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Forschungsprojekt BERTI auf der World Expo in Dubai vorgestellt

Im Forschungsprojekt BERTI haben Wissenschaftler:innen der Universität Siegen gemeinsam mit Projektpartner:innen einen thermochemischen Speicher entwickelt, mit dem industrielle Abwärme verlustfrei gespeichert und nutzbar gemacht werden kann. Das Projekt wurde auf der Weltausstellung in Dubai nun einem internationalen Publikum vorgestellt.

Viele Industrieprozesse sind sehr energieintensiv und erzeugen ein hohes Maß an Wärme. Wärme, die bislang nur zu einem geringen Teil wieder genutzt wird. Um die sonst an die Umgebung abgegebene Abwärme speichern und nutzbar machen zu können, haben Wissenschaftler:innen der Universität Siegen in dem Forschungsprojekt „Bewegtes Reaktionsbett zur thermochemischen Energiespeicherung“ (kurz: BERTI) ein thermochemisches Speichersystem bestehend aus Speichermaterial und Reaktor entwickelt und im Labormaßstab einen erfolgreichen Funktionsnachweis durchgeführt. Die neuartige Entwicklung wurde im deutschen Pavillon auf der Expo in Dubai jetzt einem internationalen Publikum präsentiert. Ausgewählt wurde das Projekt vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK).

Industrielle Abwärme hat großes Potenzial für die Energiewende und ist auch in Hinblick auf die Abhängigkeit von Erdgaslieferungen interessant. „In Bezug auf die Verbrennung von Erdgas hat die Nutzung industrieller Abwärme ein Einsparpotenzial von rd. 20 Millionen Tonnen CO2“, erklärt Dr. Sandra Afflerbach, die zur thermochemischen Speicherung und Transformation von Wärme forscht. Der in dem Projekt entwickelte innovative Wärmespeicher ermöglicht es, die Nutzung der Abwärme von der Erzeugung örtlich und zeitlich zu entkoppeln. Zudem verfügt das Speichermaterial aufgrund seines Be- und Entladeprinzips über ein Vielfaches der Speicherdichte bislang kommerzialisierter Speichersysteme. Das neuartige, kalkbasierte Speichermaterial ist kostengünstig, wird bereits in großen Mengen in Deutschland abgebaut, ist nicht giftig oder umweltschädigend und rezyklierbar. So kann die bislang ungenutzte Energie beispielsweise in Strom umgewandelt oder in Fernwärmenetze eingespeist werden, wodurch der Energieverbrauch deutlich reduziert und eine effizientere, kostengünstigere Energienutzung erreicht wird.

Das Verfahren zur Herstellung des Speichermaterials wurde an der Universität Siegen zunächst im Labormaßstab entwickelt und anschließend erfolgreich in den Technikumsmaßstab skaliert. Aufgrund seiner besonderen Eigenschaften bleibt das entwickelte Speichermaterial auch nach vielen Be- und Entladezyklen stabil und fließt gleichbleibend durch den Reaktor. „Ohne eine solche Modifikation ist das Speichermaterial pulverförmig und sehr kohäsiv weshalb es sich in dieser Form für den Einsatz in einem bewegten Reaktionsbett nicht eignet“, erklärt Afflerbach. An dem mit rund 1,09 Millionen Euro vom BMWK geförderten Projekt waren gleich zwei Professuren der Universität Siegen beteiligt. „Expert:innen aus beiden Lehrstühlen haben das Projekt durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit zum Erfolg geführt“, so Afflerbach. Während die Professur für Energie- und Umweltverfahrenstechnik von Prof. Dr. Wolfgang Krumm die Modellierung des Reaktors ausführte, entwickelte Dr. Sandra Afflerbach am Institut für Bau- und Werkstoffchemie um den mittlerweile emeritierten Prof. Dr. Reinhard Trettin das Speichermaterial und untersuchte die zugrunde liegenden festkörperchemischen Prozesse. Darüber hinaus waren das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie die Unternehmen Rheinkalk und Bühler Projektpartner. 

Das erfolgreich abgeschlossene Projekt BERTI reiht sich damit in eine Folge zukunftsweisender, kooperativer Projektarbeiten an den beiden Lehrstühlen der Universität Siegen ein und baut auf den Vorgängerprojekten TCSPower (gefördert durch die EU im Rahmen des Seventh Framework Programme) und TheSan (gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie). „Mit der erfolgreich abgeschlossenen Promotion von Frau Dr. Afflerbach hat sich das Themenfeld der thermochemischen Energiespeicherung an der Universität Siegen etabliert und Fragestellungen für zahlreiche studentische Qualifikationsarbeiten mit natur- und ingenieurwissenschaftlichem Schwerpunkt eröffnet“, erläutert Prof. Dr. Trettin.

„Wir arbeiten weiter an diesem zukunftsweisenden und wissenschaftlich spannenden, interdisziplinären Thema“, so Afflerbach. „Aktuell beschäftigen wir uns am Lehrstuhl für Energie- und Umweltverfahrenstechnik im Rahmen des Projekts ITESS in Kooperation mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, der Firma Rheinkalk GmbH und der WEP Wärme-, Energie- und Prozesstechnik GmbH mit der Einbindung thermochemischer Speicher in Fernwärmenetze. Im Rahmen eines thematisch an das Projekt BERTI angelehnten und durch die Bundesstiftung Umwelt geförderten Promotionsvorhabens am Lehrstuhl für Energie- und Umweltverfahrenstechnik wurde der Masse und Wärmetransport in und aus dem modifizierten Speichermaterial mathematisch modelliert, wodurch zusätzlich wichtige Aspekte zur zukünftigen Materialentwicklung aufgezeigt werden konnten.

Um jedoch die technologische Reife thermochemischer Speichersysteme weiter voranzutreiben, ist nun auch eine Erprobung des Systems im Feld ausschlaggebend. Dazu finden sich in dem von Schwerindustrie geprägten Siegerland zahlreiche Kooperationspartner für ein bereits geplantes Folgeprojekt. Derzeit arbeiten wir an der Ausarbeitung eines Antrags zu einem Kooperationsprojekt mit den Firmen BGH Edelstahl Siegen GmbH, Gontermann-Peipers GmbH, Rheinkalk GmbH, ROTAMILL GmbH sowie der Walzen IRLE GmbH, welches die Konstruktion und den Feldtest eines thermochemischen Speichersystems zur Abwärmenutzung beinhaltet. Hierbei haben die beteiligten Firmen durch eine Anschubfinanzierung eine große Unterstützung geleistet. Wir sind uns sicher, dass das zu entwickelnde System zukünftig einen großen Beitrag zur Decarbonisierung der Stahlindustrie leisten kann.“

Foto: Das an der Universität Siegen entwickelte Speichermaterial besteht aus einer tonhaltigen, wasserdampfdurchlässigen Hülle (rot-braun) und dem aktiven, kalkbasierten Speichermaterialkern (weiß). (Universität Siegen) 

Ansprechpartnerin

Dr. Sandra Afflerbach
Tel. 0271 740-2818
E-Mail : sandra.afflerbach@uni-siegen.de

Aktualisiert um 13:26 am 8. Juli 2022 von Thomas Reppel.