preisgünstig

Thermochemische Speicher bieten hohe Kapazitäten und sind dabei sehr preisgünstig. "Wir erreichen zwar nicht die Energiedichte von Kohlenwasserstoffen wie Benzin, sind aber um den Faktor zehn besser als Warmwasserspeicher und doppelt so gut wie Lithium-Ionen-Batterien", so Ruck.

Das Ziel, das die Lüneburger erreichen wollen, ist ein Speicher für 80 Kilowattstunden in einem Volumen von einem Kubikmeter – das entspricht nicht einmal dem Raum, den man für zwei Waschmaschinen braucht.

Um das zu erreichen, hat die Arbeitsgruppe von Wolfgang Ruck über 50 verschiedene Salze und Salzmischungen charakterisiert. Die Zielsetzungen sind anspruchsvoll, aber realisierbar: Gefragt sind kostengünstige, gut verfügbare Ausgangsmaterialien, eine hohe Zyklenstabilität und eine gute Kinetik der Wärmespeicherung und -freisetzung.

Partner für die Verbreitung wird Vattenfall

"Die besten Ergebnisse liefert bislang Magnesiumchlorid-Hexahydrat", sagt Thomas Schmidt. Für die tägliche Arbeit verfügt das Forscherteam über einen Versuchsreaktor und verschiedene Geräte. "Wir messen gleichzeitig die Masseänderung und Temperaturdifferenz zwischen einem Referenz- und dem Probentiegel, um die Wärmeleistung der Salze zu ermitteln", erklärt Fachmann Ruck.

Bereits im nächsten Jahr wollen die Lüneburger einen ersten Prototyp vorstellen. Als Partner für eine weitere Verbreitung der thermochemischen Speicher ist bereits Vattenfall Europe mit im Boot.

Das Unternehmen ist der größte Wärmeversorger in Westeuropa und bringt mit diesem Hintergrund viel Wissen über den Umgang mit Wärme mit. "Wir müssen Erzeugung und Verbrauch von Strom und Wärme voneinander entkoppeln", sagt Thomas Jänicke-Klingenberg, Geschäftsführer der Vattenfall Europe New Energy Services GmbH in Hamburg.

Virtuelle Kraftwerke koordinieren alles

Dazu sind die Speicher ein wichtiger Baustein. Eine Vielzahl der damit ausgerüsteten Mikro-BHKW lassen sich in einem virtuellen Kraftwerk zentral zusammenschließen. Auf diese Weise können die vielen Einheiten, die für sich genommen zu klein sind, am Markt dennoch gemeinsam agieren.

Vattenfall hat mit einem virtuellen Kraftwerk, das in Berlin und Hamburg 40 Anlagen mit knapp 14 Megawatt Leistung steuert, bereits Erfahrungen gesammelt. Auch wenn die erste Priorität in Lüneburg bei kleinen, kompakten Speichern liegt, lässt sich das Prinzip durchaus auch auf große Einheiten übertragen.

"Auch über Großspeicher denken wir intensiv nach", bestätigt Wolfgang Ruck. Die Energiewende kann davon nur profitieren – Speicher, ob groß oder klein, werden dringend benötigt.

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