Robert Klatt
Batterien und andere Energiespeicher benötigen viele Rohstoffe und sind oft kostspielig. Eine Studie zeigt nun, dass Solarenergie stattdessen auch in thermischen Energiespeichersystemen (TES) auf Basis von Gestein effizient gespeichert werden kann.
Arusha (Tansania). Erneuerbare Energien wie Solar-, Wind- und Wasserkraft können CO₂-neutralen Strom produzieren. Weil ihre Leistung sehr volatil ist, sind aber Speichersystem erforderlich, die Strom für Zeiten mit geringer Produktion vorhalten. Die Wissenschaft arbeitet deshalb mit Hochdruck an neuen Technologien, darunter das Thermal Energy Storage System (MOST), das mithilfe von Isomeren Energie speichern kann.
Ein Großteil der überschüssigen Energie wird aktuell in großen Batterien gespeichert. RWE und Audi nutzen dazu im Rahmen eines Pilotprojekts alte Autobatterien, die noch eine Restlebensdauer von zehn Jahren haben sollen. Problematisch ist bei Batterien aber, dass diese einen hohen Ressourcenverbrauch haben und dass die Herstellung kostspielig ist.
Ein deutlich simplere Alternative sind thermische Energiespeicherung (TES), die Energie in Form von Wärme in einem Medium wie Wasser, Öl oder Gestein sichern. Bei Bedarf kann die gespeicherte Wärme genutzt werden, um einen Generator zu betreiben und so Strom zu erzeugen.
Forscher der Mandela African Institution of Science and Technology (NM-AIST) haben nun untersucht, ob es möglich ist, einen nachhaltigen TES auf Basis herkömmlicher Steine zu bauen. Gesteine wie Granit und Speckstein entstehen unter extrem hohen Temperaturen und kommen weltweit vor, was sie zu potenziell geeigneten Materialien für TES machen könnte. Allerdings können ihre Eigenschaften stark variieren, je nachdem wo auf der Welt sie gebildet wurden, was wiederum einige Proben besser geeignet macht als andere.
Laut ihrer Publikation im Fachmagazin ACS Omega untersuchten die Forscher Speckstein und Granit aus Tansania auf die spezifischen Eigenschaften. Dort treffen die geologischen Gürtel des Kraton und Usagaran aufeinander, in denen beide Gesteinsarten zu finden sind.
Die Analyse der Granitproben zeigt, dass das Gestein einen hohen Anteil an Siliziumoxiden hat, die zur Festigkeit beitragen. Allerdings enthielt der Granit aus dem Kraton-Gürtel weitere Verbindungen, darunter Muskovit, die zur Dehydration neigen und das Gestein bei hohen Temperaturen instabil machen könnten. Im Speckstein fand sich Magnesit, welches dem Gestein eine hohe Dichte und thermische Kapazität verlieh.
Bei Erhitzung auf Temperaturen über 982 Grad Celsius wiesen sowohl die Specksteinproben als auch der Granit aus dem Usagaran-Gürtel keine sichtbaren Risse auf, während der Granit aus dem Kraton-Gürtel zerfiel. Überdies neigte der Speckstein eher dazu, seine gespeicherte Wärme abzugeben als der Granit.
Insgesamt erwies sich der Speckstein aus dem Kraton-Gürtel als das leistungsfähigste Material für die thermische Energiespeicherung. Er konnte Wärme effektiv absorbieren, speichern und übertragen, während er eine gute chemische Stabilität und mechanische Festigkeit beibehielt. Die anderen Gesteinsarten könnten jedoch besser für Anwendungen mit geringerem Energiebedarf geeignet sein wie ein Solartrockner. Obwohl weitere Experimente erforderlich sind, versprechen die Proben laut den Forschern ein nachhaltiges Material für die Energiespeicherung zu sein.
ACS Omega, doi: 10.1021/acsomega.3c00314
