Die Versuchsanlage füllt einen ganzen Raum. Kein Wunder: Sie ist weltweit die größte ihrer Art. Im Innern wird Kalk gebrannt. Das feinkörnige Pulver wird aus einem Silo in Edelstahlrohren an einer feststehenden Hitzequelle vorbeigeführt. Die heizt den Kalk auf. Ab etwa 450 Grad Celsius läuft eine chemische Reaktion ab: Der Kalk, fachmännisch Calciumhydroxid, gibt Wasserdampf ab. Dadurch wird aus gelöschtem Kalk gebrannter Kalk, der einen großen Teil der Wärmeenergie speichert. Die Reaktion funktioniert auch umgekehrt. Wird dem gebrannten Kalk wieder Wasser oder Wasserdampf zugesetzt, wird er schlagartig heiß. Das Prinzip des Kalklöschens ist seit Jahrhunderten bekannt, wird aber bisher nicht thermisch genutzt. Im Institut für Technische Thermodynamik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln zeigt Matthias Schmidt, dass das Prinzip funktioniert: Wärmeenergie in Kalk zu speichern.

Den Prozess der Wärmeabgabe und -aufnahme kann der Maschinenbau-Ingenieur beliebig oft wiederholen, denn der Kalk wird dabei nicht verbraucht. Das Material hat aber noch weitere Vorteile. "Kalk ist kostengünstig, überall verfügbar und wird in industriellem Maßstab abgebaut", erklärt der Wissenschaftler. "Die chemische Reaktion ist ökologisch unbedenklich, denn sie beruht nur auf Kalk und Wasser." Nach seiner Einschätzung fokussiert die Energiewende hin zu einer nachhaltigen Versorgung zu einseitig auf Technologien zur Stromerzeugung, während die regenerative Wärmebereitstellung bisher eine untergeordnete Rolle spielt. "Dabei macht Wärme etwa 70 Prozent des Endenergiebedarfs in deutschen Haushalten aus", argumentiert er. "Daraus resultieren rund 25 Prozent der gesamtdeutschen CO2-Emissionen."

Energie- und Werkstoffforschung unter einem Dach

Der Kalkspeicherreaktor steht im Gebäude des CeraStorE (Competence Center for Ceramic Materials and Thermal Storage in Energy Research). Dort entwickeln fachübergreifende Teams aus mehreren DLR-Instituten neue Werkstoffe und Speichersysteme, die sie in Großforschungsanlagen auf ihre Machbarkeit überprüfen. Matthias Schmidt und seine Kolleginnen und Kollegen arbeiten an der Schnittstelle von Forschung und Anwendung. Für die Wärmespeicherung mit Kalk sieht der Projektleiter zwei industrielle Einsatzbereiche: in solarthermischen Kraftwerken als mögliche Alternative zu  Flüssigsalzspeichern und in temperaturintensiven Herstellungsprozessen wie zum Beispiel in der Stahl-, Glas- oder Keramikindustrie. Dort entsteht Hochtemperaturabwärme, die ungenutzt entweicht. Würde sie einbehalten, zwischengelagert und später in der Produktion wiederverwendet, könnten große Energiemengen und somit Kosten eingespart werden.

Bis die Technologie tatsächlich anwendungsreif ist, sind allerdings schwierige Fragen zu klären. Besonderes Kopfzerbrechen bereitet den Forschern die Bewegung des Kalkpulvers durch den Wärmeübertrager. "Wir haben mechanische Förderschnecken vorgesehen, man kann Pulver aber auch pneumatisch fördern", erläutert Matthias Schmidt. "Die beiden Fördermöglichkeiten vergleichen wir hinsichtlich ihrer Effizienz." Außerdem untersuchen sie, wie sich die Zu- und Abfuhr des Reaktionsgases aus dem feinkörnigen Kalkpulver heraus optimieren lässt.

Wärmevorrat für den Winter

Derzeit nimmt Matthias Schmidt eine neue, wesentlich kleinere Versuchsanlage in Betrieb. Innerhalb von drei Jahren wollen die Forscher daraus einen voll funktionsfähigen Demonstrator entwickeln. Dahinter steckt die Idee, das System auch für private Haushalte nutzbar zu machen. Wird gebrannter Kalk mit Wasser gelöscht – statt wie im industriellen Maßstab mit Wasserdampf –, erhitzt sich das Material nur auf rund 200 Grad. Für Heizung oder Warmwasser ist das völlig ausreichend. "In Zeiten von Netzüberlastungen könnte mit überschüssigem Strom aus der hauseigenen Photovoltaikanlage Kalk gebrannt werden", sagt der 33-Jährige. Hauseigentümer würden selbst erzeugten Strom demnach im Keller einlagern. Nach den Sommermonaten wäre der Kalktank ausreichend gefüllt, um den Wärmebedarf eines modernen Einfamilienhauses für das ganze Jahr zu decken. Wer im Winter daraus Wärme erzeugt, spart nicht nur kräftig Heizkosten, sondern schont auch die Umwelt.


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