Energiewende 11.05.2022, 07:00 Uhr

Wärmespeicher: Forschern gelingt Durchbruch mit chemischer Reaktion

Neben elektrischer Energie versuchen Ingenieurinnen und Ingenieure, thermische Energie aus regenerativen Quellen zu gewinnen. Forschenden aus Wien ist jetzt ein Durchbruch gelungen.

Sommer

Die Wärme der Sonne chemisch einfangen – Forscher sind diesem Schritt ein großes Stück nähergekommen.

Foto: PantherMedia/candy18

Beim Thema Energiewende fristet thermische Energie noch ein Schattendasein. 55% der Energie in Deutschland werden für die Wärme- oder die Kälteerzeugung verbraucht. Andererseits kann viel Wärme nicht genutzt werden, da sie zu unpassender Zeit entsteht, etwa Wärme im Sommer, die im Winter dringend benötigt würde. Auch Abwärme aus der Industrie lässt sich nicht immer so nutzen, wie es sinnvoll wäre. Nicht zuletzt bieten sich Module als Ergänzung für Sonnenkollektoren an.

Eine Möglichkeit, Wärme zu speichern, sind chemische Reaktionen. Das Prinzip selbst ist altbekannt. Man benötigt eine endotherme chemische Reaktion. Sie verbraucht thermische Energie und speichert sie als chemische Energie. Die Umkehrreaktion ist exotherm; sie liefert Wärme. Beispiele gibt es viele, etwa die altbekannte Reaktion in Taschenwärmern. In „geladenem“ Zustand enthalten sie eine gesättigte Lösung mit Natriumthiosulfat. Kristallisationswärme heizt das Kissen auf. Der Vorgang kann mechanisch, etwa durch ein Knicken, ausgelöst werden. Für großtechnische Anwendungen eignen sich viele dieser Reaktionen jedoch nicht.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Airbus-Firmenlogo
Program Certification Engineering (d/m/f) Airbus
Manching Zum Job 
Max Bögl Bauservice GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Gruppenleiter (m/w/d) Konstruktion Stahlbrücken Max Bögl Bauservice GmbH & Co. KG
Sengenthal Zum Job 
Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung-Firmenlogo
Projektmanager (m/w/d) Infrastrukturprojekte Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung
Stuttgart Zum Job 
Hamburger Hochbahn AG-Firmenlogo
IT-Systemingenieur*in Leitsysteme Busbetrieb Hamburger Hochbahn AG
Hamburg Zum Job 
Allbau Managementgesellschaft mbH-Firmenlogo
Bauprojektleitung (m/w/d) "Technische Projekte" Allbau Managementgesellschaft mbH
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Ingenieur*in (m/w/d) im Projektmanagement Bereich Mobilität / Verkehr THOST Projektmanagement GmbH
Nürnberg,Hannover Zum Job 
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Projektleiter:in für große Investitionsprojekte (w/m/d) Berliner Wasserbetriebe
Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung-Firmenlogo
Planungskoordinator (m/w/d) im Projekt Zukunftsquelle Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung
Stuttgart Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
FCAS2023 Flight Simulation Architect (d/f/m) Airbus
Manching Zum Job 
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Leitende:r Ingenieur:in der technischen Betriebsführung / Klärwerk Wansdorf (w/m/d) Berliner Wasserbetriebe
Schönwalde-Glien Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
FCAS2023 Flight Simulation Integration Engineer (d/f/m) Airbus
Manching Zum Job 
Cycle GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur für Elektronik (m/f/d) Cycle GmbH
Hamburg Zum Job 
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Ingenieur*in (m/w/d) im Projektmanagement Bereich verfahrenstechnischer Anlagenbau (Chemie und Pharma) THOST Projektmanagement GmbH
Nürnberg,Hannover,Berlin,Leipzig,Hamburg Zum Job 
Mitscherlich PartmbB-Firmenlogo
Patentingenieur (w/m/d) Fachrichtung Elektrotechnik, Nachrichtentechnik, Maschinenbau oder vergleichbar Mitscherlich PartmbB
München Zum Job 
VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH-Firmenlogo
Ingenieur:in Elektrotechnik (w/m/d) VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH
Gelsenkirchen,Lingen (Ems) Zum Job 
newboxes GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur Produktentwicklung (m/w/d) newboxes GmbH
Deutschlandweit Zum Job 
VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH-Firmenlogo
Ingenieur:in Mess-, Steuer- und Regelungstechnik (MSR) (w/m/d) VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH
Gelsenkirchen Zum Job 
VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH-Firmenlogo
Ingenieur:in Automatisierungstechnik (w/m/d) VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH
Gelsenkirchen Zum Job 
Leviat GmbH-Firmenlogo
Bauingenieur (m/w/d) Leviat GmbH
Langenfeld (NRW) Zum Job 
ILF Beratende Ingenieure GmbH-Firmenlogo
Projekt- und technischer Angebotsingenieur (m/w/d) ILF Beratende Ingenieure GmbH
München, Bremen, Hamburg, Essen, Berlin Zum Job 

