Die Suche nach nachhaltigen und effizienten Energieträgern ist ein zentrales Thema in der aktuellen Forschung zur Energiewende. Eine vielversprechende Innovation könnte das Element Eisen darstellen, das sich als chemischer Energiespeicher etablieren könnte. Laut einer Studie des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) könnte Eisen in Zukunft eine bedeutende Rolle in der globalen Energieversorgung spielen, insbesondere im Zusammenspiel mit Wasserstoff. Diese neue Perspektive könnte die Art und Weise verändern, wie wir erneuerbare Energien nutzen und speichern.
In der vorgeschlagenen Methode wird Eisenpulver als Energieträger eingesetzt, indem es in einem geschlossenen Kreislaufsystem CO2-neutral verbrannt wird. Bei diesem Prozess entsteht Eisenoxid, auch bekannt als Rost, der anschließend mithilfe von erneuerbarem Wasserstoff zurück in Eisen umgewandelt wird. Der dabei entstehende Sauerstoff wird entfernt, und das Eisenpulver kann danach erneut verwendet werden. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass sie ohne schädliche Emissionen auskommt und die Umwelt nicht belastet.
Ein wichtiger Aspekt dieser Technologie ist die Möglichkeit, verschiedene Arten erneuerbarer Energien zu integrieren. Ob Windkraft aus küstennahen Gebieten oder Solarenergie aus sonnenreichen Regionen – Eisen könnte als transportabler Energieträger fungieren und diese Ressourcen weltweit verfügbar machen. Julia Schuler, eine der Forscherinnen am KIT, betont, dass Eisenpulver in der Verbrennung ähnlich wie Kohle agiert, was die Frage aufwirft, ob bestehende Kohlekraftwerke leicht auf die Nutzung von Eisen umgebaut werden können. Hierbei wären vor allem Anpassungen im Wärmeerzeuger notwendig, während andere Komponenten wie Turbinen und Generatoren beibehalten werden könnten.
Im Rahmen eines Forschungsprojekts namens „Clean Circles“ haben Wissenschaftler des KIT eingehend untersucht, wie der Eisenkreislauf in ein klimaneutrales Energiesystem in Europa integriert werden kann. Mithilfe eines etablierten Energiesystemmodells (PERSEUS) wurde die Möglichkeit erforscht, Kohlekraftwerke umzurüsten und die Effizienz von Reduktionsanlagen sowie die Speicher- und Transportmöglichkeiten zu optimieren. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass Eisen zwar nicht als vollständiger Ersatz für die wasserstoffbasierte Stromerzeugung fungieren kann, jedoch eine sinnvolle Ergänzung darstellt.
Ein herausragender Vorteil von Eisenpulver ist seine Fähigkeit, als Langzeit- und flexibler Speicher zu fungieren. Im Gegensatz zu Wasserstoff, für dessen Nutzung ein umfangreiches Netzwerk aus Pipelines und Speichern benötigt wird, lässt sich Eisenpulver einfacher lagern und transportieren. Dies könnte die weltweite Verfügbarkeit erneuerbarer Energien erheblich verbessern. Beispielsweise könnten lokale Reduktionsanlagen in Europa überschüssigen Strom in Eisenpulver umwandeln, welches dann als speicherbarer Energieträger dient. Dies würde den Druck auf die Wasserstoffinfrastruktur verringern, insbesondere in Regionen, in denen die Kapazitäten an ihre Grenzen stoßen.
Die Simulationen haben gezeigt, dass Kraftwerke, die mit Eisenpulver betrieben werden, besonders in Ländern mit begrenzten Möglichkeiten zur Wasserkraft oder zur unterirdischen Speicherung von Wasserstoff eine attraktive Option darstellen. Diese Technologie könnte dazu beitragen, Versorgungsengpässe während Phasen geringer Stromproduktion aus Wind- und Solaranlagen zu überbrücken.
Darüber hinaus könnte Deutschland, mit seiner Vielzahl an Kohlekraftwerken, erhebliches Potenzial in der Nutzung des Eisenkreislaufs ausschöpfen. Die Infrastruktur, einschließlich Turbinen und Netzanschlüsse, könnte größtenteils erhalten bleiben, was die Umstellung auf eine nachhaltige Energieerzeugung erleichtern würde.
Die Forscher bewerten die Ergebnisse als ermutigend. Die mit Eisenpulver betriebenen Kraftwerke konnten in allen betrachteten Szenarien als Teil eines kosteneffizienten Energiesystems identifiziert werden. Es wird deutlich, dass Eisen eine spezifische, aber wirtschaftlich sinnvolle Rolle in der Erreichung von Klimaneutralität spielen könnte.
Ob die Welt tatsächlich in eine neue „Eisenzeit“ eintritt, hängt von verschiedenen Faktoren ab, insbesondere von der Effizienz der Umrüstung bestehender Kraftwerke und der Weiterentwicklung der Technologie zur Reduktion von Eisenoxid zurück zu Eisen. Die Forschung zu diesem Thema wird weiterhin intensiv fortgesetzt, um die vielfältigen Möglichkeiten, die Eisen als Energieträger bietet, vollständig auszuschöpfen.
