Das Projekt Clean Circles der TU Darmstadt erforscht die Eisenverbrennung zur nachhaltigen Stromversorgung. Eisenoxid und seine Reduktion zu Eisen seien ideale Energiespeicher.

 

Kohlekraftwerke sollten nicht abgerissen, sondern könnten ohne CO2-Ausstoß weiterlaufen, bei Bedarf. Diese Vision wollen die Wissenschaftler von „Clean Circles“ an der TU Darmstadt ermöglichen. Dahinter steckt das einfache Prinzip der Verbrennung von Eisen samt Recycling mit erneuerbaren Energien. Bei der Oxidation von Eisen mit Wasserdampf entsteht Wasserstoff, der für die Energiewende genutzt werden kann. Mit dieser Idee „MetalH2eat“ gewann das Team kürzlich zwei Preise beim TU-Ideenwettbewerb.

Die Forschenden planen, die Idee innerhalb der nächsten drei Jahre zu einer Ausgründung zu führen. Eisen existiert als reines Eisen (Fe) und als Rost (Fe2O3). Die Oxidation von Eisen lässt sich durch die Verbrennung von Eisenwolle oder -staub beschleunigen. Ähnlich wie bei der Verbrennung von Kohle entsteht dabei viel Wärme, die sich als Energiequelle nutzen lässt. Diesen Prozess kann man mithilfe von Energie umkehren: Aus grünem Strom hergestellter Wasserstoff löst den Sauerstoff wieder heraus und verwandelt das Eisen in seine reine Form zurück.

Verlustfreie Wandlung

Dieses Hin und Her von Eisen und Rost in einem „sauberen Kreislauf“ lässt sich als Speicher grüner Energie nutzen, so die Idee des Teams von Clean Circles. Solche Überlegungen gibt es schon länger, berichtet Andreas Dreizler, Professor für Reaktive Strömungen und Diagnostik an der TU Darmstadt. Im Rahmen der Bewerbung für Clusterprojekte des Landes Hessen im Jahr 2020 konkretisierten er und Christian Hasse, Professor für die Simulation reaktiver Thermo-Fluid-Systeme, dies in einem Antrag zusammen mit dem Karlsruher Institut für Technologie.

In einem aktuellen Transregio-Antrag an die deutsche Forschungsgesellschaft (DFG) untersuchen sie das Verfahren zusammen mit Kolleginnen und Kollegen aus Darmstadt, Karlsruhe, Düsseldorf und Braunschweig. Das Potenzial sei enorm und könnte weltweit große Bedeutung bekommen. Solar- und Windenergieüberschüsse könnten Eisenoxid in Eisen verwandeln, das leicht speicherbar und transportabel ist. Bei Bedarf kann die gespeicherte Energie durch Verbrennung wieder freigesetzt werden.
 
Kohlekraftwerke weiter nutzen

Diese Verbrennung ließe sich problemlos in stillgelegten Kohlekraftwerken durchführen. „Klassisch Kohle- oder eben alternativ Eisenstaub verbrennen ist vergleichbar“, so Hasse. Noch dieses Jahr will das Team im Demonstrationskraftwerk auf dem Gelände der TU Darmstadt beweisen, was im kleinen Laborreaktor bereits funktioniert. Das drei Stockwerke große Kraftwerk wird bislang für Versuche mit Abfallstoffen und Biomasse genutzt und soll jetzt ein Megawatt „Eisenenergie“ liefern.

Der nächste Schritt ist schon in Vorbereitung: Zusammen mit einem Energieversorger will Clean Circles Planungen konkretisieren und in Berlin ein zentrales Wärmekraftwerk, das bislang mit Kohle betrieben wurde, auf Eisenverbrennung umstellen. Es versorgt einen ganzen Stadtteil mit Nahwärme. „Damit wollen wir zeigen, dass Eisen eine Option für die Energieversorgung der Zukunft ist“, so Dreizler. Denn die Speicherung von Energie – sei es über Nacht oder den ganzen Winter – sei der zentrale Punkt der Energiewende.

„Wir planen erfolgreich an Fallbeispielen und binden politisch-gesellschaftliche Fragen mit ein“, so Dreizler. Teil von Clean Circles ist auch die sozioökonomische Betrachtung. Die Wissenschaftler hoffen, dass ihre Idee Eingang in die wirtschaftspolitischen Konzepte findet: „Zur Technologieoffenheit sollte auch Eisen zählen“.

Weitere Informationen zu Clean Circles  stehen im Internet bereit.