Zusammenfassung:
Das Forschungsteam des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) in Deutschland hat kürzlich die neuesten Forschungsergebnisse veröffentlicht, die darauf hinweisen, dass Eisenpulver voraussichtlich ein wichtiger Bestandteil des zukünftigen sauberen Energiesystems werden wird. Dieser wiederverwertbare Brennstoff könnte nicht nur dabei helfen, erneuerbare Energie zu speichern und zu transportieren, sondern könnte auch neue Nutzungsmöglichkeiten für stillgelegte Kohlekraftwerke bieten, die Stabilität des Stromsystems verbessern und gleichzeitig die Ziele der Klimaneutralität erreichen.
Das Eisenpulver-Energiesystem basiert auf einem zyklischen Prozess, sagten die Forscher. Beim Verbrennen von Eisenpulver wird Wärme freigesetzt und es entsteht Eisenoxid, auch Rost genannt. Aus erneuerbarer Energie erzeugter Wasserstoff kann dann den Sauerstoff aus dem Eisenoxid entfernen und es wieder zu metallischem Eisen reduzieren, sodass es wieder verwendet werden kann. Während des gesamten Zyklus wird kein Kohlendioxid ausgestoßen und es entstehen keine schädlichen Umweltschadstoffe.
Das Forschungsteam ist davon überzeugt, dass einer der größten Vorteile dieser Technologie ihre Fähigkeit ist, bestehende Kohlekraftwerke zu nutzen. Da die Verbrennungseigenschaften von Eisenstaub denen von Kohle so ähnlich sind, können viele Kohlekraftwerke ohne kompletten Umbau nachgerüstet werden. Die Forscher wiesen darauf hin, dass sich die Umbauarbeiten vor allem auf Verbrennungs- und Wärmeerzeugungsanlagen konzentrierten, während Schlüsselanlagen wie Dampfturbinen, Generatoren und Netzanbindungssysteme weiterhin genutzt werden könnten.
Für Länder mit umfassender Kohlekraftinfrastruktur ist diese Option äußerst attraktiv. Die Forscher sagten, dass am Beispiel Deutschlands bestehende Kraftwerke, Wärmenetze und damit verbundene unterstützende Einrichtungen neue Vitalität erlangen und dadurch die Kosten der Energiewende senken könnten.
Neben der Stromerzeugung wird Eisenpulver auch als potenzieller Energietransportträger über große Entfernungen angesehen. Die Forscher stellen sich vor, erneuerbaren Strom zu nutzen, um Wasserstoff in Küstenwindparks oder Wüstensolarbasen zu erzeugen und den Wasserstoff dann zu verwenden, um Eisenoxid zu Eisenpulver zu reduzieren. Das Eisenpulver kann dann zu energieintensiven Bereichen transportiert und verbrannt werden, um die gespeicherte Energie freizusetzen.
Im Vergleich zu Wasserstoff hat Eisenpulver offensichtliche Vorteile bei Lagerung und Transport. Für Wasserstoff sind in der Regel spezielle Pipelines, Importterminals und unterirdische Speicheranlagen erforderlich, während Eisenpulver auf einfachere Weise über lange Zeiträume gelagert und transportiert werden kann, wodurch möglicherweise Investitionen in den Bau großer Energieinfrastrukturen reduziert werden. Überschüssiger erneuerbarer Strom innerhalb Europas kann auch zur Vervollständigung des Eisenpulver-Regenerationsprozesses genutzt werden und so einen regionalen Energiekreislauf bilden.
Um das tatsächliche Potenzial dieser Technologie zu bewerten, erweiterte das Forschungsteam das bestehende PERSEUS-Energiemodell auf Basis der Ergebnisse des Forschungsprojekts „Clean Circles“ um Eisenbrennstoffkraftwerke, Eisenregenerationsanlagen sowie unterstützende Speicher- und Transportnetzwerke in das Simulationssystem. Anschließend erstellten die Forscher ein europäisches klimaneutrales Energiesystemmodell für 2050 und verglichen die Eisenpulverlösung mit Technologien wie Batterie-Energiespeicherung, Wasserstoff-Energiespeicherung und Wasserstoff-Energieerzeugung.
Die Simulationsergebnisse zeigen, dass in allen untersuchten Szenarien die Option des Einsatzes von Eisenkraftwerken in der kostengünstigsten Energiesystemkombination erscheint. Allerdings betonten die Forscher auch, dass dieses Ergebnis nicht bedeute, dass Eisenpulver die Wasserstoffenergie ersetzen werde, sondern vielmehr eine wichtige Ergänzung zu letzterer werden könne.
Untersuchungen haben ergeben, dass die Eisenpulvertechnologie besonders wertvoll in Ländern und Regionen ist, in denen es an Wasserkraftressourcen mangelt oder die über keine unterirdischen Speichermöglichkeiten für Wasserstoff verfügen. Dort kann Eisenpulver dazu beitragen, die Stromversorgung stabil zu halten, wenn Wind- und Sonnenenergie über längere Zeiträume nicht ausreichen. Darüber hinaus kann Eisenpulver auch einen Teil des Energietransport- und -speicherbedarfs übernehmen, wenn die Kapazität von Wasserstoffpipelines und Importterminals nahe an der Obergrenze liegt.
Der Forschungsleiter sagte, dass Eisenpulver in Zukunft eine einzigartige und wirtschaftlich wertvolle Rolle bei der Erreichung der Klimaneutralität und der Verbesserung der Zuverlässigkeit erneuerbarer Energien spielen könnte. Ob das „neue Eisenzeitalter“ wirklich angekommen ist, hängt jedoch noch von zwei Schlüsselfragen ab: Wie groß angelegte Änderungen an bestehenden Kohlekraftwerken erforderlich sind und ob der Prozess der Reduktion von Eisenoxid zu metallischem Eisen eine ausreichend hohe Effizienz und Wirtschaftlichkeit erreichen kann.
Das Forschungsteam ist davon überzeugt, dass die aktuellen Simulationsergebnisse zeigen, dass Eisenpulver das Potenzial hat, ein wichtiger Teil des künftigen klimaneutralen Energiesystems Europas zu werden, seine endgültige Wettbewerbsfähigkeit muss jedoch noch durch tatsächliche technische Verifizierung und kommerzielle Anwendung nachgewiesen werden. Während die globale Energiewende weiter voranschreitet, könnte dieses scheinbar traditionelle Metallmaterial im künftigen Zeitalter der sauberen Energie eine neue strategische Rolle spielen.
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