Die Schlüsseltechnologie für eine ökonomische Energiewende in der Industrie

Viele Industriesektoren haben einen hohen Energiebedarf in Form von Wärme. Die benötigten Prozesstemperaturen sind dabei oft so hoch, dass Unternehmen vom Recycling anfallender Abwärme profitieren können. Energiespeicher von Kraftblock sind darauf ausgelegt, diese Wärme zu speichern und wieder nutzbar zu machen. Das spart Primärenergie und reduziert massiv Emissionen. Zudem kann auch grüner Strom in Wärme umgewandelt werden, um thermisch getriebene Prozesse zu versorgen.

Herausforderungen und Mission der Energiewende

Die Energiewende ist eine strukturelle Herausforderung, die vor einigen Jahren noch nicht zu 100 Prozent möglich war. Der Ausbau von Wind-, Solar- und Wasserkraft ist dabei nicht das Problem, sondern lediglich der Pflichtteil. Das zentrale Problem der Energiewende ist es, eine kontinuierliche und gesicherte Energieversorgung über alle Sektoren zu gewährleisten. Die Umstellung auf regenerative Quellen reicht nicht, da diese nicht immer verfügbar sind. Energiespeicher lösen dieses Problem und machen den Energiebezug flexibel.

Logischerweise erscheinen Batteriespeicher als die erste Wahl. Wegen der Kosten, der Folgen für Natur und Umwelt durch die eingesetzten Rohstoffe und aufgrund der Konkurrenz verschiedener Industrien, sind solche Systeme nur bedingt skalierbar und einsetzbar.

Viele legen ihre Hoffnungen in Wasserstoff, eine chemische Substanz, die insbesondere in der Grundstoffchemie Anwendung finden wird. Die Erzeugung ist aber zu ineffizient und teuer, um diese Technologie schnell und breit in den Markt zu bringen. Auch müssen technische Lösungen zur Umrüstung aller Folgesysteme gefunden werden. Dazu braucht es immensen Forschungsaufwand. Aus diesen Gründen sind Wasserstoff, ebenso wie Batterie-Speicher nicht das Mittel der Wahl, um die Energiewende in der Industrie günstig umzusetzen.

Kraftblock hat sich zwei Ziele gesetzt: das zentrale Problem der Energiewende zu lösen und die Dekarbonisierung der Industrie zu ermöglichen. Die Speicher von Kraftblock wurden lange entwickelt und optimiert, sodass sie sowohl effizient als auch überall einsetzbar sind. Durch die Einsparung von Energie und CO2 amortisieren sie sich üblicherweise nach zwei bis vier Jahren.

Für wen eignet sich ein Kraftblock?

Die grundsätzliche Antwort ist: Jede Industrie, die Wärme braucht oder abgibt, kann davon profitieren. Kraftblock baut ein multifunktionales Hochtemperaturspeichersystem. Hochtemperatur bedeutet Temperaturen zwischen 350°C und 1.300°C. In diesem Bereich wird die Wärme aufgenommen und gespeichert. Die Abgabe ist flexibel und kann auch in niedrigeren Temperaturbereichen liegen.

Speichersystem heißt, dass die notwendigen Schnittstellen zur Anlage integriert werden. Multifunktionell ist es, da Kraftblock diese Schnittstellen dem Kundenwunsch anpasst. Die Speicherlösung fügt sich problemlos in die Bestandsanlage ein.

Krafblock-Systeme können in industriellen Prozessen genutzt werden, die Brenner oder Ofen beinhalten. Bei Ofenprozessen, etwa in der Metall-, Glas- oder Keramikindustrie, ist Abwärme zu finden, die meist über 700°C liegen. Das ist wertvolle, hochkalorische Wärme, die nutzbar gemacht werden kann, um schnell zu dekarbonisieren. Darum geht es im Absatz Abwärmerecycling.

In Kombination mit einem power-to-heat System ist es zudem möglich, fossile Brenner eins zu eins zu ersetzen – unter Beibehalt der bestehenden Infrastruktur. Damit wird das konventionelle Brennersystem indirekt ‚elektrifiziert‘ und die Emissionen von fossilen Brennstoffen werden gespart. Alle Industrien, die in ihren Prozessen Wärme brauchen, die oberhalb der Möglichkeiten von Wärmepumpen liegt, profitieren von dieser Möglichkeit. Beispiele sind die Lebensmittel-, Getränke-, Tabak- oder Papierindustrie. Außerdem eignen sich die Gummi-, Holz-, Baustoff- und Metallverarbeitungsindustrie besonders. Mehr hierzu findet sich im Absatz Elektrifizierung.

