Hochtemperatur-Wärmespeicher mit Flüssigmetall-Technologie
ein Beitrag von Dr.-Ing. Klarissa Niedermeier, Leiterin der AG Hochtemperatur-Wärmespeicher und Prozesstechnik am Karlsruher Flüssigmetalllabor KALLA
Am Karlsruher Flüssigmetalllabor (KALLA) wird der Einsatz von Metallschmelzen, sogenannten Flüssigmetallen, als Wärmeträgermedien in Hochtemperatur-Wärmespeichern erforscht. Die Verwendung von Flüssigmetallen ermöglicht die Speicherung von Wärme in einem breiten Temperaturbereich von etwa 100 °C bis 1000 °C. Dank ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit übertragen sie Wärme bis zu 100-mal effizienter als herkömmliche Flüssigkeiten oder Gase. Dadurch lassen sich kompaktere und effizientere Speicher- und Übertragungssysteme entwickeln – ideal für die Speicherung, Bereitstellung und Rückgewinnung von Hochtemperaturwärme in industriellen Prozessen.
Versuchsvorbereitung des Pilotspeichers am Karlsruher Flüssigmetalllabor – Blick in den Wärmespeicher während der Befüllung mit Keramik-Kügelchen (Bild: KIT/KALLA)
Wie wird es erforscht?
Am KALLA wird ein innovatives Wärmespeicherkonzept entwickelt, bei dem flüssige Metalle durch keramische Schüttungen geleitet werden. Diese Feststoffe speichern die Wärme effizient über längere Zeiträume. Beim Beladen fließt heißes Metall durch das Material und überträgt Energie; beim Entladen nimmt kühleres Metall die gespeicherte Wärme wieder auf und transportiert sie dorthin, wo sie gebraucht wird – etwa in industrielle Prozesse. Nachdem dies im Labormaßstab erfolgreich demonstriert werden konnte, wird derzeit ein Pilotspeicher mit 100 kWh Wärmespeicher-Kapazität installiert. Durch mehr als 100 Temperatur-Messstellen im Tank soll das Lade- und Entladeverhalten analysiert werden. Parallel dazu forschen wir zum einen an günstigeren, mit dem Flüssigmetall kompatiblen, Speichermaterialien, wie Schlacke aus der Stahlindustrie, um die Materialkosten zu senken. Zum anderen testen und qualifizieren wir wichtige Systemkomponenten wie Pumpen und Ventile für den Einsatz mit Flüssigmetall.
Thermoelemente-Lanze für die Temperaturmessung im Tank (Bild: KIT/Brahmsiepe)
Was ist der Nutzen für die Gesellschaft?
Die Energiewende stellt industrielle Hochtemperaturprozesse vor große Herausforderungen: Fossile Energiequellen müssen durch emissionsfreie Alternativen ersetzt werden. Thermische Energiespeicher bieten eine kostengünstige Möglichkeit, Wärme bedarfsorientiert zu speichern – besonders sinnvoll bei vorhandener Abwärme oder benötigter Prozesswärme. Da Prozesswärme rund zwei Drittel des industriellen Energiebedarfs in Deutschland ausmacht, aber bisher kaum aus erneuerbaren Quellen stammt, besteht hier großes CO₂-Einsparpotenzial – insbesondere bei Temperaturen über 500 °C, für die es bislang kaum marktreife Speicherlösungen gibt.