Technologien
Adiabate Flüssigluftspeicher
Bei adiabaten Flüssigluftspeichern (ALAES) wird durch die Speicherung und Wiedereinkopplung der Kompressionsabwärme eine erhebliche Wirkungsgradverbesserung (Speicherwirkungsgrad 50-65%) und lokale Emissionsfreiheit erreicht.
Aluminium-Luft-Batterien
Aluminium-Luft-Batterien sind als Primärbatterien (nicht wiederaufladbar) durchaus bekannt und weisen eine sehr hohe Energiedichte auf. Mit der Möglichkeit des Wiederaufladens und einer Verbesserung der Selbstentladung könnte ein großer Sprung in der Batterietechnik gelingen.
Alternative Wärmequellen im Bayer-Verfahren
Das Bayer-Verfahren - die Hauptmethode zur Raffination von Bauxit zu Aluminiumoxid (der Input für das Schmelzen von Aluminium) - erfordert Wärme und Dampf von 100 bis 250°C, die derzeit mit fossilen Brennstoffen geliefert werden. Aktuell werden in Versuchsanlagen Solarthermie-Systeme und die Abwärme von Biomasse-Verbrennungsanlagen als alternative Wärmequellen erprobt.
Steckbrief: Alternative Wärmequellen im Bayer-Verfahren (pdf, 429.45 kB)
Drohnen-Windenergiesysteme
Windkraftanlagen, bei denen die Stromgewinnung durch Flugbewegung von Drohnen erfolgt, wobei sich durch das Kabel anstelle eines Turms größere "Erntehöhen" erzielen lassen, die wiederum deutlich höhere Windgeschwindigkeiten und damit mehr Stromoutput bedeuten.
Elektrolyseure für Kalzinierungsprozesse
Die Kalzinierung von Kalkstein ist ein Schlüsselprozess der Zementherstellung. Derzeit wird ein Verfahren entwickelt, um Calciumcarbonat in einem Elektrolyseur elektrochemisch in Calciumhydroxid umzuwandeln, wobei ein konzentrierter CO2/O2-Dampf und Wasserstoff erzeugt werden. Das Calciumhydroxid kann dann in Calciumsilikate umgewandelt werden, die für Zement in einem Ofen benötigt werden.
Steckbrief: Elektrolyseure für Kalzinierungsprozesse (pdf, 584.2 kB)
Untergrund-Energiespeicher
Mit dem vermehrten Einsatz von witterungsabhängigen Energietechnologien steigt auch der Speicherbedarf, um das Energieangebot mit der aktuellen Nachfrage abgleichen zu können. Ein abgeschlossener Untergrund-Wasserkörper kann hierbei zum Beispiel als natürlicher Wärmespeicher dienen. Gibt es zusätzlich die Möglichkeit, Druckluft (verflüssigt oder nicht) in entsprechenden Mengen einzulagern, ist die Errichtung einen adiabaten Druckluftspeichers naheliegend.
Graphen-Akku - Graphene Supercaps
Graphen-Akkus sind wesentlich leichter als herkömmliche Akkus, da viel weniger Kohlenstoff verwendet werden muss, um dieselbe Leitfähigkeit zu erreichen. Durch die dünnere Beschichtung der Elektroden haben Graphen-Akkus eine längere Lebensdauer. Darüber hinaus können mit Graphen angereicherte Akkus sehr viel schneller geladen werden.
Steckbrief: Graphen-Akku - Graphene Supercaps (pdf, 516.1 kB)
Kalina-Prozess
Die Niedertemperaturverstromung (~ 100° C) ist durch die Nutzung von Geothermie wieder mehr in den Fokus gerückt. Der Kalina-Prozess, der als Weiterentwicklung des ORC-Prozesses verstanden werden kann, kann hier einen Wirkungsgrad von rund 15 % erzielen – also in etwa dem Doppelten eines ORC-Prozesses.
Lichtbogenöfen für Industrie-Anwendungen
Plasma-Lichtbogenöfen sind spezielle Lichtbogenöfen. Diese Öfen werden heute in einigen Anwendungen verwendet, hauptsächlich bei der Verbrennung gefährlicher Abfälle und der Verarbeitung einiger Metalle (z. B. Titan, Wolfram). Die Technologie bietet die Möglichkeit, an andere Hochtemperatur-Wärmeprozesse angepasst zu werden, die derzeit schwer zu elektrifizieren sind, wie z. B. die Herstellung von Zement und Aluminiumoxid.
Steckbrief: Lichtbogenöfen für Industrie-Anwendunge (pdf, 548.9 kB)
Mikrobielle Brennstoffzellen
Mikrobielle Brennstoffzellen können zur Stromgewinnung oder auch zur Wasserstoffproduktion genutzt werden. Bei üblicherweise geringeren Betriebstemperaturen als bei konventionellen Brennstoffzellen ergibt sich ein sehr ähnliches Funktionsprinzip.
