„Bei den Technologien zur Speicherung von Wärmeenergie gibt es eine Reihe von Innovationen. So können Super-Vakuum-Isolierungen die Isolierungsdicke bei Temperaturen von über 300 °C um über 90 % reduzieren. Dieser Innovationsschub sorgt auch für Bewegung im Markt: Allein innerhalb der letzten zwei Jahre hat sich die Zahl der Wärmespeicherunternehmen innerhalb des Bundesverbandes Energiespeicher verdoppelt“, sagt Dr. Andreas Hauer, Bereichsleiter Energiespeicherung beim Bayerischen Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. (ZAE).

Neue Materialien und chemische Reaktionen

Zu den aktuellen Forschungs- und Entwicklungsgebieten gehören u. a. neue Verbund- und Sorptionsmaterialien wie metallorganische Gerüstverbindungen. Aber auch chemische Reaktionen wie Magnesium-Oxid-Wasser- oder Strontium-Bromid-Wasser-Reaktionen bei Temperaturen zwischen 200 und 400 °C und 30 bis 90 °C sind von Interesse. Sie werden hinsichtlich der Verarbeitbarkeit und neuer geeigneter Anwendungen untersucht.

Solche Latentwärmespeicher können auch dazu beitragen, Stromspeicher zu optimieren: In einem Lithium-Ionen-Speichercontainer vermeiden sie vorzeitige Alterungsprozesse durch Überhitzung der Batterie. Die Schmelztemperatur des Speichermaterials legt dabei fest, welche Temperatur im Container herrschen soll. Ein Projekt, in dem diese Technologie bereits angewendet wird, hat die TU München in Zusammenarbeit mit dem ZAE Bayern realisiert. Bei Phasenwechselmaterialien stehen neben Paraffinen und Salzhydraten neue Klassen wie Zuckeralkohole, Polymere und Fettsäuren im Fokus der F&E-Aktivitäten. Diese decken anwendungsorientierte Temperaturbereiche ab.

Neue Komponenten-Designs

Neue Anwendungsfelder wie die Abwärmenutzung in der Industrie oder die flexible Sektorkopplung bedingen neue Temperaturbereiche für den Betrieb von thermischen Energiespeicherlösungen. So bietet die Nutzung von regenerativem Strom die Möglichkeit, sehr hohe Temperaturen von bis zu 1.000 °C zu erzeugen und zu speichern. Das erfordert neue Speichermaterialien und -komponenten, da herkömmliche Lösungen nicht für diese hohen Temperaturbereiche geeignet sind. In diesem Zusammenhang entwickeln sich Power-to-Heat-to-Power-Systeme – sogenannte Carnot-Batterien – zu einer zusätzlichen Anwendung für thermische Energiespeicher.

Industriell können Hochtemperatur-Wärmespeicher beispielsweise in Gießereien eingesetzt werden und dort die Energieeffizienz steigern. In einem laufenden Projekt wird etwa die Abwärme eines Kupolofens auf einem Temperaturniveau von über 200 °C gespeichert. Sie wird anschließend für Trockungs- und Vorwärmeprozesse genutzt, die auch dann anfallen, wenn der Ofen nicht in Betrieb ist. Als Speichermedien werden kostengünstiges Gestein und Thermalöl verwendet, das auch als Wärmeträgerfluid fungiert und Wärme vom Ofen in den Speicher transportiert.

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