Kostenreduktion bei der Speicherung von Industriewärme

Hochtemperaturspeicher, die im Bereich von 250 bis 600 Grad Celsius arbeiten, nutzen häufig Thermalöle und Salzschmelzen als Arbeitsfluide. Durch Füllkörper lässt sich die benötigte Menge dieser Medien jedoch reduzieren. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme hat solche Füllkörper entwickelt und optimiert. Laut einer Mitteilung des Instituts wurde die neue Technologie in einem Speicher zur Nutzung von Abwärme bei der Comet Schleiftechnik GmbH in St. Ingbert im Rahmen des Projekts „Fenopthes“ getestet.

Durch Einsatz von Füllkörpern lassen sich den Wissenschaftlern zufolge auch kostengünstige gasförmige Arbeitsfluide wie Luft nutzen, die Temperaturen bis 1.000 Grad Celsius ermöglichen. „Im Projekt haben wir untersucht, welche Form, Größe und Eigenschaften wie Dichte und Wärmeleitfähigkeit solche Füllkörper haben sollten“, erklärt Julius Weiß, Projektleiter vom Fraunhofer ISE.

Die getesteten Keramik-Füllkörper bestehen aus kostengünstigem Recyclingmaterial, heißt es in der Mitteilung weiter. Das Kosteneinsparpotenzial durch den Ersatz der teuren Fluide durch Material mit gleicher oder sogar höherer thermischer Kapazität beziffern die Wissenschaftler mit rund 30 Prozent.

Im Test in St. Ingbert wurde ein Luft-Speicher mit Füllkörpern erprobt, der die Abwärme, die beim Brennen keramischer Schleifscheiben anfällt, speichert, bevor sie wieder in den Produktionsprozess integriert wird. Die Rückgewinnung der Wärme erfolgte über einen in einem Kamin integrierten Wärmetauscher.

Noch Forschungsbedarf bei großen Demonstratoren

Die Antwort auf die Frage, welcher Speicher die beste Lösung ist, hänge letztlich aber von den konkreten Gegebenheiten des Produktionsprozesses ab, etwa dem benötigten Temperaturniveau, der prognostizierten Zyklenzahl oder dem zur Verfügung stehenden Raum.

Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Zwischenspeicherung und Nutzung industrieller Abwärme in einem Bereich zwischen 150 und 900 Grad Celsius in vielen Branchen, etwa der Papier-, der Lebensmittel- oder der Chemieindustrie zum Tragen die Energieeffizienz verbessern kann.

Aber nicht nur die Rückgewinnung von Wärme sei für die Industrie spannend, meint Thomas Fluri. „Auch das Thema Power to Heat wird immer wichtiger, da immer mehr Prozesse elektrifiziert werden“, so der Gruppenleiter „Klimaneutrale Industrieprozesse und Hochtemperaturspeicher“ beim Fraunhofer ISE. Damit lasse sich eine Lastverschiebung in Spitzen- und Randzeiten erreichen, was sowohl für die Industrie als auch die Netzbetreiber eine Kostenersparnis bedeutet.

Weitere größere Demonstratoren sollen künftig wissenschaftlich begleitet werden. Hier sieht das Fenopthes-Team noch Forschungsbedarf. „Für die Wärmewende sind Hochtemperaturspeichertechnologien und -systeme ein wichtiges Thema. Wir benötigen mehr Demonstratoren, die zeigen, wie sich die Speicher auch im Großmaßstab umsetzen lassen“, so Fluri.