FesTES: Thermische Energiespeicherung auf Basis von Phasenwechselmaterialien
Motivation
Der Wärmesektor gehört zu den größten CO2-Emittenten weltweit. Um eine Dekarbonisierung dieses Sektors zu erreichen muss der Wärmebedarf gesenkt werden, indem die Nutzung von Abwärme weiter optimiert wird. Außerdem wird der Bedarf an Flexibilitätsoptionen wie Wärmespeichern mit steigendem Anteil an fluktuierenden erneuerbaren Energien im Energiesystem zukünftig signifikant steigen. Um Wärme effizient und flexibel bereitzustellen, können thermische Energiespeicher eine entscheidende Rolle spielen.
Latentwärmespeicher stellen durch Ausnutzung von Phasenumwandlungen eine Lösung dar, welche hohe Speicherdichten bei geringen Temperaturdifferenzen ermöglicht. Üblicherweise werden hierfür Phasenwechselmaterialien (PCM) mit einem Fest/Flüssig-Phasenübergang verwendet. Bei diesen Systemen treten jedoch Probleme wie Volumenexpansion und Korrosion auf, die ihre Anwendung einschränken.
Die Verwendung von Fest/Fest-Übergängen kann geringere Systemgrößen, deutlich niedrigere Korrosionsraten und minimale Volumenänderungen ermöglichen. Dadurch können Investitions- und Betriebskosten gesenkt werden. Da Fest/Fest-Phasenwechselmaterialien für Anwendungen bei höheren Temperaturen bisher kaum erforscht wurden, wird mit diesem Projekt die Weiterentwicklung der Speichertechnologie vorangetrieben. Da der Großteil des industriellen Wärmebedarfs über 100°C liegt, konzentriert sich das Projekt auf die Anwendung im Hochtemperaturbereich.
Ziel
Das Projekt FesTES verfolgt die Untersuchung und Entwicklung von thermischen Speichersystemen basierend auf Fest/Fest-PCMs und damit eine Erhöhung des Technology Readiness Levels (TRL) dieser Speichertechnologie. Die Forschung gliedert sich in drei Hauptaspekte:
- Charakterisierung von Speichermaterialien: Identifizieren geeigneter Fest/Fest-PCM-Kandidaten und Analyse deren Eigenschaften wie Reaktionskinetik, thermische Stabilität und Wärmeübergang.
- Reaktordesign und Demonstration: Entwicklung und Demonstration eines effizienten Reaktorkonzepts, das angemessene Lade- und Entladezeiten und einen hohen Wirkungsgrad erfüllt.
- Techno-ökonomische Analyse: Bewertung der technischen und wirtschaftlichen Machbarkeit des Speichersystems, um die Einsatzpotenziale in der Industrie zu identifizieren und den Markteintritt zu erleichtern.
Innerhalb dieser Forschungsarbeiten werden neue Erkenntnisse zur Materialforschung, Reaktorentwicklung und Prozessintegration gewonnen, um nachhaltige und kosteneffiziente Lösungen für die Energiespeicherung zu entwickeln.
Fördergeber
Das Projekt FesTES wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) unter dem Förderkennzeichen 03EN6026D gefördert.
Ansprechpartner
Partner
GTT Gesellschaft für Technische Thermochemie und -physik mbH
Pebble Heater - Dr. Dragan Stevanovic - Engineering & Consulting