Thermochemische Lösungen für die Energiewende
Positionspapier aus den Ingenieurwissenschaften / „Keine Technologiepfade vorgeben“
08.07.2020 von feu
Mehr als 50 Professoren und Professorinnen von führenden deutschen Universitäten und außeruniversitären Forschungseinrichtungen empfehlen eine technologieoffene Herangehensweise auf dem Weg zu einem globalen klimaneutralen Energiesystem. Ein von Ingenieurwissenschaftlern der Technischen Universität Darmstadt, der RWTH Aachen und der Universität Duisburg-Essen erarbeitetes Positionspapier lenkt das Augenmerk auf die thermische Nutzung chemischer Energieträger. Diese seien neben der elektrochemischen Energiewandlung unverzichtbar für eine sichere Stromerzeugung und Energieversorgung von Fahrzeugen, Industrie und Wohngebäuden.
„In der derzeitigen Klimaziele-Diskussion ist es wichtig, verschiedene technische Optionen, die aus ökologischer und ökonomischer Sicht für unsere Gesellschaft unverzichtbar sind, parallel fortzuentwickeln“, sagt , federführender Autor des Maschinenbau-Professor Andreas Dreizler (wird in neuem Tab geöffnet) und Mitglied der Profilbereiche „Energiesysteme der Zukunft“ und „Thermofluids & Interfaces“ an der TU Darmstadt. Positionspapiers
Mit ihm plädieren rund 50 international renommierte Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen, die zu chemisch reaktiven Strömungen und Energieverfahrenstechnik forschen, für einen starken Ideen-Wettbewerb. „In Forschung und Entwicklung wünschen wir uns von der Politik Leitplanken, nicht jedoch vorgegebene Technologiepfade.“ Die Autoren begrüßen das von der EU-Kommission heute vorgestellte EU-Förderprogramm für die Wasserstofftechnologie, ebenso wie die Nationale Wasserstoffstrategie der Bundesregierung, sehr. Mit ihrem Positionspapier wollen sie zusätzlich Optionen aufzeigen, mit denen die Ingenieur- und Naturwissenschaften Herausforderungen, die der Umbau unserer Energiesysteme bedingt, verantwortungsbewusst bewältigen wollen. Sie weisen auf die in Deutschland umfangreich vorhandene Expertise zu thermochemischen Energietechnologien hin.
Fossile Energieträger ersetzen
Das Positionspapier skizziert einen schrittweisen Umbau des Energiesystems mit Hilfe chemischer Energieträger in Richtung Klimaneutralität. Verfahren zur thermochemischen und elektrochemischen Energieumwandlung von Brennstoffen, wie sie beispielsweise in Gaskraftwerken und Brennstoffzellen praktiziert werden, sollen fortentwickelt werden.
Gasturbinen in der Stromwirtschaft oder Hybridantriebe in Fahrzeugen seien auch weiterhin sinnvoll und notwendig, um die angestrebten Ziele in der Reduktion der Klimaerwärmung zu erreichen. Bisher eingesetzte fossile Energieträger müssten jedoch zunehmend durch regenerativ erzeugte, zum Beispiel CO2-neutrale synthetische Kohlenwasserstoffe ersetzt werden. Der Anteil kohlenstofffreier chemischer Energieträger wie Wasserstoff, der mit erneuerbarer Energie erzeugt wurde, soll zunehmen.
„Verantwortung für ein belastbares Energiesystem"
Die Autoren heben hervor, dass ein rein auf elektrische Antriebe und Speicher ausgerichtetes Energiesystem den Bedarf nicht zuverlässig decken kann. Wichtige nachhaltige Energiequellen wie Windkraft und Photovoltaik unterliegen Produktionsschwankungen. Es mangelt an Kapazitäten, um elektrische Energie in großem Umfange zu speichern. Der Einsatz chemischer Energieträger aus regenerativen Quellen zur Rückverstromung in Kraftwerken sei eine notwendige Komponente des Energiesystems nach Atom- und Kohleausstieg. Auch im Luft- und Schiffsverkehr können synthetische Treibstoffe einen Beitrag zur Energiewende leisten.
Nach Ansicht der Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen sollte gerade in Deutschland die Forschung und Entwicklung beispielsweise an Energiekonvertern für den Betrieb mit nicht-fossilen Brennstoffen und an Anlagen mit hohen Wirkungsgraden und geringen Schadstoffemissionen vorangetrieben werden.
„Das Positionspapier bringt auf den Punkt, dass wir Ingenieur- und Naturwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler Verantwortung übernehmen, um ein vielfältiges, belastbares Energiesystem zu entwickeln, das auf Brennstoffe fossilen Ursprungs verzichtet“, sagt die Vizepräsidentin für Forschung der TU Darmstadt, Professorin Barbara Albert. „Die Forschung an der TU Darmstadt ist so aufgestellt, dass sie zum Gelingen der Energiewende auf verschiedenen Technologiepfaden beiträgt. CO2-freie beziehungsweise -neutrale Verbrennung, Brennstoffzellen, Solarzellen und Kondensatoren sind wichtige Themen, an denen wir mit großem Einsatz forschen.“
TU Darmstadt – Forschen für die nachhaltige Energieversorgung der Zukunft
Die TU Darmstadt hat dem Profilbereich „Energiesysteme der Zukunft“ eine Plattform für ihre stark interdisziplinär ausgerichtete Forschung zur komplexen Transformation des Energiesystems geschaffen. Das Spektrum reicht von der Optimierung von Stromtrassen über die Planung von Energiesystemen bis zum Einsatz regenerativer Brennstoffe. In einem weiteren Profilbereich, „, legen Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen mit ihrer Forschung Grundlagen für neue energie- und verfahrenstechnische Produkte und Prozesse sowie für energieeffizientere Maschinen. „Thermo-Fluids & Interfaces
Drei von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderte Sonderforschungsbereiche/Transregio mit klarem Energie-Fokus sind an der TU Darmstadt verankert:
Oxyflame – Entwicklung von Methoden und Modellen zur Beschreibung der Reaktion fester Brennstoffe
Turbulent chemisch reagierende Mehrphasenströmungen in Wandnähe
Mathematische Modellierung, Simulation und Optimierung am Beispiel von Gasnetzwerken
Auch an dem neuen vom Bundesforschungsministerium geförderten Kopernikus-Projekt zur Gestaltung der Energiewende ist die TU Darmstadt beteiligt. Professorin Michèle Knodt (Institut für Politikwissenschaft) leitet zwei Arbeitspakete. Sie war auch intensiv in das Kopernikus-Vorgängerprojekt „Ariadne“eingebunden. „ENavi“
Ins Zentrum rücken dabei derzeit kohlenstofffreie chemische Energieträger wie Wasserstoff und Metalle wie etwa Eisen sowie ein neuartiges Verfahren der Reduktions-Oxidations-Zyklen. Im Unterschied zu Wasserstoff lassen sich Metalle mit spezifischer Energiedichte verlustärmer lagern und belasten die oft knappen Wasservorräte in sonnenreichen Regionen nicht. Um das große Potenzial zu erschließen, ist noch intensive Forschungs- und Entwicklungsarbeit erforderlich. Viele Forschungsprojekte an der TU Darmstadt untersuchen das Potenzial unterschiedlicher Energieträger zur Speicherung erneuerbarer Energien.