Forschungsergebnis: Eisen kann klimaneutrale Energiesysteme ergänzen

Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben das Potenzial von Eisenpulver für die Speicherung und den Transport erneuerbarer Energien untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass Eisen ein klimaneutrales Energiesystem sinnvoll ergänzen kann.

Wissenschaftler des KIT haben in einer von der Stiftung Energieforschung Baden-Württemberg geförderten Studie erforscht, wie sich der Eisenkreislauf zur Stromerzeugung in einem klimaneutralen europäischen Energiesystem einsetzen lässt. Bei diesem Konzept wird Eisenpulver zu Eisenoxid verbrannt und anschließend von erneuerbarem Wasserstoff wieder zu Eisen reduziert. „Eisenpulver verhält sich in der Feuerung ganz ähnlich wie Kohle. Daher stellt sich in der Forschung die Frage, ob sich bestehende Kohlekraftwerke auf Eisenfeuerung umrüsten lassen“, beschreibt Julia Schuler vom Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion des KIT den Forschungsansatz.

Bei ihren Untersuchungen haben die Wissenschaftler ein etabliertes Energiesystemmodell erweitert und die Entwicklung des europäischen Energiesystems bis 2050 optimiert. Dabei konkurrierte der Eisenkreislauf mit anderen Technologien wie Batterien, Wasserstoffspeichern und Wasserstoffkraftwerken.

Eisen überzeugt als Langzeitspeicher

Die Ergebnisse zeigen: Eisen ersetzt die wasserstoffbasierte Stromerzeugung nicht, kann diese aber in einem klimaneutralen Energiesystem sinnvoll ergänzen. Insbesondere als Langzeitspeicher bietet Eisen nach Angaben der Wissenschaftler entscheidende Vorteile. So lasse sich das Pulver vergleichsweise einfach lagern und transportieren, während für den Einsatz von Wasserstoff ein aufwändiges Netz aus Pipelines, Importterminals und Untergrundspeichern notwendig sei. Erneuerbare Energien ließen sich mit Eisenpulver auch global mit geringerem infrastrukturellem Aufwand transportieren. Gleichzeitig könnten lokale Reduktionsanlagen Stromüberschüsse in Europa über den Zwischenschritt der Wasserstoffproduktion in Eisenpulver als speicherbaren Energieträger umwandeln.

Hohes Potenzial in Deutschland

Mit Eisenpulver befeuerte Kraftwerke zeigten sich in den Simulationen für Länder mit begrenzten Möglichkeiten zur Wasserkraftnutzung oder zur unterirdischen Speicherung von Wasserstoff als besonders attraktiv. Nach Einschätzung der Forscher kann Eisen in solchen Regionen dazu beitragen, Versorgungslücken während längerer Phasen geringer Stromerzeugung aus Wind- und Solaranlagen zu überbrücken. Wegen seiner vielen Kohlekraftwerke sei das Potenzial in Deutschland besonders hoch. Turbinen, Netzanschlüsse, Wärmenetze und weitere Teile der Infrastruktur könnten erhalten bleiben.

Eisen spart Kosten ein

Die Forschenden bewerteten es als ermutigendes Signal für die Weiterentwicklung der Technologie, dass die mit Eisenpulver befeuerten Kraftwerke über alle betrachteten Szenarien hinweg Bestandteil eines kostenminimalen Energiesystems waren. „Eisen könnte zukünftig eine spezifische, aber ökonomisch sinnvolle Rolle dabei spielen, Klimaneutralität zu erreichen und erneuerbare Energien zuverlässig verfügbar zu machen“, sagt Schuler. Ob tatsächlich eine neue „Eisenzeit“ anbricht, hänge maßgeblich davon ab, wie aufwändig die Umrüstung bestehender Kraftwerke sei und wie effizient sich Eisenoxid künftig wieder zu Eisen reduzieren lasse.