Schamotte, ein bronzeitliches Material für Stahl- und Zementproduktion
Material aus der Bronzezeit mit Hightechpotenzial: Schamotte. Mit ihr wurden schon vor rund 4000 Jahren Brennöfen ausgekleidet, der aus Tonmineralien hergestellte Stoff hält äusserst hohe Temperaturen aus. Laut einem US-Forschungsteam könnte man Schamotte auch für effiziente, mit grünem Strom betriebene Hochtemperatur-Wärmespeicher nutzen.
Quelle: Yasin Hemmati, Unsplash
Für die Zement- aber auch die Stahlproduktion (Symbolbild) braucht es äusserst hohe Temperaturen. Geht es nach einem Forschungsteam könnten Schamottsteine dafür sorgen, dass zum Beispiel die Herstellung von Stahl günstiger aber auch umweltfreundlicher wird.
Für die Herstellung von Glas, Stahl und Zement bedarf es enorm hoher Temperaturen, zum Teil von bis zu 1300 Grad Celsius. Erzeugt werden sie üblicherweise über die Verbrennung fossiler Rohstoffe, oft mit Erdgas. Auch mit Wind- und Solarstrom und mit Hilfe von Widerstandsheizungen wäre solches möglich. Allerdings hinge die Produktion dann vom Wetter ab. Ein Team der Universität von Stanford will dies ändern und dazu grünen Strom in Batterien speichern. Die Krux daran: Die Kosten sind hoch.
Hier kommt die Schamotte ins Spiel oder vielmehr die «Firebricks». Die Kunststeine bieten laut den Fachleuten beste Voraussetzungen, da sie über eine hohe Wärmespeicherkapazität verfügen und eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Das heisst, Schamottsteine können Energie in grossen Mengen speichern und sie lange halten, vor allem, wen sie sich in einem gut ebenfalls mit Schamotte isolierten Behälter befinden.
Schamott-Stapel und elektrisch erhitzte Luft
Konkret funktioniert die Technologie so: Zur Erhitzung der Schamottsteine wird elektrisch aufgeheizte Luft durch Kanäle innerhalb eines Schamotte-Stapels geleitet. Und zwar dann, wenn mehr Wind- und Solarstrom erzeugt als verbraucht wird. Dabei wirken die Steine als Pufferspeicher: Wird die Wärme benötigt, transportiert sie durchgeleitete Luft wieder ab, sodass sie in die Glas- oder Zementproduktion eingespeist werden kann. «Speichert man Energie in der Form speichert, die ihrem Endzweck am nächsten kommt, verringert man die Ineffizienz der Energieumwandlung», erklärt dazu Daniel Sambor, Postdoktorand am Institut für Bau- und Umwelttechnik.
Sambor hat zusammen mit seiner Forschungsgruppe die Auswirkungen der Verwendung von Schamottesteinen zur Speicherung von industrieller Prozesswärme in 149 Ländern untersucht, die in einer hypothetischen Zukunft im Jahr 2050 zu 100 Prozent auf erneuerbare Energien umgestiegen sind. Dazu haben die Wissenschaftler Kosten, Flächenbedarf, gesundheitliche Auswirkungen und Emissionen für zwei Szenarien mit Hilf von Computermodellen untersucht: Eines, bei dem 90 Prozent der industriellen Prozesswärme über Schamottesteine bereitgestellt werden, und eines, bei dem keine Schamottesteine verwendet werden.
«Dabei haben wir herausgefunden, dass Schamottesteine einen schnellen und kostengünstigen Übergang zu erneuerbaren Energien ermöglichen», sagt Mark Jacobson, der Sambors Doktorarbeit betreut hat. Diese Technik würde die Kapitalkosten der Industrie in diesen Ländern im Jahr 2050 um 1,27 Billionen Dollar pro Jahr senken. Die Speicherung von Energie in Schamottesteinen verursache nur ein Zehntel der Kosten, verglichen mit der Nutzung von Batterien. (mgt/mai)
Mitteilung der Universität von Stanford: https://sustainability.stanford.edu
