Im Projekt PEGASUS wird ein neuartiger Prozess zur Stromerzeugung erforscht, der solarthermische Kraftwerke (Concentrated Solar Power, CSP) mit einem Schwefelspeicher kombiniert, um einen grundlastfähigen 24-Stunden-Betrieb zu realisieren.
Forschende testen den Solarreaktor mithilfe der größten künstlichen Sonne der Welt
Synlight ist der DLR Hochleistungsstrahler des Instituts für Future Fuels und kann mit 149 Strahlern eine 10.000-fache Lichtintensität, wie sie von der Sonne auf die Erde scheint, erzeugen.
Effektive und ökonomische Langzeitspeicherung von Solarenergie ist essenziell, um fossile Kraftwerke vollständig durch erneuerbare Energiequellen zu ersetzen. In diesem Zusammenhang untersucht das europäische Forschungsprojekt PEGASUS einen neuartigen Prozess zur Stromerzeugung, der solarthermische Kraftwerke (Concentrated Solar Power, CSP) mit einem Schwefelspeicher kombiniert, um einen grundlastfähigen 24-Stunden-Betrieb zu realisieren.
Schwefel ist einer der bedeutendsten Rohstoffe der chemischen Industrie, der zur Herstellung von Schwefelsäure (weltweite Produktionsrate von mehr als 100 Mio. Tonnen pro Jahr) benötigt wird. Daher ist die Handhabung von Schwefel, Schwefelsäure und ihrer Spaltprodukte sehr gut bekannt und ein industrielles Standardverfahren. Die Innovation des eingeführten Schwefelspeicher-Kreislaufs ist es, konventionelle Anlagen zur Schwefelsäureherstellung mit CSP-Kraftwerken zu kombinieren (siehe nachfolgendes Prozessschema).
Vereinfachte Darstellung des Schwefelspeicherkreislaufs
Solarthermische Anlagen mit Schwefelproduktion lassen sich insbesondere in sonnenreichen Gebieten effektiv betreiben. Der dabei gewonnene Schwefel kann im Anschluss problemlos in sonnenärmere Regionen transportiert werden.
In diesem Prozess ist Schwefel der Brennstoff eines Grundlastkraftwerks, das Strom und Schwefeldioxid (SO2) Gas erzeugt. Das SO2 wird mit Wasser gemischt und in einem innovativen Disproportionierungsreaktor zu frischem Schwefel und verdünnter Schwefelsäure umgewandelt. Die Lagerung dieser Produkte ist ein Standardverfahren der chemischen Industrie: Schwefel wird einfach auf einer Halde gesammelt und Schwefelsäure in geeigneten Tanks gelagert. Die Aufkonzentrierung und Spaltung der Schwefelsäure wird mittels konzentrierter Solarstrahlung durchgeführt, um zusätzliches SO2 für die Disproportionierung zu Schwefel zu erzeugen. Im Solarbetrieb wird der Schwefelspeicher gefüllt und der Schwefelsäuretank geleert, während bei Nachtbetrieb oder wolkigem Wetter der Schwefel verbrannt und Schwefelsäure erzeugt wird. Zusammenfassend wird also erneuerbarer Grundlaststrom mit konstanter Produktionsrate erzeugt, während Schwefelsäure und Schwefel als Energieträger dienen und im Kreis geführt werden.
Das Projekt PEGASUS wird durch die Innovation and Networks Executive Agency (INEA) der europäischen Kommission kofinanziert und dabei administrativ und technisch vom DLR koordiniert. Projektpartner sind das griechische Forschungsinstitut APTL/CERTH (Entwicklung von Katalysatormaterialien), die deutsche Forschungsuniversität KIT (Expertise im Bereich Verbrennung), das polnische Unternehmen Baltic Ceramics (Herstellung hochentwickelter Keramiken), die italienische Firma Processi Innovativi (Kraftwerksentwicklung und -bau) und das israelische Unternehmen BrightSource (Entwicklung und Bau von CSP-Solarkraftwerken).
Ko-gefördert durch das Horizon 2020 Rahmenprogramm der Europäischen Union
Credit:
European Union
Im Rahmen des Projekts soll der vom DLR entwickelte solare Zentrifugalreceiver mit seinem integrierten thermischen Speicherkonzept mit einem neu entwickelten Wanderbett-Partikelreaktor für die Schwefelsäurespaltung verbunden werden. Der Demonstrationsbetrieb dieser Pilotanlage ist für das letzte Projektjahr in der DLR Großanlage Synlight geplant. Für den Solarreceiver werden innovative und katalytisch aktive Partikel entwickelt werden, um den chemischen Umsatz des Reaktors zur Schwefelsäurespaltung zu erhöhen. Darüber hinaus wird ein hochentwickelter Schwefelbrenner für die Stromerzeugung in einem Gas- und Dampfturbinen (GuD) Kraftwerk ausgelegt, konstruiert und im Labormaßstab getestet. Zusätzlich zu den experimentellen Arbeiten werden alle relevanten Anlagenteile detailliert modelliert, der Prozess als Ganzes simuliert und eine techno-ökonomische Studie durchgeführt, um das zukünftige Potential der Technologie zu bewerten.
Projekt
PEGASUS
Laufzeit
1.11.2016 - 30.6.2021
Projektbeteiligte
DLR - Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (Germany)
APTL/CERTH - Aerosol and Particle Technology Laboratory, Chemical Process and Energy Resources Institute, Centre for Research and Technology Hellas (Greece)
KIT - Karlsruher Institut für Technologie (Germany)
