Eisen für die Energiewende

Der Eisen-Energie-Zyklus; © TU Darmstadt

In Eisen können große Mengen erneuerbarer Energien gespeichert werden, um saisonal oder wetterbedingte Schwankungen von Sonnen- und Windstrom auszugleichen.

Eine der größten Herausforderungen der Energiewende ist die Speicherung des aus Photovoltaik und Windturbinen gewonnen Stroms. Während für kurze Perioden wetterbedingte Schwankungen der Stromversorgung mit mechanischen oder elektrochemischen Speichern ausgeglichen werden können, erfordern lange Perioden geringer Stromproduktion aus Wind und Sonne chemische Energiespeicher. Der wohl prominenteste chemische Speicher von Energie aus erneuerbaren Quellen ist grüner Wasserstoff. Wasserstoff hat neben seinen unbestrittenen Vorteilen wie hoher spezifischer Energie auch Nachteile. Ein gravierender Nachteil ist, dass für eine Speicherung der Wasserstoff entweder bei -253°C verflüssigt oder komprimiert unter enormen Druck gelagert werden muss. Da dies gerade für eine saisonale Speicherung aufwändig und über längere Perioden verlustreich sein kann, müssen auch andere chemische Energiespeicher erforscht werden. Hier bietet Eisen enorme Potentiale.

Eisen kann als feines Pulver verbrannt werden. Dabei wird Wärme, aber kein klimaschädliches Kohlendioxid (CO2) freigesetzt (Ausspeicherung chemisch gebundener Energie). Die Wärme kann genutzt werden, um wie in konventionellen Kraftwerken mittels Dampfturbine und Generator Strom zu erzeugen. Nach der Verbrennung ist aus dem Eisen Eisenoxid geworden, also Rost. Dieser liegt als ein Pulver vor, das wegen der Reaktion mit dem Luftsauerstoff ein wenig größere und um 40% schwerere Körner aufweist. Dieses Eisenoxidpulver lässt sich aus dem Abgas abscheiden und sammeln. Das ist eine entscheidende Eigenschaft, denn das gesammelte Eisenoxidpulver kann wiederverwendet werden. Unter Nutzung erneuerbarer Energie wird der Verbrennungsprozess rückgängig gemacht, chemisch gesprochen wird es reduziert (Einspeicherung von erneuerbaren Energien in das Eisen). Damit wird wieder das ursprüngliche Eisenpulver hergestellt. Dies kann je nach Bedarf, z.B. im Winter, in einem Kraftwerk verbrannt werden, um Strom zu erzeugen, wenn die Sonne kaum scheint. Eisen kann also in einem Zyklus wiederverwendet werden!

Eisen hat noch einige weitere vorteilhafte Eigenschaften. Eisen ist in großen Mengen in der Erdkruste vorhanden und es ist das vierthäufigste Element. Eisen ist nicht toxisch und es gibt anders als beim Wasserstoff kostengünstige und etablierte Technologien, um es zu lagern oder gar aus fernen Erdregionen mit einem Überangebot an Wind- und Sonnenenergie nach Europa zu transportieren.

Was wir jetzt noch benötigen, ist das Wissen, wie wir den Eisenzyklus der Energieausspeicherung und Energieeinspeicherung gestalten müssen, um eine möglichst hohe Effizienz ohne unerwünschte Störprozesse zu gewährleisten. Die Zeit drängt, denn der Klimawandel ist bereits allgegenwärtig und Probleme wie die Energiespeicherung sind noch nicht gelöst. Daher müssen wir intensiv forschen, um wissensbasiert technologische Lösungen zu erarbeiten. Nur so kann eine offene Gesellschaft wie die unsere aus den möglichen Optionen die passenden auswählen.

(Andreas Dreizler)

 

 

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