{"id":11051,"date":"2024-09-05T15:52:51","date_gmt":"2024-09-05T15:52:51","guid":{"rendered":"https:\/\/ifit.ch\/?p=11051"},"modified":"2026-05-29T15:10:22","modified_gmt":"2026-05-29T15:10:22","slug":"fester-h%e2%82%82-speicher-die-loesung-fuer-den-campus","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ifit.ch\/?p=11051","title":{"rendered":"Fester H\u2082-Speicher \u2013 die L\u00f6sung f\u00fcr den Campus"},"content":{"rendered":"\n

ETH Z\u00fcrich verwendet eine reversible Methode, um Wasserstoff H\u2082 sicher und langfristig zu speichern.<\/h3>\n\n\n\n

Bis 2050 soll Photovoltaik \u00fcber 40 Prozent des Schweizer Strombedarfs decken. Doch Solarstrom fliesst nicht immer dann, wenn man ihn braucht: Im Sommer gibt es zu viel davon und im Winter, wenn die Sonne seltener scheint und W\u00e4rmepumpen auf Hochtouren laufen, zu wenig. Gem\u00e4ss der Energiestrategie des Bundes will die Schweiz die Winterstroml\u00fccke mit einer Kombination aus Importen, Wind- und Wasserkraft sowie durch alpine Solaranlagen und Gaskraftwerke schliessen.<\/p>\n\n\n\n

Eine M\u00f6glichkeit, den Anteil der Importe und von Gaskraftwerken im Winter m\u00f6glichst klein zu halten, ist die Produktion von Wasserstoff aus g\u00fcnstigem Solarstrom im Sommer, der dann im Winter verstromt werden k\u00f6nnte. Doch Wasserstoff ist hochentz\u00fcndlich, extrem fl\u00fcchtig und macht viele Materialien spr\u00f6de. Um das Gas vom Sommer bis in den Winter zu speichern, sind spezielle Druckbeh\u00e4lter und K\u00fchltechniken erforderlich. Diese ben\u00f6tigen viel Energie und der Bau der Speicheranlagen ist aufgrund der vielen Sicherheitsvorkehrungen sehr teuer. Zudem sind Wasserstofftanks nie ganz dicht, was die Umwelt belastet und zus\u00e4tzliche Kosten verursacht.<\/p>\n\n\n\n

Wendelin Stark, ETH-Professor f\u00fcr funktionale Materialien am Departement Chemie und Angewandte Biowissenschaften, haben nun eine neue Speichertechnik entwickelt, um Wasserstoff saisonal zu speichern. Diese Art der Speicherung ist viel sicherer und g\u00fcnstiger als bestehende L\u00f6sungen. Dazu nutzen die Forschenden eine bekannte Technologie und das vierth\u00e4ufigste Element der Erde: Eisen.<\/p>\n\n\n\n

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Fig. 1 (a) Mismatch between the annual PV production and electricity demand in Switzerland in 2017. The production and demand are both normalized to their annual average values, corresponding to a future situation where production and demand are equal (100% on the horizontal axis in b). (b) Self-sufficiency in winter (defined as the time duration that solar PV and storage could cover the electricity need from Dec to Feb) as a function of installed PV capacity. Three cases are presented: no storage; with day\u2013night storage (e.g.<\/em> batteries in households); and with both day\u2013night and seasonal storage (detailed calculation in ESI Notes 2\u20133\u2020<\/a>). (c and d) Schematic representation of iron-based seasonal energy storage. => Safe seasonal energy and hydrogen storage in a 1\u2009:\u200910 single-household-sized pilot reactor based on the steam-iron process.<\/a><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n\n\n\n\n

Um Wasserstoff effizienter zu speichern, st\u00fctzen sich Prof. Stark und sein Team auf das Eisen-Dampf-Verfahren<\/a>, das bereits seit dem 19. Jahrhundert bekannt ist. Wenn in den Sommermonaten zu viel Solarstrom vorhanden ist, kann damit Wasser aufgespalten werden, um Wasserstoff zu erzeugen. Dieser Wasserstoff wird dann in einen 400 Grad Celsius heissen Edelstahlkessel geleitet, der mit nat\u00fcrlichem Eisenerz gef\u00fcllt ist. Dort entzieht der Wasserstoff dem Eisenerz \u2013 das chemisch nichts anderes ist als Eisenoxid \u2013 den Sauerstoff, wodurch elementares Eisen und Wasser entstehen.<\/p>\n\n\n\n

\u00abDieser chemische Prozess gleicht dem Aufladen einer Batterie. So kann die Energie des Wasserstoffs fast verlustfrei \u00fcber lange Zeit als Eisen und Wasser gespeichert werden\u00bb, erkl\u00e4rt Prof. Stark. Wird die Energie im Winter wieder ben\u00f6tigt, drehen die Forscher den Prozess um: Sie leiten heissen Wasserdampf in den Kessel, wodurch aus dem Eisen und Wasser wieder Eisenoxid und Wasserstoff entstehen. Der Wasserstoff kann dann in einer Gasturbine oder Brennstoffzelle in Strom oder W\u00e4rme umgewandelt werden. Um f\u00fcr den Entladevorgang m\u00f6glichst wenig Energie zu brauchen, wird die Abw\u00e4rme der Entladereaktion genutzt, um den Wasserdampf zu erzeugen [siehe folgende Graphik].<\/p>\n\n\n\n

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Der Lade- und Entladeprozess der Speichertechnologie. (Grafik: ETH Z\u00fcrich)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Billiges Eisenerz trifft teuren Wasserstoff<\/h4>\n\n\n\n

