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Nachhaltige Stromerzeugung mit superkritischem CO2

| Redakteur: Katharina Juschkat

Mithilfe von sogenanntem superkritischen CO2 wollen Wissenschaftler die Abwärme von industriellen Prozessen, Motoren und Gasturbinen für die nachhaltige Stromerzeugung nutzen. Die dafür nötigen Dampfturbinen sind wesentlich kleiner und effizienter.

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Eine Turbine, die mit superkritischem CO2 funktioniert, muss bei gleicher Leistung nur etwa ein Fünftel so groß sein wie eine herkömmliche Dampfturbine.
Eine Turbine, die mit superkritischem CO2 funktioniert, muss bei gleicher Leistung nur etwa ein Fünftel so groß sein wie eine herkömmliche Dampfturbine.
(Bild: TUD/Karsten Eckold)

Nachhaltig Strom aus Solar- und Abwärme produzieren – daran forschen zur Zeit Wissenschaftler der TU Dresden und dem Helmholz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Die Energiewissenschaftler und Ingenieure wollen mit Hilfe von superkritischem CO2 die Abwärme von industriellen Prozessen, Motoren, Gasturbinen und Wärme aus Solarkraftwerken für die nachhaltige Stromerzeugung nutzen. Damit kann der globale CO2-Ausstoß erheblich gesenkt werden.

Was ist superkritisches CO2?

Als superkritisches CO2 (sCO2) wird der Zustand bezeichnet, in dem Kohlenstoffdioxid weder flüssig noch gasförmig vorliegt. Das erreicht die Substanz bei etwa 31 Grad Celsius und 74 bar. Hier verbinden sich vorteilhafte Eigenschaften der Flüssigkeit und des Gases. Turbinen zur Stromerzeugung arbeiten dann mit einem höheren Wirkungsgrad und sind sehr viel kleiner als Dampfturbinen der gleichen Leistung.

Das Video zeigt, wie flüssiges und gasförmiges CO2 erhitzt wird und sich die Phasengrenze zwischen flüssig und gasförmig auflöst. Dieser Zustand wird superkritisches CO2 genannt.

Erste Forschung mit superkritischem CO2

An der neuen Energietechnologie forschen die Wissenschaftler gemeinsam mit Siemens und dem Institut für Solarforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Für das Verbundprojekt „Carbosola“ hat das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie nun 2,2 Millionen Euro zur Verfügung gestellt. Das Forschungsvorhaben markiert den Einstieg Deutschlands in die sCO2-Technologie für die Stromerzeugung aus nichtfossilen Wärmequellen.

Neues CO2 wird mit der Energietechnologie nicht freigesetzt, da sich das superkritische Kohlendioxid in einem geschlossenen Kreislauf befindet.
Neues CO2 wird mit der Energietechnologie nicht freigesetzt, da sich das superkritische Kohlendioxid in einem geschlossenen Kreislauf befindet.
(Bild: TUD/Karsten Eckold)

Prof. Uwe Gampe, Projektkoordinator an der TU Dresden, erklärt: „Wir wollen eine umweltschonende Technologie entwickeln, die mit superkritischem CO2 funktioniert und nur noch etwa ein Fünftel so groß ist wie eine herkömmliche Dampfturbine.“

Da sich das superkritische Kohlendioxid in einem geschlossenen Prozess befindet, wird kein CO2 freigesetzt. Damit wollen die Wissenschaftler Wärme besser nutzen als das heute der Fall ist und Energieanlagen verkleinern. „Gleichzeitig ist der Wirkungsgrad deutlich höher als bisher“, so Gampe weiter.

Demonstrator soll offene Fragen beantworten

Um praxistaugliche Energieanlagen auf Basis der neuen Technologie zu entwickeln, wird eine Versuchsanlage und ein Demonstrator im Megawatt-Leistungsbereich gebaut.

Prof. Uwe Hampel der TU Dresden erläutert: „Mit unseren experimentellen und numerischen Untersuchungen wollen wir noch offene wissenschaftliche und technologische Fragestellungen zu superkritischen Kohlendioxid-Prozessen beantworten. Dies betrifft das Strömungsverhalten und die Wärmeübertragung, Messtechniken, Materialfragen sowie effektive Regelungsstrategien.“

Im März diesen Jahres wurde das „Superkritische Kohlendioxid-Lab“ an der TU Dresden eröffnet. Das Forschungslabor bündelt Kompetenzen rund um superkritisches CO2 und stellt eine Plattform für die interdisziplinäre Zusammenarbeit dar. Vor wenigen Wochen wurde unter Beteiligung der Dresdner Wissenschaftler die „European sCO2 Research & Development Alliance“ in Paris gegründet. Das Netzwerk soll Wissenschaftler, Hersteller und Anwender auf europäischer Ebene zusammenbringen. Im Gegensatz zu den USA und Asien steht die sCO2-Technologie in Europa noch am Anfang.

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