Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und die Universität Stuttgart forschen an Strom-Wärme-Strom-Speichern, die zu den isentropen Energiespeichern zählen und auch als „Carnot-Batterien“ bezeichnet werden. In dem Projekt, das der Universität Stuttgart zufolge im Rahmen einer Energiespeicherwoche am 8. Oktober starten soll, ist die Errichtung der Wärmeplattform „Nadine“ vorgesehen.
Zwar sei das Problem der Energiespeicherung im Gigawattstunden-Maßstab prinzipiell durch Pumpspeicherwerke und Batterien lösbar, so die Universität. Doch das Potenzial für Pumpspeicherwerke sei in Deutschland weitgehend erschöpft und Batteriespeicher seien im Gigawattmaßstab zu teuer und nicht langlebig (zyklenfest) genug. Der Universität Stuttgart zufolge versprechen isentrope Energiespeicher einen Ausweg aus diesem Dilemma.
Forscher wollen Wirkungsgrad erhöhen
Isentrope Energiespeicher zählen zu den Power-to-X-to-Power-Technologien (PXP-Technologien). Sie zielen dem DLR zufolge darauf ab, Verluste zu minimieren, die bei der Umwandlung von elektrischer Energie in eine andere Energieform und wieder zurück zu elektrischer Energie auftreten. Solche Speichersysteme arbeiten im Idealfall vollständig verlustfrei, wodurch sich die Bezeichnung „isentrop“ ergibt. Die Technologie hat den Angaben zufolge das Potenzial, die Nachteile hoher Kosten und geringer Zyklenfestigkeit zu überwinden und überdies an beliebigen Orten der Welt installierbar zu sein.
Physik-Nobelpreisträger setzt bei Energiewende auf Carnot-Batterien
Bereits auf der Hannovermesse hatte das DLR die Technologie vorgestellt. Nach Einschätzung des Physik-Nobelpreisträgers Robert Laughlin, der auf der Energiespeicherwoche an der Universität Stuttgart einen Vortrag halten wird, werden in einem CO2-neutralen Energiesystem der Zukunft Carnot-Batterien die Schlüsseltechnologie für die Speicherung großer Elektrizitätsmengen darstellen. André Thess, Direktor des Instituts für Technische Thermodynamik am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hofft, dass man in fünf Jahren eine vorzeigbare Technologie entwickelt hat und in zehn Jahren soweit ist, sie kommerzialisieren zu können. Deshalb sei die Maximierung des Wirkungsgrads ein Forschungsziel.
Bisher ist Technologie noch nicht wirtschaftlich
Eine Herausforderung sei dabei die Rückverstromung, teilte das DLR mit. Außerdem stelle sich die Frage, ob die Wärmepumpe umgekehrt als Wärmemaschine – wie ein Stirlingmotor – Strom auch in Wärme zurückwandeln könne. Dann wäre nur noch eine Wärmepumpe erforderlich statt einer Pumpe und einer Maschine zur Rückwandlung. Das würde ein großes Einsparpotenzial bedeuten. „Ein Problem ist nämlich, dass es derzeit noch kein passendes Geschäftsmodell für die Carnot-Batterie gibt“, räumt Thess ein. „Würde CO2 einen Preis in der Größenordnung von 100 € pro Tonne bekommen, wäre die Wirtschaftlichkeit gegeben.“
Wärmeplattform „Nadine“ soll Forschung erleichtern
Die neue Versuchseinrichtung „Nadine“ (Nationaler Demonstrator für IseNtrope Energiespeicher) soll dazu beitragen, die technischen und wissenschaftlichen Fragen zur Umsetzung dieser Technologie zu beantworten. Auf der „Wärmeplattform“ können künftig sowohl einzelne Komponenten (zum Beispiel Wärmespeicher, Kältespeicher und Wärmepumpen), als auch komplette Energiespeichersysteme untersucht werden.
Wärmeplattform soll Nutzern aus Wissenschaft und Industrie zur Verfügung stehen
DLR, KIT und Universität Stuttgart erarbeiten im Rahmen eines vom Bundeswirtschaftsministerium (BMWi) und dem Land Baden-Württemberg geförderten Designprojekts die technischen Parameter der Wärmeplattform. Die weltweit einzigartige Infrastruktur soll nach ihrer Fertigstellung Nutzern aus Wissenschaft und Industrie zur Verfügung stehen, für Grundlagenforschung ebenso wie für zielgerichtete Technologieentwicklung.