Kalkspeicher

Auslegung, Modellierung und regelungstechnische Optimierung eines thermochemischen Energiespeichers auf Basis von Kalk, um überschüssige erneurbare Energie saisonal für die Heizung von Gebäuden zu speichern.

Technischer Kalkkreislauf

Beschreibung

Fossile Heizsysteme verursachen einen erheblichen Anteil der globalen CO2-Emissionen. Die konsequente Elektrifizierung der Wärmeversorgung eröffnet die Möglichkeit, erneuerbare Energiequellen wie Wind- und Solarenergie breit nutzbar zu machen. Für eine nachhaltige Deckung des Wärmebedarfs muss jedoch die saisonale Diskrepanz zwischen erneuerbarer Erzeugung und Heizbedarf durch geeignete Speicherlösungen ausgeglichen werden.

Hierfür wird ein thermochemisches Energiespeichersystem mit integrierter CO2-Abscheidung untersucht, das den CO2-Fußabdruck von Gebäuden signifikant reduzieren kann. Im Zentrum steht ein am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelter Speicherprozess auf Basis einer reversiblen Kalkhydrat-Reaktion von Calciumoxid (CaO) mit Wasser (H2O) zu Calciumhydroxid (Ca(OH)2), wobei die freigesetzte Wärme zum Heizen genuzt werden kann. Dazu wird eine Systemerweiterung untersucht, die anstelle der Rückreaktion zu Calciumoxid einen CO2-Aufnahme- und Abscheidungsprozess integriert. Dabei wird das entstandene Calciumhydroxid in einer Karbonatisierung mit atmosphärischem CO2 zu Calciumcarbonat (CaCO3) umgewandelt. Auf diese Weise wird nicht nur CO2 vermieden, sondern aktiv der Atmosphäre entzogen und kann anschließend als Rohstoff durch eine zentrale Hochtemperaturreaktion (Kalzinierung) zu CaO kontrolliert abgeschieden werden. 

©
Versuchsaufbau im Demonstratorhochhaus

Zentrales Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Erprobung geeigneter Regel- und Betriebsstrategien für dieses erweiterte Speichersystem in Gebäuden. Dazu wird ein validiertes Simulationsmodell des Reaktors und der CO2-Aufnahmeanlage aufgebaut, welches die Wechselwirkungen innerhalb der Anlage transparent macht und die systematische Bewertung unterschiedlicher Prozesspfade erlaubt. Auf dieser Basis werden Betriebsweisen auf Komponentenebene optimiert und in übergeordnete Strategien für den Gebäude- bzw. Quartiersbetrieb überführt.

Forschungsschwerpunkte

  • Modellierung und Parameteridentifikation zur Entwicklung eines Simulationsmodells
  • Analyse und Optimierung der Prozessführung
  • Entwurf und Umsetzung von Regelstrategien für eine robuste und effiziente Prozessführung
  • Entwicklung einer langfristigen Betriebsstrategie zur Deckung des Wärmebedarfs in Gebäuden

Förderung

Das Projekt wird durch die Vector Stiftung gefördert.

Bearbeiter

Dieses Bild zeigtEmil Röhm

Emil Röhm

M.Sc.

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Zum Seitenanfang