„Es gibt unterschiedliche chemische Reaktionen, die man für diesen Zweck nutzen kann“, sagt Franz Winter vom Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und technische Biowissenschaften der TU Wien. „Wir verwenden Borsäure, ein festes Material, das wir mit Öl vermischen.“ Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zeigen, dass sich ihre ausgewählte Chemikalie eignet, um thermochemische Wärmespeicher mit hoher Kapazität zu bauen.

Beton mit Zusatznutzen: So lässt sich Sonnenergie in Wänden speichern

Wärmespeicher mit einem Borsäure-Öl-Gemisch

Die Idee dahinter: Franz Winters Team arbeitet mit einem Gemisch aus handelsüblichem Mineralöl und Borsäure. Das Gemisch aus Öl und Borsäure-Kristallen wird in einen Reaktor gebracht. Jetzt kommt thermische Energie in das Spiel. Mit Abwärme wird der Reaktor auf Temperaturen zwischen 70 und 200 Grad Celsius aufgeheizt. Dabei kommt es zu einer endothermen chemischen Reaktion: Borsäure spaltet Wasser ab, und Bortrioxid entsteht. Das Wasser entweicht aus dem Gefäß, und Bortrioxid in Öl bleibt zurück. Das Gemisch kann problemlos gelagert werden, bis man thermische Energie benötigt.

Dann reicht es aus, Wasser langsam zuzusetzen. Der umgekehrte Weg läuft ab. In einer exothermen Reaktion bildet sich Borsäure aus Bortrioxid zurück – und Wärme kann beispielsweise zum Heizen genutzt werden. „Damit ist der Kreislauf geschlossen und das Öl-Borsäure-Gemisch kann ein weiteres Mal verwendet werden“, so Winter. Das konnte er zusammen mit Kolleginnen und Kollegen im Labor zeigen. Wie viele Zyklen möglich sind, können die Forscherinnen und Forscher momentan nicht sagen; die Reaktion läuft verlustfrei.

Wenn die Stromquelle nie versiegt: Dieser innovative Graphen-Akku lädt sich von selbst

Mit unterschiedlichen Chemikalien Wärme speichern  

Wie die Forschenden schreiben, gebe es zwar etliche Chemikalien, die sich eignen würden, auch Salzhydrate wie das eingangs erwähnte Natriumthiosulfat. „Der Vorteil von Borsäure ist ihre höhere Energiespeicherdichte im Vergleich zu gängigen Salzhydraten oder Zeolithen“, so Winter. Außerdem sei Borsäure kostengünstig, leicht verfügbar und im geschlossenen System gut handhabbar, ohne große toxikologische Hürden. Borsäure selbst ist preisgünstig; die Weltjahresproduktion liegt mehr als zwei Millionen Tonnen und könnte gesteigert werden.

Jetzt plant Winters Team weitere Untersuchungen; der Wirkungsgrad ist beispielsweise noch unbekannt. Die Forscherinnen und Forscher suchen auch einen Kooperationspartner für die weitere Entwicklung.

Zeolithe aufbereiten – Wärme besser speichern

Auch die von Winter angesprochenen Zeolithe sind ein Thema in der Forschung. Ingenieurinnen und Ingenieuren am Fraunhofer-Instituts für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP ist es gelungen, einen bekannten Nachteil, nämlich die schlechte Wärmeleitfähigkeit, zu beseitigen. Sie beschichten das Granulat mit metallischem Aluminium. Das Metall wird als Draht im Vakuum verdampft und schlägt sich als dünne Schicht auf dem Zeolith-Granulat nieder. Die Wasseraufnahme oder -abgabe wird nicht beeinträchtigt; die thermische Leitfähigkeit verbessert sich aber immens. Anwendungen zur Nutzung von Wärme steht nichts mehr im Wege. Dennoch bleibt es wichtig, Abwärme eher zu vermeiden als Wärme über Umwege zu nutzen.

Mehr zum Thema Energiewende:

Ein Beitrag von:

  • Michael van den Heuvel

    Michael van den Heuvel hat Chemie studiert. Unter anderem arbeitet er für Medscape, DocCheck, für die Universität München und für pharmazeutische Fachmagazine. Seit 2017 ist er selbstständiger Journalist und Gesellschafter von Content Qualitäten. Seine Themen: Chemie/physikalische Chemie, Energie, Umwelt, KI, Medizin/Medizintechnik.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.