Energie: Heißer Stein

Regenerative Energiequellen wie Wind und Sonne sind eigensinnig. Sie liefern Strom, wann es ihnen passt – und selten zu der Zeit, wenn in Haushalten und Industrie die Schalter auf „An“ gestellt werden. Je größer der Anteil erneuerbarer Energien am Strommix wird, desto wichtiger werden Energiespeicher. Bereits seit Jahren nutzt man überschüssigen Strom, um etwa Wasser in höhergelegene Speicherbecken zu pumpen. Bei Bedarf lässt man das Wasser zurückströmen und dabei Turbinen antreiben, die wiederum Strom erzeugen. Nun haben Forscher eine preiswerte Möglichkeit gefunden, um auch Wärme zu speichern, wie sie in solarthermischen Kraftwerken oder in Biogasanlagen entsteht: Sie lagern die Hitze in Beton.

Der Prototyp eines solchen Wärmespeichers steht auf dem Gelände des Instituts für Technische Thermodynamik am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart. Entwickelt wurde der Hightech-Betonklotz gemeinsam mit dem Bauunternehmen Züblin. „In dem Betonblock befinden sich Rohrleitungen aus Stahl, durch die ein spezielles Öl zirkuliert, das 400 Grad Celsius heiß ist“, erklärt der DLR-Forscher Rainer Tamme. Das Öl gibt seine Wärme an den Baustoff ab, wo sie mehrere Stunden lang erhalten bleibt. Um sie wieder zu gewinnen – etwa dann, wenn sich eine Wolke vor eine solarthermische Anlage schiebt – schicken die Ingenieure kühles Öl durch den Block, wo es sich erwärmt.

Die Versuchsanlage wird allerdings nicht mit Sonnenwärme beheizt. „Dafür scheint die Sonne in den hiesigen Breiten zu unregelmäßig“, sagt Tamme. Das Konzept sei eher für südliche Länder gedacht. Um ihre Versuche ohne Zwangspausen zu absolvieren, erwärmen die Stuttgarter Forscher daher ihren Klotz mittels Strom aus der Steckdose.

Die Hitze fordert den Beton enorm. Normalerweise ist der Baustoff für Temperaturen zwischen minus 30 und plus 50 Grad Celsius ausgelegt. Der Spezialbeton muss deutlich mehr aushalten und obendrein ständige Temperaturwechsel. Das schafften zwar auch andere Werkstoffe, doch keiner sei so preiswert wie Beton, sagt Tamme: „Schließlich muss das Speichern billiger sein als das erneute Aufwenden von Energie, um Wärme zu erzeugen. Sonst lohnt es sich nicht.“

Der Versuchsspeicher hat eine Leistung von 400 Kilowattstunden – etwa 15-mal so viel wie normale Heißwasserspeicher haben, die in Einfamilienhäusern montiert sind. „Um in großen Kraftwerken eingesetzt zu werden, muss die Leistung noch gut 100-mal größer sein“, sagt Tamme. Zunächst wollen die Ingenieure ein Modul konstruieren, das rund 15-mal so viel schafft wie der Testblock. „Diese Module kann man dann wie Legosteine zusammensetzen, um eine vernünftige Speicherleistung zu erzielen.“

Die Betonklötze sollen aber nicht nur solarthermische Kraftwerke im Süden unterstützen, sondern auch heimische Blockheizkraftwerke, die sowohl Wärme als auch Strom erzeugen. Das Problem bisher: Um die Gebäudetemperatur für die Tagesnutzung zu erhöhen, springen diese Anlagen in den frühen Morgenstunden an und erzeugen dabei Strom. Doch der wird zu dieser Zeit kaum benötigt. Wärmespeicher könnten das Starten der kleinen Kraftwerke verzögern – damit Strom dann erzeugt wird, wenn er gebraucht wird.