Eisenpulver als Langzeitspeicher: Umgerüstete Kohlekraftwerke könnten Ökostrom über Wochen puffern

Wenn Wind und Sonne über Wochen zu wenig Strom liefern, fehlt es der Energiewende bislang an einfachen Langzeitspeichern. Ein Team des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) schlägt dafür einen ungewöhnlichen Kandidaten vor: feines Eisenpulver. In einer im Fachjournal Chem Circularity veröffentlichten Studie haben die Forschenden erstmals umfassend durchgerechnet, welche Rolle ein Eisenkreislauf in einem klimaneutralen europäischen Stromsystem spielen könnte.

Das Prinzip ist ein geschlossener Kreislauf ohne Kohlendioxid. Verbrennt man Eisenpulver, entstehen Wärme und Eisenoxid — gewöhnlicher Rost. Mit erneuerbarem Wasserstoff lässt sich dem Rost der Sauerstoff wieder entziehen, sodass reines Eisenpulver zurückbleibt, das erneut verfeuert werden kann. „Das funktioniert in einem Kreislauf ohne Kohlendioxidemissionen oder umweltschädliche Substanzen", sagt Julia Schuler vom Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion des KIT.

Entscheidend für die Praxis ist ein Detail: Eisenpulver verhält sich in der Feuerung ähnlich wie Kohle. Bestehende Kohlekraftwerke ließen sich deshalb umrüsten, statt sie stillzulegen. Angepasst werden müsste vor allem der Wärmeerzeuger; Dampfkreislauf, Turbinen, Generator und Netzanschluss könnten erhalten bleiben. Für Deutschland mit seinen vielen Kohlemeilern sei das Potenzial daher besonders groß.

Ergänzung statt Ersatz für Wasserstoff

Um den Nutzen abzuschätzen, erweiterte das Team das etablierte Energiesystemmodell PERSEUS um umgerüstete Kraftwerke, Reduktionsanlagen sowie Speicher- und Transportwege und optimierte damit das europäische Energiesystem bis 2050. Der Eisenkreislauf trat dabei gegen Batterien, Wasserstoffspeicher und Wasserstoffkraftwerke an. Das Ergebnis: Eisen ersetzt die wasserstoffbasierte Stromerzeugung nicht, kann sie aber sinnvoll ergänzen — vor allem als saisonaler Langzeitspeicher.

Sein Vorteil liegt in der einfachen Handhabung. Während Wasserstoff Pipelines, Importterminals und unterirdische Speicher braucht, lässt sich Eisenpulver in gewöhnlichen Lagern und Containern aufbewahren und per Schiff über weite Strecken transportieren. So könnte Solarstrom aus Wüsten oder Windstrom von den Küsten mit geringem Aufwand dorthin gelangen, wo er gebraucht wird. Besonders attraktiv seien Eisenkraftwerke in Ländern mit wenig Wasserkraft oder geringen Möglichkeiten, Wasserstoff unterirdisch zu speichern; dort helfen sie, Versorgungslücken zu überbrücken und die Wasserstoffinfrastruktur zu entlasten.

Als ermutigendes Signal werten die Autorinnen und Autoren, dass eisenbefeuerte Kraftwerke in allen betrachteten Szenarien Teil der kostengünstigsten Lösung waren. Ob eine neue „Eisenzeit" tatsächlich anbricht, hängt laut Studie davon ab, wie aufwendig die Umrüstung ausfällt und wie effizient sich Rost künftig wieder zu Eisen reduzieren lässt. Das erweiterte Modell PERSEUS-PtX ist mitsamt Code und Daten öffentlich und frei für nichtkommerzielle Zwecke verfügbar.