Ein neues Konzept zur CO2-negativen Wärmeversorgung auf Basis des technischen Kalkkreislaufes

Abstract

Das Erreichen der Klimaschutzziele geht Hand in Hand mit der Reduzierung des Gesamtenergieverbrauchs und des CO2-Ausstoßes. In Deutschland bildet der Bedarf an Raumwärme mit rund 1/3 des gesamten Primärenergiebedarfs das größte Energieeinsparpotential, und da dieser hauptsächlich auf fossilen Energieträgern beruht auch das größte Einsparpotential für CO2. Der Ansatz einer saisonalen Energiespeicherung basierend auf dem thermochemischen Prinzip, bei dem die im Sommer in großen Mengen verfügbarer Strom aus regenerativen Quellen gespeichert und im Winter in Form von Wärme zur Verfügung gestellt wird, bietet die Möglichkeit fluktuierende, regenerative Energiequellen zu nutzen. Im Rahmen mehrerer Projekte werden am DLR ein thermochemischer Speicher, basierend auf den günstig verfügbaren Materialien Kalk und Wasser, sowie verschiedene Nutzungskonzepte dieser Technologie entwickelt. Das hier vorgestellte Nutzungskonzept stellt die geschlossene Betriebsweise dieses technischen Kalkkreislaufs dar, mit dem Ziel Wärme emissionsnegativ bereitstellen zu können. Dabei führt die reversible Reaktion von CaO (Branntkalk) und Wasser zu einer Energiefreisetzung in Form von Wärme, die bei Bedarf Temperaturniveaus bereitstellt, mit denen Gebäude mit Raumwärme und Warmwasser versorgt werden können. Das Produkt der Reaktion, CaOH2 (gelöschter Kalk), kann wiederum bei Umgebungsbedingungen CO2 aus der Atmosphäre binden und kann das System so um eine aktive CO2-Abscheidung erweitern. Hierbei ist für die technische Nutzung der Reaktion als Direct Air Capture-System die langsame Kinetik der Reaktion geschwindigkeitsbestimmend. Das dabei entstehende CaCO3 kann unter Einsatz von saisonal verfügbarem, regenerativem Strom kontrolliert in CaO und CO2 aufgetrennt werden. Somit steht der Branntkalk dem Prozess erneut zur Verfügung und die Energie kann über lange Zeiträume bei Umgebungsbedingungen gespeichert werden. Das abgeschiedene CO2 kann verflüssigt und als Bestandteil von grünen Treibstoffen verwendet, alternativen Prozessen zur Verfügung gestellt, oder auch dauerhaft im Boden gespeichert werden. Damit können mit dieser Technologie die wesentlichen Problemstellungen der Energiewende wie regenerative Wärmebereitstellung, Entlastung der Energienetze und (aktive) Reduzierung der CO2-Emissionen adressiert werden. Die Präsentation stellt die aktuellen Konzepte der Nutzung der kalkbasierten Materialien als Energiespeicher- und CO2 Capturing-Technologie dar und zeigt aktuelle Ergebnisse experimenteller Untersuchungen für die Optimierung der einzelnen Teilprozesse.