IEA AFC Annex 31: Natural iron ores for large-scale thermochemical hydrogen and energy storage (2022)
Bibliographische Daten
Bock S., Pauritsch M., Lux S., Hacker V.Herausgeber: Energy Conversion and Management Vol. 267, 2022
Englisch, 12 Seiten
Inhaltsbeschreibung
Eine stabile Energieversorgung erfordert den Ausgleich der Schwankungen in der Erzeugung von Energie durch die Umstellung auf erneuerbare Energiequellen. Kurzfristige aber auch saisonale Speichersysteme sind oft auf lokale geografische oder infrastrukturelle Gegebenheiten beschränkt. In dieser Studie wird die Anwendung kostengünstiger und reichlich vorhandener natürlicher Eisenerze für die Energiespeicherung mit kombinierter Wasserstoff- und Wärmeabgabe experimentell überprüft.
Die enthaltenen Eisenoxide werden mit Wasserstoff aus der Elektrolyse reduziert, um Energie in chemisch gebundener Form zu speichern. Die bedarfsgerechte Reoxidation setzt entweder reinen Wasserstoff oder Hochtemperaturwärme als wertvolle Produkte frei. Natürliche Eisenerze als Speichermaterial sind vorteilhaft, da die spezifischen Kosten im Vergleich zu synthetischen Materialien auf Eisenoxidbasis um eine Zehnerpotenz niedriger sind.
Geeignete Eisenerze wurden in der TG-Analyse und in einem 1-kW-Festbettreaktor getestet. Siderit, ein Karbonat-Eisenerz, erwies sich als vielversprechender Kandidat, da es deutlich niedrigere Reaktionstemperaturen und eine doppelt so hohe Speicherkapazität wie andere kommerzielle Eisenerze (z.B. Ilmenit) aufweist. Die spezifischen Speicherkosten liegen bei 80-150 $ pro MWh gespeichertem Wasserstoff, basierend auf den experimentellen In-situ-Tests. Die experimentell ermittelte volumetrische Energiespeicherkapazität für das Schüttgut betrug jeweils 1,7 bzw. 1,8 MWh m-3 für Wasserstoff und Wärmeabgabe. Das rohe Siderit-Erz war bei Betriebstemperaturen von 500-600 °C in In-situ-Lebensdauertests über 50 aufeinanderfolgende Zyklen stabil.
Die Kombination aus großem Vorkommen, niedrigem Preis und angemessener Kapazität kann somit zu sehr niedrigen spezifischen Energiespeicherkosten führen. Die Studie beweist, dass geeignete natürliche Eisenerze eine interessante wirtschaftliche Lösung für saisonale Energiespeichersysteme im großem Maßstab darstellen.