Wirtschaft

Die Grafik zeigt, wie das „energiehandelnde Haus“ funktioniert. (Grafik: ENCN)

18.05.2012

Wenn weder die Sonne scheint, noch der Wind weht

Mit dem „energiehandelnden Haus“ will man im Energie Campus Nürnberg dieses Problem lösen

In Erlangen soll das Problem der erneuerbaren Energien gelöst werden. Dort soll bis Ende 2013 in Kooperation des Energie Campus Nürnberg der Universität Erlangen-Nürnberg und der Stadtwerke Erlangen ein so genanntes „energiehandelndes Haus“ realisiert werden.

 Es soll der Prototyp eines Gebäudes sein, das regenerativ erzeugten Strom speichern und bei Bedarf ins Netz abgeben kann. Gleichzeitig wird das Gebäude mit der Abwärme des Speichervorgangs im Winter beheizt bzw. im Sommer gekühlt.
Kernstück dieser Technik sind flüssige, Diesel-artige Wasserstoffträgermaterialien (Liquid Organic Hydrogen Carriers – LOHC). Sie ermöglichen die sichere Langzeitspeicherung von regenerativ erzeugtem Wasserstoff unter Umgebungsdruck und -temperatur. Um diese Technik und das energiehandelnde Haus bekannter zu machen, lud Erlangens Oberbürgermeister Siegfried Balleis (CSU) vor Kurzem einen der drei führenden Köpfe im Forschungsteam „LOHC“ des Energie Campus Nürnberg (www.encn.de) in den Erlanger Stadtrat ein. Peter Wasserscheid stellte den Ratsmitgliedern das System vor, dass die bisherige Krux der Energiewende, also „Was ist, wenn weder die Sonne scheint, noch der Wind weht“, lösen kann.
Zentrales Element der neuen Speichertechnologie ist der Wasserstoff. Ihm messen laut Wasserscheid viele Experten das größte Speicherpotenzial bei. So kann Wasserstoff zu energiereichen Zeiten gewonnen werden. Mittels Elektrolyse wird aus Sonnen- oder Windstrom Wasserstoff erzeugt, so der Professor. Dieser kann für mobile oder stationäre Anwendungen genutzt werden oder bei Stromknappheit, also wenn keine Sonne scheint und kein Wind weht, in Brennstoffzellen, Gasturbinen oder mittels Verbrennungsmotoren rückverstromt werden. Denn Wasserstoff verfügt über die ausgezeichnete gravimetrische Speicherdichte von 33 Kilowattstunden pro Kilo.

Neuartige Technologie basiert auf einem Patent aus dem Jahr 2004


Die neuartige Technologie baut auf einem Patent der Firma Air Products aus dem Jahr 2004 auf. Hierbei geht es um die Beschreibung spezieller LOHC-Systeme, die bei besonderes milden Bedingungen den gespeicherten Wasserstoff wieder abgeben können. Schwerpunkt der aktuellen Forschung ist die Chemikalie N-Ethylcarbazol als energiearme Form. Daher wird das derzeit am intensivsten beforschte System auch häufig als „Carbazol-Speicher“ bezeichnet.
Beim Cabazol-Speicher und anderen LOHC-Systemen wird der Wasserstoff mittels Hydrierung an ungesättigte Bindungen chemisch gebunden und es entsteht ein flüssiges, von seinen physikochemischen Eigenschaften dem Dieselkraftstoff sehr ähnlicher flüssiger Wasserstoffträger. Bei Energiebedarf kann der Wasserstoff durch Dehydrierung freigesetzt werden und zur Stromerzeugung genutzt werden. Für die Freisetzung sind erhöhte Temperaturen und ein spezieller Katalysator erforderlich, so dass eine zufällige Freisetzung des Wasserstoffs sicher ausgeschlossen werden kann.
Der große Vorteil dieser Technologie liegt laut Wasserscheid darin, dass die bestehende Infrastruktur aus Tanks, Pipelines, Tanklastwagen oder Tankschiff genutzt werden kann, um den Wasserstoff zu transportieren. Nutzt man also beispielsweise in der Nähe eines Solarparks entsprechende Tanks, könnte der Park auch nachts Solarstrom ins Netz liefern.

