Mobiler Speicher ersetzt Wärmenetz

Forschung konkret Mobiler Speicher ersetzt Wärmenetz

MobS – das ist hier nicht die Bezeichnung einer Hunderasse, sondern eines Verfahrens zur mobilen Wärmespeicherung. Ein Forschungsprojekt untersucht, wie man über ein neues Verfahren Wärme speichern, transportieren und an einem anderen Ort nutzen kann.

Mobiler Sorptionsspeicher – MobS

Mobile Sorptionsspeicher transportieren Energie

Foto: MVA Hamm

Viele Prozesse in der Industrie erzeugen als Nebenprodukt Wärme. Häufig kann diese Wärme nicht dort verwendet werden, wo sie entsteht. Die so genannte Abwärme, teilweise mehr als 150 Grad Celsius heiß, wird an die Umgebung abgegeben. Mehr als die Hälfte der eingesetzten Energie kann so verloren gehen. 

Die Müllverbrennungsanlage (MVA) in Hamm geht neue Wege: Mit der Wärme, die bei der Abfallverbrennung entsteht, wird Wasser erhitzt. Es entsteht heißer Dampf, der in Turbinen in Strom erzeugt oder in das Fernwärmenetz eingespeist wird. Doch nicht der gesamte heiße Wasserdampf kann genutzt werden. Der nicht benötigte Dampf wird in strombetriebenen Luftkondensatoren abgekühlt und kondensiert wieder zu Wasser - der Wasser-Dampf-Kreislauf ist geschlossen. Nutzte man den Dampf vollständig, würde die Wärmeenergie erhalten und die Energie zum Abkühlen des Dampfes, eingespart.

Forscher und Praktiker wollen nun die überschüssige Wärme für andere Prozesse nutzen. Könnte sie transportiert werden? Gefördert vom Bundeswirtschaftsministerium führt das Bayerische Zentrum für Angewandte Energieforschung dazu ein Projekt durch: im Verbund mit der Firma Hoffmeier Industrieanlagen, der Müllverbrennungsanlage Hamm und der Firma Jäckering.

Test in einer Demonstrationsanlage

Das Ziel der Fachleute ist es, einen mobilen Wärmespeicher zu entwickeln, eine Demonstrationsanlage zu errichten und zu betreiben. Im September 2012 nahm die Demonstrationsanlage ihren Betrieb auf. Ausgangspunkt ist die Müllverbrennungsanlage in Hamm. Sie liefert die Wärme, die eine acht Kilometer entfernte, Trocknungsanlage für Kunststoffe nutzt.

Schematische Darstellung der Demonstrationslage

Schematische Darstellung der Demonstrationslage

Foto: MVA Hamm

Die Wärme wird mit dem Mobilen Sorptionsspeicher (MobS) transportiert. Der Speicher, ein Spezialcontainer, ist über 8 Meter lang, 2,5 Meter breit, fast 3 Meter hoch und wird auf einen Sattelschlepper montiert. Ist der Container beladen, hat er ein Gesamtgewicht von fast 40 Tonnen. 

Der Container ist mit einem thermochemische Speichermaterial gefüllt. Das kann Wärme aufnehmen und wieder abgeben. Die Fachleute nutzen für ihr Projekt Zeolith als Trägermaterial.

Wärmespeicher in kleinen Kugeln

Trocknet man das Zeolith unter Wärmezufuhr und entfernt so Feuchtigkeit, speichert das Mineral die beim Trocknen zugeführte Energie. Kommt das Zeolith dann mit Wasser oder Feuchtigkeit in Berührung, bindet es dieses – mit der so genannten Bindungsenergie entsteht erneut Wärme.

Zeolith - altgriechisch für siedender Stein - ist sehr porös. Es wird in Form von Pellets genutzt. Die kleinen Kugeln sind aufgebaut wie Schwämme, das macht ihre Oberfläche enorm groß: Ein Gramm des Materials hat eine Oberfläche von bis zu 1000 Quadratmetern und kann so bis zu 30 Prozent seines Trockengewichts an Wasser aufnehmen. Zudem kann das Mineral drei- bis viermal mehr Energie speichern als Wasser und die Energie ohne Verluste über lange Zeiträume halten. 

Das Prinzip ist bereits länger bekannt, wurde bisher aber nicht für Speichersysteme angewendet. Die Fachleute mussten unter anderem klären, welche der verschiedenen Zeolithe sich am besten eignen, wie groß die Zeolith-Kügelchen sein sollten und ob der Werkstoff auch nach vielen Speicherzyklen stabil ist. Die Energie soll viele tausend Male gespeichert werden können, ohne dass das System größere Verschleißerscheinungen zeigt.

