Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und europäische Partner wollen einen Speicher für Sonnenenergie auf Basis von Schwefel entwickeln. Dies könnte die Basis einer grundlastfähigen und wirtschaftlichen erneuerbaren Energiequelle sein.
Entwicklung eines Solarturmkraftwerks
Das langfristige Ziel des PEGASUS genannten Projektes ist die Entwicklung und Demonstration eines Solarturmkraftwerks. Dazu wird ein Solarabsorber mit einem thermochemischen Speichersystem für Sonnenenergie auf Grundlage von elementarem Schwefel und Schwefelsäure kombiniert. "Mit Sonnenkraftwerken lässt sich sehr effektiv Prozesswärme einfangen und Schwefel könnte der passende Speicher sein, um diese für die grundlastfähige Stromproduktion zu nutzen", erklärt Professor Dimostenis Trimis vom Engler-Bunte-Institut am KIT. Dies verspreche eine signifikante Kostenreduktion im Vergleich zu aktuellen Konzepten, so Trimis.
Die Technologie wird unter realen Bedingungen im Sonnenturm Jülich (STJ) erprobt. Das angestrebte Konzept für Solarturmkraftwerke zeichnet sich durch ein günstiges Wärmespeichermedium aus und durch die Nutzung der gespeicherten Energiemenge in einem Brenner lassen sich diese Kraftwerke grundlastfähig machen. Dadurch werden ihre Systemkosten langfristig geringer als bei Photovoltaikanlagen eingeschätzt.
Technische Umsetzung der Verbrennung
Das vom KIT durchgeführte Teilprojekt entwickelt die konkrete technische Umsetzung der Verbrennung. Im Laboratoriumsmaßstab entsteht dazu ein Schwefelbrenner, der es ermöglicht in einem Bereich von 10 bis 50 Kilowatt stabile Verbrennungsbedingungen bei hohen Leistungsdichten zu erreichen – bei atmosphärischen Bedingungen und Temperaturen von über 1400 Grad Celsius. Insbesondere die Leistungsdichte erlaubt einen effektiven Einsatz von Schwefel als Brennstoff zur Stromproduktion. "Auch wenn der Begriff Verbrennung oft mit fossilen Technologien verbunden wird, zeigen wir hier, dass Verbrennungstechnologie ein wichtiger Baustein des Energiesystems auch im Kontext der Energiewende ist", betont Trimis.
Sonnenlicht liefert als Prozesswärme notwendige Energie
Der elementare Schwefel entsteht aus der Disproportionation von Schwefeldioxid, also der Umsetzung von Schwefeldioxid in Schwefel und Schwefelsäure. Das fokussierte Sonnenlicht des Sonnenwärmekraftwerkes liefert als Prozesswärme die notwendige Energie und Temperatur, um den Schwefelkreislauf zu schließen und im Beisein der geeigneten Katalysatoren wieder aus Schwefelsäure Schwefeldioxid zu machen. Auch das Verbrennungsprodukt von Schwefel ist Schwefeldioxid.
In Zusammenarbeit mit den Projektpartnern wird die Durchführbarkeit des Gesamtprozesses demonstriert, das detaillierte Gesamtfließschema erstellt und eine Analyse des optimierten, integrierten Prozesses, der auf fünf Megawatt thermischer Leistung skaliert ist, durchgeführt. Prototypen der Schlüsselkomponenten wie Solarabsorber, Schwefelsäureverdampfer, Schwefeltrioxid-Zersetzer und Schwefelbrenner werden entwickelt und am Solarturmkraftwerk getestet. Ebenso werden die Materialien, die für Wärmeeinfang, -übertrag, -speicher und die als Katalysatoren der chemischen Reaktionen notwendig sind, auf Effizienz und Langzeitstabilität getestet.
Die Projekt-Partner
Partner im Projekt PEGASUS sind das Karlsruher Institut für Technologie, das Deutsche Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR) und das griechische Forschungszentrum CERTH (griechisch EKETA) sowie die Industriepartner Brightsource Industries aus Israel, Processi Innovativi aus Italien und Baltic Ceramics aus Polen. Das Projekt wird mit rund 4,695 Millionen Euro aus dem Forschungsrahmenprogramm Horizon 2020 der EU gefördert. (fei)