Gebäude zu Speichern für regenerativen Strom machen

Um zum Beispiel die erzeugte Energiemenge von 10 Megawattstunden (MWh) Strom (erzeugt ein Windrad bei Volllast in vier Stunden, ein Offshore-Windpark wie Baltic I in etwa 12 Minuten und ein Atomkraftwerk in etwa 30 Sekunden) speichern zu können, würde man ein Pumpspeicherkraftwerk mit einer Speicherkapazität von 14 000 Kubikmetern Wasser benötigen (300 Meter Pumphöhe). Ein Druckluft speicher müsste ein Volumen von 3400 Kubikmetern haben, um diese Strommenge speichern zu können, ein Lithium-Ionen-Akku 30 Kubikmeter. Vom Carbazol-Speicher würde man aber nur 5 Kubikmeter benötigen.
Mittels der von Wasserscheid und seinen Erlanger Kollegen erforschten Technologie könnten künftig einzelne Gebäude oder Gebäudekomplexe zu Energiespeichern für regenerative Energie werden. „Da kann man durchaus den herkömmlichen Heizungskeller nutzen, um die neue Technik einzubauen“, sagt er vor den Erlanger Ratsmitgliedern. Mit dem Carbazol-Speicher kann man dann sowohl den elektrischen als auch den thermischen Energiebedarf der Immobilie vollständig decken und zugleich noch als Stromhändler am Markt auftreten.
Die Beheizung des Hauses ließe sich aus der Abwärme von Elekrolyse, Hydrierung und Rückverstromung mit jedem Brennstoffzellentyp realisieren. Somit könnte eine Wohnung mit einem Heizbedarf von 10 Kilowatt schon bei einer elektrischen Speicherleistung von 15 Kilowatt im Winter beheizt und im Sommer gekühlt werden.
Aufgrund der Diesel-ähnlichen Eigenschaften des Carbazols wäre ein solches System, was Größe und Handhabung des Energieträgers angeht, existierenden Ölheizungen sehr ähnlich. Das Laden des Speichers würde man durch eine hauseigene Wiederbeladungseinheit realisieren, die Strom aus dem Netz oder aus der Photovoltaik-Anlage des Hauses zur Wasserstoffproduktion und Carbazol-Beladung nutzt.

Via smart grid das energiehandelnde Haus steuern

Auf diese Weise könnten Häuser in einem intelligenten Stromnetz (smart grid) zu Zeiten eines Energieüberschusses ihre Carbazol-Speicher via billigem Strom aufladen und die gespeicherte Energie entweder selbst verbrauchen oder ins Netz zurückspeisen, wenn dort Strommangel herrscht. Somit wird das Haus zu einem energiehandelnden Haus. Denn es „kauft“ in Zeiten der Überproduktion günstig Strom ein und „verkauft“ diesen in Zeiten der Stromknappheit teurer.
Doch nicht nur das energiehandelnde Haus lässt sich mit dem Carbazol-Speicher realisieren. Das Speichersystem könnte auch genutzt werden, um Wasserstoff-Fahrzeuge anzutreiben. Der Austausch des entladenen gegen frisches Trägermaterial würde dann an den bereits installierten Tankstellen stattfinden. Allerdings ist für die Umsetzung der Technologie im Bereich der individuellen Mobilität noch viel Forschungsbedarf notwendig. Es geht hierbei darum, den signifikanten Energiebedarf des Fahrzeugs mit Hilfe von sehr kompakten Wasserstofffreisetzungsapparaten decken zu können.
LOHC-Speichersysteme könnten aber auch den darniederliegenden Volkswirtschaften Griechenlands und Spaniens auf die Sprünge helfen. Denn diese Staaten Südeuropas könnten ihren Solarstrom ohne Netzausbau mittels Tankschiffen zu den Verbrauchern in Mittel- und Nordeuropa transportieren. Damit hätten die Länder eine stabile Einnahmequelle, um ihre Staatsschuldenkrise zu überwinden.
(Ralph Schweinfurth)

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