\u00abDer grosse Vorteil der Technologie ist, dass das Ausgangsmaterial Eisenerz einfach und in grossen Mengen zu beschaffen ist. Zudem m\u00fcssen wir es nicht einmal aufbereiten, bevor wir es in den Kessel geben\u00bb, sagt Prof. Stark. Die Forscher gehen zudem davon aus, dass man weltweit grosse Eisenerz-Speicher bauen k\u00f6nnte, ohne den Weltmarktpreis von Eisen substanziell zu beeinflussen.<\/p>\n\n\n\n

Die Verwendung von Wasserstoff hat jedoch auch einen Nachteil: Seine Herstellung und Umwandlung sind im Vergleich zu anderen Energietr\u00e4gern ineffizient, da dabei bis zu 60 Prozent der Energie verloren geht. Wasserstoff ist daher als Speichermedium vor allem dann interessant, wenn gen\u00fcgend Wind- oder Solarstrom vorhanden ist und andere Optionen nicht in Frage kommen. Dies ist vor allem bei industriellen Verfahren der Fall, die nicht elektrifiziert werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

Auch der Kessel, in dem die Reaktion stattfindet, muss keine besonderen Sicherheitsauflagen erf\u00fcllen. Er besteht aus nur sechs Millimeter dicken Edelstahlw\u00e4nden. Die Reaktion l\u00e4uft unter normalem Druck ab und die Speicherkapazit\u00e4t steigt mit jedem Zyklus. Der Kessel mit Eisenoxid kann f\u00fcr beliebig viele Speicherzyklen wiederverwendet werden, ohne dass man das Eisenoxid austauschen muss. Ein weiterer Vorteil der Technologie ist, dass die Forscher die Speicherkapazit\u00e4t leicht vergr\u00f6ssern k\u00f6nnen. Man muss nur gr\u00f6ssere Kessel bauen und mehr Eisenerz einf\u00fcllen. Alle diese Vorteile machen die Speichertechnologie sch\u00e4tzungsweise rund zehn Mal g\u00fcnstiger als bestehende Verfahren.<\/p>\n\n\n\n

Die Verwendung von Wasserstoff hat jedoch auch einen Nachteil: Seine Herstellung und Umwandlung sind im Vergleich zu anderen Energietr\u00e4gern ineffizient, da dabei bis zu 60 Prozent der Energie verloren geht. Wasserstoff ist daher als Speichermedium vor allem dann interessant, wenn gen\u00fcgend Wind- oder Solarstrom vorhanden ist und andere Optionen nicht in Frage kommen. Dies ist vor allem bei industriellen Verfahren der Fall, die nicht elektrifiziert werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

Pilotanlage am Campus H\u00f6nggerberg<\/h4>\n\n\n\n

Die technische Machbarkeit der Speichertechnologie haben die Forschenden anhand einer Pilotanlage am Campus H\u00f6nggerberg demonstriert. Diese besteht aus drei 1,4 Kubikmeter grossen Edelstahlkesseln, die die Forschenden mit jeweils zwei bis drei Tonnen am Markt erh\u00e4ltlichen, unbehandeltem Eisenerz gef\u00fcllt haben.<\/p>\n\n\n\n

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Der 1,4 Kubikmeter grosse Edelstahlkessel am Campus H\u00f6nggerberg fasst zwei bis drei Tonnen unbehandeltes Eisenerz. (Bild: ETH Z\u00fcrich)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

\u00abDie Pilotanlage kann langfristig rund zehn Megawattstunden [MWh<\/a>] Wasserstoff speichern. Je nachdem wie man den Wasserstoff in Strom umwandelt, werden daraus vier bis sechs Megawattstunden Strom\u00bb, erkl\u00e4rt Samuel Heiniger, Doktorand in der Forschungsgruppe von Prof. Wendelin Stark. Dies entspricht dem Strombedarf von drei bis f\u00fcnf Schweizer Einfamilienh\u00e4usern in den Wintermonaten. Die Anlage l\u00e4uft aktuell noch mit Strom aus dem Netz und nicht mit dem auf dem Campus H\u00f6nggerberg gewonnenen Solarstrom.<\/p>\n\n\n\n

Das soll sich bald \u00e4ndern: Bis 2026 wollen die Forscher die Anlage ausbauen und ein F\u00fcnftel des Strombedarfs des ETH Campus H\u00f6nggerberg<\/a> im Winter mit eigenem Solarstrom aus dem Sommer decken. Daf\u00fcr w\u00e4ren Kessel mit einem Volumen von 2\u2019000 Kubikmeter n\u00f6tig, die rund vier Gigawattstunden [GWh<\/a>] gr\u00fcnen Wasserstoff speichern k\u00f6nnen. Nach seiner Umwandlung in Strom w\u00fcrde der gespeicherte Wasserstoff rund zwei Gigawattstunden Strom liefern. \u00abDiese Anlage k\u00f6nnte als saisonaler Energiespeicher einen kleinen alpinen Stausee ersetzen. Zum Vergleich: Dies w\u00e4re etwa ein Zentel der Kapazit\u00e4t des Pumpspeicherkraftwerkes Nant de Drance\u00bb<\/strong>, sagt ETH-Professor Stark. Zudem w\u00fcrden bei der Entladung zwei Gigawattstunden W\u00e4rme anfallen, die die Forscher in das Heizungssystem des Campus\u2019 integrieren wollen.<\/p>\n\n\n\n

Weitere Hinweise und Quellen<\/h3>\n\n\n\n