Durch die Nutzung von überkritischem Kohlendioxid (sCO2) könnten Solarthermieanlagen sowie Biomasse- und Kohlekraftwerke effizienter und flexibler betrieben werden. Die Forschung an der neuen Technologie wird daher von der EU für drei Jahre im Rahmen des Verbundprojekts sCO2-Flex mit fünf Mio. € gefördert, teilte die am Projekt beteiligte Universität Duisburg-Essen (UDE) mit. Die Federführung des Projekts übernimmt der französische Stromkonzern EDF.
Bisher kommt in Kraftwerken zur Stromerzeugung zumeist ein Wasser-Dampf-Kreislauf zum Einsatz. In dem sCO2-Projekt wird das Wasser durch überkritisches CO2 ersetzt, das in diesem Zustand die Dichte einer Flüssigkeit und die Zähigkeit eines Gases besitzt. Die Herausforderung besteht unter anderem im Design des Verdichters, mit dem die Stromausbeute maximiert werden soll, sagte Professor Dieter Brillert vom Lehrstuhl für Strömungsmaschinen, der das Projekt an der UDE leitet. Brillert rechnet damit, den Gesamtwirkungsgrad durch den Einsatz von überkritischem CO2 um bis zu fünf Prozent steigern und so den Schadstoffausstoß reduzieren zu können.
Da die Energiedichte im Vergleich zu Wasser unter bestimmten Bedingungen deutlich größer ist, können auch die Komponenten des Kraftwerks kleiner ausfallen. In der Folge wird weniger Energie benötigt, um die zumeist aus Stahl bestehenden Bauteile der Anlage zu erwärmen. Hieraus ergeben sich kürzere An- und Abfahrzeiten der Anlage und es können höhere Lastgradienten gefahren werden. Somit werde dem Bedarf nach mehr Flexibilität, den ein höherer Anteil erneuerbarer Energien mit sich bringt, entsprochen.
Ein Nachteil besteht allerdings darin, dass sich das neue Medium nur für neue Kraftwerke eignet, Bestandsanlagen können nicht umgerüstet werden. Im Rahmen des Projekts werden folglich ein 25-MW-Kraftwerk entwickelt und kritische Komponenten getestet. Die Forscher der UDE befassen sich vor allem mit dem Verdichter, der als kniffelige Komponente an dieser neuen Technologie gilt. „Wie das überkritische Medium, also sCO2, das Design des Verdichters beeinflusst, ist noch nicht ausreichend verstanden. Das möchten wir in Simulationen und im Labor herausfinden“, sagte Professor Brillert. Läuft das Projekt erfolgreich, könnte die EU gemeinsam mit Industriepartnern in einem Folgeprojekt ab 2021 mit dem Bau einer Pilotanlage beginnen.
Neben der Duisburger Universität arbeiten auch die Universität Stuttgart, das tschechische Forschungsinstitut Centrum Vyzkumu sowie das Polytechnikum Mailand an dem Projekt mit. Zu den beteiligten Unternehmen zählen neben EDF die Beratungsunternehmen Zabala Innovation Consulting aus Spanien und Rina Consulting aus Italien sowie die Industrieunternehmen UJV aus Tschechien, Nuovo Pignone (GE) aus Italien und Fives aus Frankreich.