Dass Sand in der Sonne ganz schön heiß werden kann, weiß jeder, der schon mal einen unfreiwilligen Spurt mit nackten Füßen am sonnenerhitzten Sandstrand einlegen musste. Dass man Sand sogar auf bis zu 1.000 °C erhitzen kann, wollen Ingenieure in den Vereinigten Arabischen Emiraten nutzen, um einen Energiespeicher aus Wüstensand zu bauen. „Sandstock“ heißt das Pilotprojekt, das am Masdar Institut in Abu Dhabi gestartet wurde.
Das Kernstück der Anlage hat die Form einer Sanduhr
Das Team unter der Leitung von Nicolas Calvert in der Abteilung „Mechanical and Materials Engineering“ am Masdar Institut sind bei der Suche nach Alternativen zu herkömmlichen thermalen Speichermaterialien auf den Wüstensand gestoßen. Im Gegensatz zu diesen bisher verwendeten Materialien wie synthetische Öle oder geschmolzene Salze hat der Sand nicht nur eine deutlich höhere Speichereffektivität, sondern ist auch preiswerter.
Bei der chemischen Untersuchung des Wüstensandes vor allem aus Abu Dhabi, Dubai und der Wüste Liwa stellte sich heraus, dass der Sand mit einem hohen Anteil an Quarz und Karbonaten als Speicher bestens geeignet war. Das Kernstück der Anlage hat die Form einer Sanduhr mit zwei Füllräumen. Im oberen Tank liegt der zunächst noch kühle Sand und wartet auf seine Erhitzung, die über gebündelte und konzentrierte Solarenergie erfolgt. Damit erreicht der Sand bereits Temperaturen von 600 bis 800 °C.
Wüstensand erhitzt sich auf bis zu 1.000 °C
Mit dem Öffnen eines Ventils rieselt der Sand nach unten und wird währenddessen mit gebündelten Sonnenstrahlen weiter erwärmt. Auf 800 bis 1.000 °C könne der Sand auf diese Weise erhitzt und im unteren Raum der Sanduhr gespeichert werden, sagen die Wissenschaftler. Von hier aus kann über zugeführtes Wasser Elektrizität aus Wasserdampf erzeugt und ins Netz gespeist werden. Der Sand, der seine Energie abgegeben hat und abgekühlt ist, wird mechanisch erneut nach oben geleitet, wo er sich wieder aufheizen kann.
Bisher wurden zwei Prototypen am Masdar Institut entwickelt und gebaut und in einem französischen Labor getestet. Bei den Tests stellte sich der Transport des Sandes durch die schmale Stelle der Sanduhr als problematisch heraus. Der Sand, alleine durch die Schwerkraft nach unten gezogen, neigte zur Verklumpung und das gesamte System kollabierte.
Sand ist billiger und umweltfreundlicher
Sollte es zukünftig gelingen, mit dem „Sandstock“ aus dem Labor heraus und in die reale Anwendung zu kommen, wäre das eine echte Alternative zu üblichen Speichermaterialien für Solarenergie. Denn der Sand ist nicht nur preiswerter und umweltfreundlicher als etwa die Flüssigsalzspeicher. Während die Salze maximal auf Temperaturen um die 560 °C erhitzt werden können, wird der Sand deutlich heißer und setzt die Energie wesentlich effektiver um.
Die Forschung am Energiespeicher auf Sandbasis ist Teil einer großen Solaroffensive, mit der sich die Vereinigten Arabischen Emirate vom Öl- zum Solaremirat wandeln wollen. Bis 2030 will das Emirat 25 Prozent seines Energiebedarfs mit Photovoltaik decken. Dazu baut das Land den größten Solarpark der Welt. Er soll 2030 eine Leistung von 5.000 MW erreichen.
Das wäre erheblich mehr als das größte solarthermische Solarkraftwerk, das derzeit in Marokko im Bau ist und dessen erster von vier Bauabschnitten Ende vergangenen Jahres in Betrieb gegangen ist. Und auch das Solarkraftwerk Delingha in China, das einmal eine Million Menschen mit Strom versorgen soll, wird das Solarkraftwerk im Emirat übertreffen. Energiespeicher sind also in den VAE dringend erforderlich.
Auch in Deutschland wird nach Möglichkeiten der Energiespeicherung in solarthermischen Anlagen gesucht. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt hat im Juli 2016 in Köln mit dem Aufbau einer neuen Testanlage für Wärmespeicherung in geschmolzenen Salzen begonnen.
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