„nachhaltige technologien 04 | 2024"

ANZEIGE Theoretisch 100 Prozent Effizienz Die Effizienzen für die Wärmepumpe und Wärme- kraftmaschine lassen sich über den Carnot'schen Wirkungsgrad ausdrücken. In einer idealen Welt wür- de sich bei einer Carnot-Batterie ein Wirkungsgrad von 100 Prozent einstellen (siehe Bild links unten). Natürlich stoßen wir in der Praxis auf Herausforde- rungen, die in idealen thermodynamischen Zyklen nicht auftreten. Die Maschinen in einer Carnot-Batte- rie sind in der Realität nicht zu 100 Prozent effizient. Zudem sind Temperaturunterschiede zwischen dem thermodynamischen Zyklus und dem Wärmespeicher nötig, um das System zu be- und entladen. Aus die- sem Grund liegen die realistischen Effizienzen von Carnot-Batterien deutlich niedriger, im Bereich von 40 bis 70 Prozent. Aktuelle Projekte und Fallstudien Die Idee der Carnot-Batterie ist keineswegs neu; sie wurde vor über 100 Jahren von Marguerre patentiert. Erste Demonstrationen und Versuche zur Kommerzi- alisierung wurden bereits in den frühen 2000-er Jah- ren, beispielsweise von Unternehmen wie Isentropic und Siemens Gamesa, unternommen. Wie auf einem internationalen Workshop für Carnot- Batterien in Stuttgart (IWCB, 24.-25. September 2024) zu sehen war, sind die Forschungen und Entwicklun- gen in vollem Gange. Die aktuellen Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten konzentrieren sich auf die Verbesserung der Effizienz, die Reduktion der Kosten und die Integration in bestehende Energiesysteme. Zur Kostenreduktion werden verschiedene Konzepte mit direkt-elektrischen Heizungen demonstriert. Diese werden etwa an der Technischen Hochschule Mittelhessen, am Solar-Institut Jülich und am Na- tional Renewable Energy Laboratory (NREL, USA) entwickelt. Als weiterer Ansatz zur Kostenreduktion werden zur Be- und Entladung reversible Maschinen untersucht, die sowohl als Wärmepumpen als auch als Wärmekraftmaschinen fungieren. Eine Möglich- keit dafür stellt der Einsatz einer doppeltwirkenden Kolbenmaschine dar. Die Universität Liège unter- sucht aktuell den Einsatz einer reversiblen Maschine im Haushaltssektor, während Unternehmen wie Synchrostor an der Kommerzialisierung der Techno- logie im Megawatt-Maßstab arbeiten. Ein weiteres Projekt wurde vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) durchgeführt. Die dort entwickelte Carnot-Batterie basiert auf dem Prinzip der kompri- mierten Wärmespeicherung (CHEST – Compressed Heat Energy Storage). Das Besondere an diesem System ist die Kombination aus einem latenten und sensiblen Wärmespeicher 1 sowie einem patentier- ten Dual-Tube-Wärmetauscher, der eine optimale Integration der Wärmepumpen- und Wärmekraftma- schinenprozesse ermöglicht. Die wachsende Zahl an