Perowskit-Solarzelle
Eine Dünnschicht-PV-Technologie auf Nicht-Siliziumbasis, die Perowskit verwendet, ein Mineral, das sehr gut Licht absorbiert. Im Labor wurden Wirkungsgrade von 25 % erreicht, aber bisher nur bei kleinen Zellflächen. Bemühungen, ähnliche Wirkungsgrade zu erzielen, waren bisher nicht erfolgreich. Perowskit-Solarzellen leiden auch noch unter einer geringen Haltbarkeit.
Strohdämmung
Stroh (und auch andere nachwachsende Rohstoffe) eignen sich hervorragend als Dämmstoff, sind allerdings durch Industriedämmstoffe wie EPS und XPS fast vollständig verdrängt worden. Versuche zeigen, dass das Brandverhalten, Fäulnis und Insektenbefall keine Probleme darstellen, dennoch will sich die breite Anwendung nicht (wieder) einstellen.
Tiefen-Geothermie
Tiefengeothermische Anlagen nutzen die im Untergrund in etwa 1.500 m bis 5.000 m Tiefe vorhandene Wärme (Temperaturen über 60°C) zur Bereitstellung von Wärme und/oder zur Erzeugung von Strom. Obwohl innovative Erschließungskonzepte wie das „Enhanced Geothermal System" (EGS; auch Hot Dry Rock Verfahren genannt) ein erhebliches Potenzial aufweisen, können EGS Verfahren lokal Erdstöße auslösen (z.B. bei dem Deep-Heat-Mining Projekt in der Schweiz mit einer Stärke von bis zu 3,5 Punkten auf der Richter Skala).
Torrefizierte Biomasse
In einem Pyrolyse-Verfahren (Sauerstoffausschluss) bei relativ geringen Temperaturen (250-300° C) wird Biomasse umgewandelt, wodurch bei dieser die Energiedichte erhöht wird. Dafür wird rund 10 % des Energieinhalts der Biomasse im Verfahren benötigt. Diese "Holzkohle 2.0" lässt sich besser lagern und transportieren als unbehandelte Biomasse Pellets und verbrennt auch sauberer als die Biomasse direkt, da diese Stoffe bereits bei der Pyrolyse umgewandelt werden.
Turbinen mit superkritischem Kohlendioxid
Das System der scCO2 hat ein großes Potential für eine hohe Effizienz, da hohe Temperaturunterschiede möglich sind. Die hohe Dichte und volumenbezogene Wärmekapazität von scCO2 im Vergleich zu anderen Arbeitsflüssigkeiten ergeben eine höhere Energiedichte, folglich kann die Größe der meisten Systemkomponenten wie der Turbine und der Pumpe signifikant verkleinert werden, was zu kleineren Anlagen-Fußabdrücken und Investitionskosten führt.
Steckbrief: Turbinen mit superkritischem Kohlendioxid (pdf, 497.1 kB)
Wasserstoff in der Zementindustrie
Klinkeröfen benötigen Hochtemperaturwärme und werden normalerweise mit fossilen Brennstoffen betrieben. Die Eigenschaften von Wasserstoff reichen nicht aus, um den Bedarf an fossilen Brennstoffen vollständig ersetzen könnte. In einer Machbarkeitsstudie von 2019 wurde festgestellt, dass eine Kombination aus 70 % Biomasse, 20 % Wasserstoff und 10 % Plasmaenergie die CO2-Emissionen fossiler Brennstoffe aus der Zementherstellung eliminieren kann.
Steckbrief: Wasserstoff in der Zementindustrie (pdf, 449 kB)
Windinduzierte aeroelastische Effekte
Aufgrund eines unterschiedlichen Strömungsverhaltens auf den Seiten eines Körpers wirkt auf diesen eine Kraft, die bei entsprechender Anordnung zu einer selbsterregten Schwingung führen kann. Diese Schwingung kann für eine eher geringe Stromgewinnung in Inselsystemen genutzt werden.
Steckbrief: Windinduzierte aeroelastische Effekte (pdf, 388.2 kB)
Intermediate Pyrolyse
Pyrolyse ist eine thermochemische Konversionsmethode von organischen Roh- und Reststoffen. Dabei entstehen feste, flüssige und gasförmige Kohlenstoffprodukte, welche zur Energieerzeugung, als Wertstoff und zur CO2 Speicherung verwendet werden können. Dementsprechend ist Pyrolyse eine Kopplungstechnologie für diverse Sektoren Energie – Kreislaufwirtschaft - CO2 Negativ-Emission.