Für die Entwicklung einer Strom- und Wärmeproduktion, bei der Aluminium als «Brennstoff» verwendet wird, wurde das SPF Institut für Solartechnik mit dem Innovationspreis der Stiftung FUTUR ausgezeichnet.
Pressedienst
Seit zwei Jahren arbeiten die Forscher und Forscherinnen des SPF im Auftrag des Bundesamtes für Energie (BFE) an der Strom- und Wärmeproduktion aus Aluminium. Diese technische Antwort auf die Herausforderungen des Klimawandels soll in Zukunft Heizöl und Erdgas in Gebäuden überflüssig machen. Zusätzlich zum Wärmebedarf der Gebäude im Winter kann Aluminium gleichzeitig elektrische Energie liefern. Zusammen mit der solaren Wärme- und Stromgewinnung auf dem Dach und einer Wärmepumpe können so auch Gebäude, die nicht an ein Wärme- oder Erdgasnetz angebunden sind, im Winter vollständig mit vor Ort produzierter Energie beheizt und mit Strom versorgt werden. In der dafür nötigen Gebäudetechnik wird Aluminium als Energieträger genutzt.
Wieso ausgerechnet Aluminium?
Aluminium hat in ökologischen Kreisen keinen guten Ruf. Dies vor allem deshalb, weil zur Herstellung von Aluminium sehr viel elektrische Energie eingesetzt wird. Diese elektrische Energie geht jedoch bei der Herstellung nicht einfach verloren. Sehr viel Energie wird dabei in chemische Energie umgewandelt. Diese Energie steckt im hergestellten Aluminium drin und kann bei der Oxidation des Aluminiums wieder freigesetzt werden – um Gebäude zu heizen und mit Strom zu versorgen. Stammt die Energie für die Aluminiumproduktion aus erneuerbaren Quellen wie Solar- oder Windenergie, kann Aluminium als idealer Langzeitspeicher für umweltfreundliche Energie eingesetzt werden.
Im Labor verifizierter Prozess
Im Labor in Rapperswil-Jona haben die Forschenden des SPF Institut für Solartechnik einen Prototyp zur Strom- und Wärmeproduktion aus Aluminium aufgebaut. Auf der Basis von theoretischen Berechnungen konnten wie prognostiziert im Labortest aus 1 Kilogramm Aluminium 8,7 Kilowattstunden (kWh) Energie freigesetzt werden – das reicht zum Beispiel um etwa 450 Stunden lang aktiv an einem Laptop zu arbeiten, oder rund 9 durchschnittliche 4-Personen-Abendessen zu kochen. Da Aluminium eine Dichte von 2’700 Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m3) hat, entsprechen 8,7 kWh/kg einem volumetrischen Energiegehalt von 23,5 Megawattstunden pro Kubikmeter (MWh/m3). Mit anderen Worten: mit einem einzigen Würfel Aluminium von einem Meter Kantenlänge könnte man gleich zwei moderne Einfamilienhäuser ein ganzes Jahr lang heizen und mit Strom versorgen. Es braucht dafür weniger Volumen als für Heizöl, es stinkt nicht, und es wird dabei nicht nur der Wärmebedarf gedeckt, sondern auch der Bedarf an elektrischer Energie. Denn bei der Wärmeproduktion mit Aluminium entsteht als «Abfallprodukt» Wasserstoff, der sich via Brennstoffzelle in elektrischen Strom umwandeln lässt.
Hohes Potenzial zur Reduktion von Treibhausgasen
Die Produktion von Wärme und Strom nicht nur im Sommer, sondern auch im Winter vollständig auf der Basis von erneuerbaren Energien zu bewerkstelligen, ist wohl mit Abstand die grösste Herausforderung der Energiewende. Dies insbesondere dann, wenn im Winter nicht auf Importe aus dem Ausland zurückgegriffen werden soll. Hier erscheint das Forschungsprojekt an der OST Ostschweizer Fachhochschule als grosse Hoffnung, denn es bietet eine einfache und basierend auf aktuellen Berechnungen auch kostengünstige Lösung für dieses Problem. Als Bonusnutzen ist die Lösung zudem unabhängig von Wärme- oder Erdgasnetzen.
Aluminium reagiert darüber hinaus nicht mit gängigen Stoffen aus der Umwelt, so dass es sehr sicher gelagert und transportiert werden kann. Voraussetzung für eine effektive Reduktion von Treibhausgasemissionen durch den Einsatz von Aluminium als Energieträger ist jedoch, dass das Aluminium ausschliesslich mit erneuerbarer Energie hergestellt wird. Davon kann man, Stand heute, ausgehen, wenn Aluminium aus Produktionsstätten in Island oder Kanada eingesetzt wird, die Energie aus Wasserkraft verwenden. Bei Aluminium beispielsweise aus China oder Russland wäre dies heutzutage jedoch nicht der Fall.
Eine weitere Reduktion der CO2-Emissionen bei der Herstellung von Aluminium wird in wenigen Jahren erwartet: Die Industrie hat angekündigt, dass sie den traditionellen Herstellungsprozess, bei dem Kohleelektroden eingesetzt und zu CO2 umgewandelt werden, durch Prozesse mit Inert-Elektroden ersetzen wird. In diesem neuen Prozess entstehen praktisch keine Treibhausgase mehr. Anstelle von CO2 wird Sauerstoff freigesetzt.
FUTUR-Preis und wie weiter?
Der Gewinn des Hauptpreises der Stiftung FUTUR Ende August 2020 mit einem Wert von 10’000 CHF ist eine schöne Auszeichnung, die das Team am SPF sehr freut und es anspornt, die Technik der Strom- und Wärmeproduktion aus Aluminium weiter zu erforschen und daraus ein Produkt zu entwickeln, das Öl- und Gasheizungen in Gebäuden ersetzen kann.
