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An einer vielversprechenden neuen Methode des Speicherns von Wärme arbeitet der Chemiker
Christian Knoll. Er wird nun mit dem Fehrer-Preis der TU Wien ausgezeichnet.
Wien (tu) - Es ist eines der großen technischen Probleme unserer Zeit: Wie kann man Energie effizient
speichern und weiterverwenden? Eine mögliche Lösung kommt aus der Chemie. Unter Zufuhr von Energie lässt
man eine chemische Reaktion ablaufen, das dabei entstandene Material wird gelagert, bis man die Reaktion rückgängig
macht und die gespeicherte Energie dabei in Form von Hitze wieder abgegeben wird. So lässt sich etwa Abwärme
in großen Industrieanlagen aufbewahren und später weiterverwenden. Für seine Arbeit an dieser neuen
Technologie wird Christian Knoll (Institut für Angewandte Synthesechemie und Institut für Verfahrenstechnik,
Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften) nun mit dem Dr. Ernst Fehrer-Preis der TU Wien ausgezeichnet.
Chemische statt physikalische Speicher
Es gibt viele Möglichkeiten, Wärme zu speichern. „Das einfachste Konzept kennen wir vom Heißwasserspeicher
zu Hause, der mit Nachtstrom aufgeheizt wird. Wenn er gut isoliert ist, kann man die Energie tagsüber nutzen
– doch ein laufender Verlust ist dabei unvermeidlich“, sagt Christian Knoll. „Auch spezielle physikalische Energiespeicher,
bei denen die Kristallisationswärme beim Phasenübergang zwischen fest und flüssig genutzt wird,
gibt es bereits – doch chemische Energiespeicher, wie wir sie entwickeln, sind bisher noch nicht verfügbar.“
Dabei ist die Grundidee ganz einfach: Man nutzt eine chemische Reaktion, die nur unter Zufuhr von Energie in Form
von Wärme abläuft, speichert die Produkte und lässt die Reaktion zu einem späteren Zeitpunkt
umgekehrt ablaufen. „Wir haben lange analysiert, welche Substanzen dafür am besten geeignet wären“, sagt
Christian Knoll. „Schließlich konnten wir einige vielversprechende Kandidaten finden, einer davon ist Kalzium-Oxalat
Monohydrat.“
Wasser abspalten und wieder hinzufügen
Bei großer Hitze lässt sich von diesem Material Wasser abspalten, übrig bleibt Kalzium-Oxalat.
Diese Substanz kann man dann – sofern man es nicht mit Wasser in Berührung bringt – problemlos über längere
Zeit aufbewahren. Fügt man dann wieder Wasserdampf hinzu, entsteht Wärme, die man dann wieder nutzen
kann. Es ist sogar möglich, die Reaktion bei einer höheren Temperatur ablaufen zu lassen, als man ursprünglich
zugeführt hat.
Das könnte ein wichtiger Schritt in Richtung Effizienzsteigerung und Verringerung des CO2-Ausstoßes
sein: „Denken wir etwa an eine Ziegelbrennerei, wo man die Abwärme des Brennvorgangs chemisch speichern könnte,
bis man sie später wieder braucht – zum Beispiel zum Trocknen der nächsten Charge an Ziegeln.“ Mit verschiedenen
Analysemethoden hat Christian Knoll den Prozess genau untersucht. Wesentlich war nicht zuletzt die Frage, ob das
Material imstande ist, eine große Zahl von Ladungs- und Entladungsprozessen zu überstehen. Das Ergebnis
ist vielversprechend: „Wir konnten über hundert Zyklen ablaufen lassen und haben keine Verschleißerscheinungen
festgestellt – nicht einmal unter dem Elektronenmikroskop“, sagt Knoll.
Auch andere Substanzen hat Christian Knoll untersucht, darunter auch Metalloxide. Sie könnten für Solarkonzentrator-Kraftwerke
interessant sein, bei denen aus der gebündelten Energie der Sonne elektrischer Strom erzeugt wird. Naturgemäß
können solche Kraftwerke immer nur tagsüber Strom liefern – doch mit einer passenden Wärmespeichertechnik
ließe sich aus einer Überproduktion an Wärme auch nachts noch Nutzen generieren. Das Energiespeicherpotenzial
dieser Technik ist hoch: In einem Kilogramm dieses Materials lässt sich so viel Energie speichern, wie man
benötigt, um ungefähr acht Liter Wasser von Zimmertemperatur zum Siedepunkt zu erhitzen.
Fehrer-Preis
Christian Knoll stammt aus Wien, er begann 2008 mit seinem Chemie-Studium an der TU Wien, danach arbeitete er unter
Anleitung von Prof. Peter Weinberger und Prof. Michael Harasek an seiner Dissertation. Das Forschungsprojekt „SolidHeat“,
an dem verschiedene Forschungsgruppen der TU Wien gemeinsam arbeiten, ist freilich noch lange nicht vorbei: „Wir
wissen nun, dass das Grundkonzept funktioniert, jetzt geht es darum, einen passenden, effizienten Reaktor zu entwickeln.
Die Arbeiten dafür laufen bereits“, sagt Christian Knoll.
Am 6. Dezember wird Christian Knoll vom Rektorat der TU Wien mit dem Dr. Ernst Fehrer-Preis ausgezeichnet. Dieser
Preis wurde von Dr. Rosemarie Fehrer gestiftet, der Witwe des Erfinders und Industriellen Dr. Ernst Fehrer. Der
Preis wird jährlich für besondere technische Forschungsleistungen mit praktischer Anwendbarkeit vergeben.
Überreicht wird er in diesem Jahr von der Stifterin persönlich.
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