Ammonia2HeatStorage Entwicklung eines Langzeitspeichersystems durch die Kombination CLC und „grünem“ Ammoniak mittels Membrandestillation

Im Rahmen dieser Sondierung wird ein „Proof of Concept“ eines Ammoniak-Metall-Festbett-CLC-Speicherfunktionsmusters im Labor, sowie am Ende eine erste quantitative Bewertung des techno-ökonomischen Potentials einer derartigen Technologiekombination durchgeführt. Der Innovationsgehalt liegt in der erstmaligen systematischen Potentialerhebung, Evaluierung und Versuchsdurchführung eines Speichersystems mittels CLC Technologie unter Verwendung von „grünem“ Ammoniak, der aus Abwasser und Abfallströmen mittels Vakuummembrandestillationstechnologie – VMD – gewonnen wird. Diese vielversprechende Technologiekombination hat das Potential einen radikalen, branchenübergreifenden Paradigmenwechsel im Vergleich zu bisher in Verwendung befindlichen Speichertechnologien zu bewirken und neue Forschungs- und Entwicklungsprojekte zu initiieren.

Ausgangssituation

Erneuerbare Energie ist im Prinzip zwar ausgiebig vorhanden, doch die Zeiten, während viel erneuerbare Energie gewonnen werden kann und während hoher Energiebedarf herrscht, sind meist stark unterschiedlich. Um den volatilen Anteil an Erneuerbaren im Energieversorgungsmix zu erhöhen, wird die Entwicklung effizienter Energiespeichertechnologien immer wichtiger. Anforderungen an solche Technologien sind hohe Flexibilität, hohe Verlustfreiheit und insbesondere Kompaktheit, das heißt möglichst viel Energie bei kleinen Systemvolumina zu speichern. In jüngster Vergangenheit wurde begonnen Chemical Looping Combustion (CLC) für langfristige Energiespeicherung zu erforschen. Vorteil eines CLC-Speichersystems ist das im Gegensatz zu bspw. sensiblen Wärmespeichern, Wärme chemisch über mehrere Tage und Wochen bis Monate verlustfrei gespeichert werden kann. Jedoch werden meistens noch Brennstoffe auf Basis von fossilen Rohstoffen für die CLC Technologie eingesetzt.
Die Idee bei dieser Sondierung ist, die CLC-Technologie in Festbett- anstatt Wirbelschichtform mit Ammoniak (NH3) Wasserstoff (H2), das für gewöhnlich als Reduktionsmittel im CLC-Prozess zur Anwendung kommt, zu untersuchen. Durch eine Festbettvariante wird zum einen die Kompaktheit des Systems erhöht und zum anderen auch der Betriebsenergieverbrauch und Komponentenverschleiß verringert, da durch die Ersparnis der Wirbelschicht weniger bewegliche Teile benötigt werden. NH3 anstatt des hochflüchtigen H2 ist wesentlich unkomplizierter zu transportieren, lagern und betreiben. Darüber hinaus hat die Verwendung von NH3 als Reduktionsmittel den Vorteil, dass die Vakuummembrandestillation – VMD – zur Bereitstellung von NH3 aus z.B. industriellen und kommunalen Abwässern oder aus Gärresten genutzt werden könnte, was zu einer wesentlichen Erhöhung der Nachhaltigkeit führen würde. Generell wird NH3 als eine mögliches chemisches Speichermedium der Zukunft in vielen Bereichen gesehen. Dies ist durch seine hohe Effizienz, Energiespeicherdichte und niedrigen Koste von NH3-Quellen begründet.