Kreislauf der Wärmeenergie

Start und Ziel müssen für den Wärmeaustausch speziell ausgerüstet sein, damit der Speicher be- und entladen werden kann. Notwendig sind beispielsweise lufttechnische Anlagen, die aus Ventilatoren, Filtern und Wärmeaustauschern bestehen.

Die heiße Abwärme der Müllverbrennungsanlage wird durch die Zeolithschüttung im Container geblasen. Das Zeolith trocknet und speichert dabei rund zwei Megawattstunden Energie beliebig lange. 

Der Container wird zu einer Trocknungsanlage für Kunststoffe transportiert. Die feuchte Luft aus der Trocknungsanlage durchströmt das Zeolith. Das Mineral nimmt die Feuchtigkeit auf. Bei diesem Prozess entwickelt Zeolith weitere Wärme, die in die Trocknungsanlage strömt und die Kunststoffe trocknet.

Die Projektleiter an der Entladestation bei Jäckering (v. l.): Burghard Kinzel von Hoffmeier, Martin Treder von der Müllverbrennungsanlage Hamm und Andreas Krönauer vom ZAE Bayern.

Die Fachleute sind stolz auf die bisherigen Ergebnisse

Foto: MVA Hamm

Ist das Zeolith mit Wasser gesättigt, wird der MobS wieder zur MVA gefahren, um dort neue Energie zu speichern. Das Zeolith wird getrocknet und der Kreislauf beginnt von vorn. Der Containertausch dauert derzeit rund 60 Minuten, inklusive eines Fahrtweges von 7 Kilometern Stadtverkehr. 

Die Forscher gehen bei ihrem Demonstrationsprojekt von zwei Zyklen pro Tag aus. Damit kann die transportierte Energie preisgünstiger sein als solar erzeugte Wärme und, in besonderen Fällen, sogar günstiger als konventionelle Energieträger. 

Stand der Forschungsarbeiten

Die weltweit erste MobS-Anlage funktioniert. Doch weitere Schritte sind notwendig, um ein abschließendes Bild zu erhalten. Das Forschungsprojekt läuft bis Ende 2013. Bis dahin sind weiter Aufgaben zu lösen:

  • Kontinuierlicher Betrieb (seit Juli 2013),
  • Bau eines zweiten Containers,
  • Optimierung der Anlagen und des Prozesses,
  • Wirtschaftlichkeitsbetrachtung,
  • Energie- und CO2-Bilanz,
  • Logistik- und Potenzialstudie.

Schon heute wird geschätzt, dass der Weiterbetrieb des "Hammer-MobS" nach Ablauf des Forschungsprojektes wirtschaftlich möglich ist. Aber auch andere Konzepte, die Abwärme aus der MVA zu nutzen, sind denkbar. Beispielsweise für den Betrieb eines Gewächshauses oder zur Laubtrocknung. "Wir haben viele Ideen, um die vorhandene Wärmeenergie effizienter zu nutzen, doch wir brauchen die richtigen Partner für die Umsetzung", so Martin Treder, Projektleiter bei der MVA Hamm.

Verbundprojekt MobS - Mobile Sorptionsspeicher: Ziel des Forschungsprojektes war und ist es, einen mobilen Wärmespeicher zu entwickeln, eine Demonstrationsanlage zu errichten und zu betreiben.
Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie fördert das Projekt mit 2,4 Millionen Euro über eine Laufzeit von vier Jahren bis Dezember 2013.

Projektpartner und Aufgaben:
• ZAE Bayern koordiniert den Verbund der Partner, führt die wissenschaftlichen Arbeiten aus, sowie die Auslegung der Container, der Lade- und Entladestation. Es unterstützt die Inbetriebnahme sowie den Betrieb der Demonstrationsanlage und führt die Messungen durch.
• MHB (Gesellschaft der MVA Hamm): Projektleitung und Auftragnehmer vom ZAE. Bereitet den Aufbau und Betrieb der Ladestation vor, holt die erforderlichen Genehmigungen ein. Desweiteren unterstützt sie den Aufbau und die Inbetriebnahme der Ladestation und betreibt die Anlage. Potenzialabschätzungen, ökologische und ökonomische Gesamtbewertung, umweltrechtliche Beurteilung, Logistikkonzept und Marketing gehören ebenfalls zu ihren Aufgaben.
• Hoffmeier Industrieanlagen konstruiert und fertigt die Container. In Kooperation mit den Verbundpartnern baut Hoffmeier die Lade- und Entladestationen vor Ort auf und nimmt sie in Betrieb.
• Firma Jäckering betreibt die Trocknungsanlage für Kunststoffe. Sie unterstützt den Aufbau, die Inbetriebnahme und den Betrieb der Demonstrationsanlage.