Schamotte-Steine speichern grünen Strom

Wissenschaftler der Stanford University nutzen jahrtausendealte Technik für die Energiewende

Flamme: Schamotte und grüner Strom ersetzen Erdgas (Foto: Gerd Altmann, pixabay.com)

Stanford (pte030/05.08.2024/12:30)

Schamotte, bereits in der Bronzezeit vor rund 4.000 Jahren als Auskleidung für Schmelzöfen eingesetzt, wird laut Forschern der Stanford University zum Hightech-Material, das die Energiewende voranbringt. Das hochtemperaturbeständige und aus Tonmineralien hergestellte Material dient künftig als Hochtemperatur-Wärmespeicher, der mit grünem elektrischem Strom auf eine Temperatur von weit über 1.000 Grad Celsius aufgeheizt wird.

Steine mit Top-Eigenschaften

Diese enorme Hitze wird beispielsweise bei der Herstellung von Glas und Zement benötigt. Heute wird sie in der Regel durch Verbrennung fossiler Rohstoffe erzeugt, vor allem von Erdgas. Es könnte auch mit grünem Strom aus Wind- und Solarkraftwerken mithilfe von Widerstandsheizungen gelingen, wie es bei elektrischen Heizöfen geschieht. Doch dann wäre die Produktion wetterabhängig.

Um das zu ändern, könnte der grüne Strom in Batterien gespeichert werden. Doch die Kosten wären bei weitem zu hoch. Die klassischen Kunststeine bringen laut den Experten die besten Voraussetzungen für das Vorhaben mit: hohe Wärmespeicherkapazität und geringe Wärmeleitfähigkeit. Das heißt, sie können Energie in großen Mengen speichern und sie lange aufbewahren, vor allem, wen sie in einem gut isolierten Behälter stecken. Diese Isolationsschicht besteht ebenfalls aus Schamotte.

Luft wird elektrisch aufgeheizt

Um sie aufzuheizen, wird elektrisch aufgeheizte Luft durch Kanäle innerhalb des Schamotte-Stapels geleitet. Das geschieht zu Zeiten, in denen mehr Wind- und Solarstrom erzeugt als verbraucht wird. Die Steine wirken als Pufferspeicher. Wird die Wärme benötigt, transportiert sie durchgeleitete Luft wieder ab, sodass sie in die Glas- oder Zementproduktion eingespeist werden kann.

"Wenn man Energie in der Form speichert, die ihrem Endzweck am nächsten kommt, verringert man die Ineffizienz der Energieumwandlung", so Daniel Sambor, Postdoc am Institut für Bau- und Umwelttechnik. Sambor und sein Team haben die Auswirkungen der Verwendung von Schamottesteinen zur Speicherung von industrieller Prozesswärme in 149 Ländern untersucht, die in einer hypothetischen Zukunft im Jahr 2050 zu 100 Prozent auf erneuerbare Energien umgestiegen sind.

Mithilfe von Computermodellen haben die Forscher Kosten, Flächenbedarf, gesundheitliche Auswirkungen und Emissionen für zwei Szenarien untersucht: Eines, bei dem 90 Prozent der industriellen Prozesswärme durch Schamottesteine bereitgestellt werden, und eines, bei dem keine Schamottesteine verwendet werden.

"Dabei haben wir herausgefunden, dass Schamottesteine einen schnellen und kostengünstigen Übergang zu erneuerbaren Energien ermöglichen", so Forscher Mark Jacobson, der Sambors Doktorarbeit betreut hat. Diese Technik würde die Kapitalkosten der Industrie in diesen Ländern im Jahr 2050 um 1,27 Bio. Dollar pro Jahr senken. Die Speicherung von Energie in Schamottesteinen verursache nur ein Zehntel der Kosten, verglichen mit der Nutzung von Batterien.

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