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Energiespeicherung mit Hilfe von flüssiger Luft

Flüssige Luft in Energie- und Transportanwendungen


Flüssige Luft ist eine neuartige Lösung zur Energiespeicherung, die bewährte Komponenten nutzt und eine wichtige Rolle für die Zukunft kohlenstoffarmer Energien spielen könnte. Der Einsatz flüssiger Luft für die netzbasierte Energiespeicherung könnte die Energieversorgung sicherer machen, Treibhausgasemissionen senken und für Großbritannien eine neue Industrie entstehen lassen, die mindestens 1 Milliarde Pfund jährlich erwirtschaften und 22.000 neue Stellen schaffen würde. Technologien zur Luftverflüssigung könnten zudem erheblich zur höheren Effizienz von Straßenfahrzeugen beitragen, insbesondere in Bussen, Transportern und Kühllastwagen.

Zu diesem Sachverhalt veröffentlichte das Centre for Low Carbon Futures – unterstützt von Arup und der Messer Group – am 9. Mai einen entsprechenden Bericht: Liquid Air in the energy and transport systems: Opportunities for industry and innovation in the UK (Flüssige Luft in Energie- und Transportsystemen: Chancen für Industrie und Innovation in Großbritannien). Zu den Mitwirkenden zählen Arup, Ricardo, Messer Group, National Grid und eine Reihe führender britischer Hochschulen.

Flüssige Luft ist eine wegweisende Lösung des Problems der Energiespeicherung: Erneuerbare Energien werden nicht immer zur „richtigen Zeit“ erzeugt, sodass Überschüsse anfallen – beispielsweise nachts, wenn wenig Bedarf besteht. Durch Luftverflüssigung lässt sich Energie speichern und für Spitzenzeiten und / oder als emissionsfreier Kraftstoff bereitstellen. Flüssige Luft kann in einer Reihe neuartiger Motoren ebenso wie in netztauglichen, großen Energiespeichersystemen eingesetzt werden. (Die britische Highview Power Storage nutzt beispielsweise eine durch SSE bei Slough betriebene Pilotanlage.). Die Technologien zur Luftverflüssigung beruhen auf Standardkomponenten und ausgereiften globalen Logistikketten. Für kryogene Flüssigkeiten gibt es in allen Industrieländern ein gut ausgebautes Vertriebsnetz. Die Luftverflüssigung kommt ohne seltene oder teure Materialien aus, wie beispielsweise Lithium oder Platin.

Flüssige Luft – Die Vorteile im Überblick

  • Ein massenweise vorhandener und kostenloser Rohstoff 
  • Vertriebsinfrastruktur und Ausrüstungslogistik für die Herstellung kryogener Flüssigkeiten sind ausgereift
  • Lagerung bei niedrigem Druck und ohne das übliche Risiko von Brennstoffen
  • Für die netzbasierte Speicherung bestehen keine geografischen Einschränkungen wie bei Pumpspeicherkraftwerken oder großen Druckluftspeicherkraftwerken (CAES); die erzielbare Speicherkapazität ist mit Akkus kaum zu leisten
  • Keine der genannten Technologien greift auf knappe natürliche Ressourcen zurück
  • Die Energiedichte von flüssiger Luft ist vergleichbar günstig wie bei anderen kohlenstoffarmen Lösungen
  • Die Kosten können mit anderen kohlenstoffarmen Technologien konkurrieren

Bedingt durch die niedrige Ausgangstemperatur ist flüssige Luft ein hervorragendes Medium, um Abwärme in Energie mit sehr hohem Wirkungsgrad umzuwandeln (~50%). Für flüssige Luft nutzbare Abwärmequellen sind u. a. Fahrzeugmotoren, Kraftwerke und Industrieprozesse. In Großbritannien fällt jährlich eine Abwärmemenge von 40 TWh an. Auch wenn theoretisch alle denkbaren Möglichkeiten zur Nutzung der Abwärme für Wärmezwecke ausgeschöpft würden, stünden weiterhin erhebliche Mengen zur Stromerzeugung zur Verfügung. 30 % der Energie, die ein Liter Kraftstoff enthält, entweichen im Verkehrswesen durch den Kühlkreislauf. Im Unterscheid dazu ist der Dearman-Motor als hocheffizientes Wärmeenergie-Rückgewinnungssystem nutzbar, das Wärme aus dem Abgas oder dem Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors in Antriebsleistung umsetzt und dabei in der Praxis einen Umwandlungswirkungsgrad von bis zu 50 % erreicht. Ohne irgendwelche sonstigen Techniken zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz lässt sich dadurch der Gesamtwirkungsgrad des Motors um 20 bis 30 % steigern.

Der Bericht schätzt das Potenzial von flüssiger Luft auf kurze Sicht folgendermaßen ein:

  • Höhere Energiesicherheit: Ein einziger Flüssiglufttank nach Art eines Gasometers könnte den Ausfall von 5 GW Windenergie für drei Stunden ausgleichen. Das entspricht fast 10 % des Stromspitzenbedarfs in Großbritannien.
  • Kleinere Systeme lassen sich einsetzen, um Sicherungs- und Reservedienste emissionsfrei bereitzustellen und um Überschussenergie als Ersatz für Dieselgeneratoren (oder neue Stromtrassen) zu nutzen.

Erneuerbare Energie, die zur „falschen Zeit“ erzeugt wird, stellt die Stromnetzbetreiber vor wachsende Herausforderungen. In Großbritannien ebenso wie in anderen Ländern ist daher eine erschwingliche Lösung zur Speicherung großer Energiemengen gefragt. Flüssigluft-Energiespeicheranlagen könnten mit üblichen Industriekomponenten gebaut und daher schnell bereitgestellt werden. In Großbritannien könnte sich ein derartiges Netz bis 2050 zu einem Geschäft mit einem Umsatz von mindestens 1 Milliarde Pfund jährlich entwickeln und 22.000 neue Arbeitsplätze schaffen. 

Das Liquid Air Energy Network (LAEN) ist ein neu gegründetes Forum zur Förderung und Entwicklung der Luftverflüssigung als Alternative zur Nutzung von Abwärme- und Überschussenergie im Energie- und Verkehrswesen. Die Gründung des LAEN ist eines der wesentlichen Ergebnisse des vom Centre for Low Carbon herausgegebenen Berichts. Das LAEN konzentriert sich vornehmlich auf folgende Bereiche:

Drehkreuzfunktion: Eine wesentliche Aufgabe wird es sein, ein Drehkreuz zu bilden, um die Zusammenarbeit zwischen Interessenpartnern anzuregen – beispielsweise aus Wissenschaft, Wirtschaft, Industrie, Behörden sowie Energieverbrauchern und -erzeugern. Dies beinhaltet die Veröffentlichung von Berichten und Informationen sowie die Veranstaltung nationaler und internationaler Konferenzen, Seminare und Gesprächsrunden.

Marktbeurteilung: Neben der Veröffentlichung eigener Berichte und Marktuntersuchungen mit einem Netz aus Technologieentwicklern, Forschungszentren und einem umfassenden Anwendungs-Know-how einerseits sowie der technoökonomischen Modellierung von Daten andererseits sind das LAEN und seine Mitglieder bestens aufgestellt, um Organisationen und Unternehmen bei der Einschätzung und der Beurteilung des potenziellen Werts der Luftverflüssigung zu unterstützen. Die Gruppe kann Politiker, Energieversorger und potenzielle Nutzer ebenso umfassen wie potenzielle OEM- oder Logistikanbieter und Anleger.

Download des Berichts

Liquid Air in the energy and transport systems (Seite 1, 140 x 193 Pixel)