Umweltschonende Energietechnologie mit superkritischem CO2

Deutsche Wissenschaftler arbeiten an der Entwicklung einer umweltschonenden Energietechnologie mit superkritischem CO2. Die Experten der TU Dresden und des Helmholz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) entwickeln gemeinsam mit der Siemens AG und dem Institut für Solarforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in den kommenden drei Jahren eine neue Energietechnologie. Diese soll mithilfe von superkritischem Kohlendioxid (sCO2) nachhaltig Strom produzieren. Solar- und Abwärme dienen als Wärmequellen.

Das deutsche Bundesministerium für Wirtschaft und Energie hat für das Verbundprojekt «CARBOSOLA» 2,2 Millionen Euro bereitgestellt. Deutschland steigt mit diesem Forschungsvorhaben in die sCO2-Technologie für die Stromerzeugung aus nichtfossilen Wärmequellen ein.

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Eine  superkritische CO2-Turbine funktioniert bei gleicher Leistung mit nur etwa einem Fünftel der Grösse einer herkömmlichen Dampfturbine.


Als superkritisch bezeichnet man den Zustand, in dem Kohlenstoffdioxid weder flüssig noch gasförmig ist. Das erreicht die Substanz bei etwa 31° Celsius und 74 bar. Hier verbinden sich vorteilhafte Eigenschaften der Flüssigkeit und des Gases. Dies erlaubt es, Turbinen zur Stromerzeugung mit einem höheren Wirkungsgrad und sehr viel kleineren Dimensionen als Dampfturbinen mit gleicher Leistung zu erzielen. Die Experten wollen die Abwärme von industriellen Prozessen, Motoren, Gasturbinen und Wärme aus Solarkraftwerken mit superkritischem CO2 für eine nachhaltige Stromerzeugung nutzen. Damit wird eine erhebliche Senkung des globalen CO2-Ausstosses erzielt.
 

Das Video zeigt, wie flüssiges und gasförmiges CO2 erhitzt wird und sich die Phasengrenze zwischen flüssig und gasförmig auflöst. Dieser Zustand wird superkritisches CO2 genannt. (© Sebastian Rath/TU Dresden)
 

«Wir wollen eine umweltschonende Technologie entwickeln, die mit superkritischem CO2 funktioniert und nur noch etwa ein Fünftel so gross ist wie eine herkömmliche Dampfturbine. Da sich das superkritische Kohlendioxid in einem geschlossenen Prozess befindet, wird kein CO2 freigesetzt. Unser Ziel ist es, Wärme besser zu nutzen als das heute der Fall ist und die Energieanlagen zu verkleinern. Gleichzeitig ist der Wirkungsgrad deutlich höher als bisher», so Prof. Uwe Gampe, Projektkoordinator an der TU Dresden.


Mit dem Bau der Versuchsanlage in Dresden-Rossendorf und der Entwicklung eines Demonstrators im Megawatt-Leistungsbereich werden wichtige Grundsteine für die Entwicklung praxistauglicher Energieanlagen auf Basis von superkritischem CO2 gelegt.
 

«Mit unseren experimentellen und numerischen Untersuchungen wollen wir noch offene wissenschaftliche und technologische Fragestellungen zu superkritischen Kohlendioxid-Prozessen beantworten. Dies betrifft das Strömungsverhalten und die Wärmeübertragung, Messtechniken, Materialfragen sowie effektive Regelungsstrategien», so Prof. Uwe Hampel, Inhaber der Professur für Bildgebende Messverfahren für die Energie- und Verfahrenstechnik der TU Dresden und Leiter der Abteilung für Experimentelle Thermofluiddynamik am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.

 


Weitere Informationen:
Im März 2019 wurde das «Superkritische Kohlendioxid-Lab» an der TU Dresden eröffnet. Das Forschungslabor bündelt Kompetenzen rund um superkritisches CO2. Es stellt eine Plattform für die interdisziplinäre Zusammenarbeit dar. Das Projekt CARBOSOLA und das suCOO-Lab sind Beispiele für die enge Kooperation der TU Dresden mit ausseruniversitären Forschungseinrichtungen. Vor wenigen Wochen wurde unter Beteiligung von Dresdner Wissenschaftlern die «European sCO2 Research & Development Alliance» in Paris gegründet. Das Netzwerk soll Wissenschaftler, Hersteller und Anwender auf europäischer Ebene zusammenbringen. Im Gegensatz zu den USA und Asien steht die sCO2-Technologie in Europa noch am Anfang.
 

 

Veranstaltungshinweise

 

Für eine solide Energieversorgung (Electrosuisse, Web)

Effiziente Energiespeicherung durch Aquiferspeicher (Blog)

Auf in die Energiezukunft (Blog)

WKK mit Mini-Blockheizkraftwerken, Wärme- und Stromversorgung mit Klein-Wärme-Kraft-Kopplung (Artikel, bulletin.ch)

Energie sinnvoll nutzen (Web, Electrosuisse)


Quelle: TU-Dresden
Fotos: TU-Dresden

 

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