Schwefel kann die Zukunft der Speicherung von Solarenergie verändern
Die Wärmespeicherung überschüssiger Sonnenenergie ist ein wesentliches Merkmal für Kraftwerke mit konzentrierter Sonnenenergie. Sie sorgt nicht nur für eine zuverlässige Grundlast-Energieerzeugung, sondern kann auch die Herausforderung bedarfsgerechten Stroms aus erneuerbaren Energiequellen bewältigen. Wärme kann bei extrem hohen Temperaturen mittels eines flüssigen oder festen Speichermediums gespeichert werden. Die Suche nach kostengünstigeren und effizienteren Lösungen, die mehr Sonnenlicht gewinnen und Wärmeenergie für lange Zeit speichern, ist das Kernstück des EU-finanzierten Projekts PEGASUS. Um ihre Ziele zu erreichen, haben die Projektpartner das Potenzial von Schwefel zur thermochemischen Speicherung von Sonnenenergie und zur Erzeugung von CO2-freiem Strom rund um die Uhr genutzt. Dieses Konzept wurde mit einem innovativen Zentrifugal-Empfänger kombiniert, der Bauxitpartikel durch konzentrierte Sonnenenergie auf 900 °C erwärmen kann. Die Technologie wurde am Solarthermischen Versuchskraftwerk Jülich des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt getestet.
Schwefelspeicherzyklus: Es geht keine Energie verloren
Das Schlüsselkonzept für die Speicherung von Sonnenenergie in Schwefel beruht auf der Schwefelverbrennung. Der vom Projektteam entwickelte innovative Prozess umfasst mehrere Schritte. Das auf den Solarturm fokussierte Sonnenlicht wird in einem Zentrifugal-Partikelbehälter gesammelt, der die Hochtemperaturwärme liefert, um Schwefelsäure (H2SO4) in Wasser, Schwefeldioxid (SO2) und Sauerstoff aufzuspalten. In einem zweiten Schritt wird SO2 in einem innovativen Disproportionierungsreaktor in elementaren Schwefel und H2SO4 umgewandelt. Wenn dann Energie benötigt wird, wird Schwefel verbrannt, um Hochtemperaturwärme und SO2 zu erzeugen. „Die Schwefelverbrennung kann bei Temperaturen von über 1 200 °C hochwertige Wärme erzeugen, die für die Stromerzeugung mit einer Gasturbine geeignet ist. Im Vergleich zu anderen Wärmespeichermechanismen kann die gespeicherte Energie (Wärme) bei einer Temperatur abgerufen werden, die höher ist als die des ursprünglichen Wärmeeintrags (900 °C), wodurch effizientere Stromerzeugungsschemata eingesetzt werden können“, so Projektkoordinator Dennis Thomey. Während dieses Zyklus wird der Schwefel gesammelt, um einen Stapel zu bilden, und das H2SO4 wird in geeigneten Behältern gelagert. Wenn die Sonne scheint, so wächst die Schwefelmenge, während der H2SO4-Behälter sich leert. Während der Nacht oder wenn es bewölkt ist, verringert sich die Schwefelmenge, während der H2SO4-Behälter sich füllt. Erneuerbare Energie wird mit konstanten Produktionsraten erzeugt, während H2SO4 und Schwefel als Energieträger verwendet und praktisch ohne Energieverluste recycelt werden.
Das vielversprechende Potenzial von Schwefel
Der elementare Schwefelkreislauf kann Wärme bei einer höheren Temperatur speichern und liefern, als dies mit Schmelzsalzen – dem herkömmlichen Wärmespeichermedium, das in Solartürmen verwendet wird – möglich ist. Darüber hinaus kann Sonnenenergie im Vergleich zu klassischen Wärmespeichersystemen, die im Laufe der Zeit unweigerlich fühlbare Wärme an die Umwelt verlieren, langfristig in festem Schwefel gespeichert und nach Belieben freigesetzt werden. „Der Schwefelkreislauf kann Sonnenenergie nicht nur praktisch ohne Energieverluste dauerhaft speichern, sondern hat als eines der leichtesten festen Elemente, das extrem energiereich ist, eine 30-mal höhere Energiedichte im Vergleich zu Schmelzsalzen. Die langfristige Speicherung von Sonnenenergie ist eine wichtige Voraussetzung, um fossile Kraftwerke vollständig durch erneuerbare Energiequellen zu ersetzen“, schließt Thomey.
Schlüsselbegriffe
PEGASUS, Schwefel, Sonnenenergie, H2SO4, Schmelzsalze, Wärmespeicherung, Schwefelsäure, Schwefeldioxid