Flexible Systemeigenschaften von Kraftblock

Nahezu jede Kundenanwendung, gerade bei Bestandsanlagen, ist individuell: angefangen von der Anlagenaufstellung, über Wärmeleistungen und Wärmeströme bis hin zur Nutzung niedriger Abwärmepotenziale. Das Kraftblock-System kann sowohl Speicherkapazität als auch Betriebsweise den Kundenbedürfnissen anpassen. Die Anlagen zur Be- und Entladung des Speichers können mit verschiedenen Wärmemedien, von Luft bis Thermalöl, benutzt werden.

Der Speicher selbst ist modular aufgebaut. Einzelne Module lassen sich sogar als mobile Wärmespeicher einsetzen. Mehrere Module können zu Großspeichersystemen verschaltet werden. Eine Erweiterung der Speicherkapazität ist auch im Betrieb möglich.

Bei 1000°C beträgt die Speicherkapazität eines einzelnen Moduls bis zu 12MWh. Sollte ein 100MWh Speicher zum Einsatz kommen, so werden 10-12 Module sinnvoll verschaltet. Die Speicherdauer wird normalerweise zwischen wenigen Stunden bis mehrere Tage empfohlen. Bis zu drei Wochen sind möglich. Stillstandsverluste liegen je nach Isolierung zwischen drei und 0,5 Prozent pro Tag.

Das Speichermaterial von Kraftblock ist nachhaltig. Es besteht zu 85 Prozent aus recyceltem Material. Damit ist der CO2-Abdruck vielfach geringer als bei Wärmespeichern aus Beton oder anderem Speichermaterial. Zudem ist ein Kraftblock sehr langlebig: Der Speicher funktioniert mindestens 15 Jahre. Es ist noch nicht abzusehen, wie lange es dauert, bis der Speicher ausgetauscht werden muss.

Abwärmerecycling

Abwärmerecycling meint die Nutzung bisher verlorener Abwärme, wie nach der Stahlerzeugung, Metallverarbeitung, Glas- oder Keramikherstellung. Hier ist hochkalorische Wärme ein wertvolles Abfallprodukt. Aus ihr können viele Energieformen erzeugt werden: Verstromung, Prozesswärme, Kälte und Druckluft. Das Kohlendioxid wird zwar freigesetzt, da zur Wärmeerzeugung beispielsweise Gas eingesetzt wird. Allerdings kann danach durch das Wärmerecycling im gleichen Prozess weniger Gas zur Erzeugung der Wärme eingesetzt werden, oder die gespeicherte Energie wird in anderen Prozessen eingesetzt. In diesen Prozessen wird somit Primärenergie eingespart und CO2 vermieden. Dadurch spart man langfristig auch Geld.

Elektrifizierung über Hochtemperaturwärmespeicher

In Industrienationen liegt der Wärmebedarf bei mehr als 50 Prozent des Gesamtenergiebedarfs eines Landes. Im Kampf gegen den Klimawandel und zur Erreichung der Klimaziele werden nun viele Prozesse elektrifiziert. Es bedarf Speichersysteme um Energie rund um die Uhr zur Verfügung zu stellen. Eine logische Schlussfolgerung ist, grünen Strom in Wärme umzuwandeln, insbesondere wenn er im Überschuss und somit günstig ist. Diese Wärme wird in einem Kraftblock gepuffert und bei Bedarf mit der gewünschten Temperatur im Industrieprozess eingesetzt. Auch hier ist die Hochtemperatur vorteilhaft: je höher die Speichertemperatur, desto mehr Energie kann beim Kraftblock auf gleichbleibender Fläche gespeichert werden. Damit sind der Capex und Opex für die Anlage geringer. Dieses Konzept eignet sich insbesondere für Bestandsanlangen.

Autor: Dr. Martin Schichtel, CEO Kraftblock, ist promovierter Chemiker und gründete Kraftblock im Jahr 2014 unter dem Namen Nebuma GmbH. Als Materialspezialist forschte er lange an speicherfähigen Stoffen, insbesondere am Leibniz-Institut für Neue Materialien in Saarbrücken. Sein Ziel war es immer, etwas gegen den Klimawandel zu bewirken und die Industrie bei der Dekarbonisierung zu unterstützen. Mit Investoren wie Frank Thelen und Koolen Industries geht er erfolgreich seinem Ziel nach.