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Verflüssigte Luft könnte Autos antreiben und Energie aus Sonne und Wind speichern
Einige Ingenieure entstauben eine alte Idee zur Energiespeicherung: Strom zu verwenden, um Luft zu verflüssigen, indem sie auf fast 200 °C unter Null heruntergekühlt wird. Wenn Strom benötigt wird, kann sich die verflüssigte Luft erwärmen und ausdehnen, um eine Dampfturbine und einen Generator anzutreiben.
Kühllager: Der Tank auf der rechten Seite hält auf extrem niedrige Temperaturen gekühlte Luft, bei der es sich eher um eine Flüssigkeit als um ein Gas handelt. Wenn es warm werden darf, dehnt es sich aus und kann im Container links eine Dampfturbine antreiben.
Das Konzept wird von einer Handvoll Unternehmen evaluiert, die verflüssigten Stickstoff produzieren, um Energie aus intermittierenden erneuerbaren Energiequellen zu speichern. Verflüssigte Luft könnte auch zum Antrieb von Kolben in Motoren von emissionsarmen Fahrzeugen verwendet werden.
Eine Firma, Highview Stromspeicher of London, hat 18 Millionen US-Dollar aufgebracht und eine Pilotanlage gebaut, die flüssige Luft verwendet, um Strom aus dem Netz zu speichern. Highview hat sich zusammengetan mit Messer , dem großen Industriegasunternehmen, um die Entwicklung der Technologie zu unterstützen. Wenn alles gut geht, kann die britische Regierung die Entwicklung einer größeren Anlage finanzieren, die ihre wirtschaftliche Lebensfähigkeit beweisen könnte. Inzwischen hat das Ingenieurbüro Richard entwickelt zwei Arten von Motoren, die flüssigen Stickstoff verwenden könnten, basierend auf der Technologie eines Highview Power-Spinoffs namens Dearman Engine.
Speicher für das Stromnetz werden mit zunehmender Nutzung erneuerbarer Energien immer wichtiger. Kurzfristig können Erdgaskraftwerke und schnell reagierende Speichertechnologien wie Batterien das Netz stabil halten (siehe Windkraftanlagen, Batterie inklusive, können Stromversorgungen stabil halten). Aber wenn erneuerbare Energien einen sehr großen Umfang erreichen oder wir den Einsatz von fossilen Ersatzkraftwerken reduzieren wollen, werden Technologien benötigt, die Strom für Stunden oder Tage speichern können.
Bei diesem Bemühen sind die Kosten der Schlüssel. Wenn wir uns Energiespeichermechanismen ansehen, suchen wir nach etwas, das auf extrem kostengünstigen Materialien und sehr einfachen Prozessen basiert, die wir in großen Mengen durchführen können, sagt Haresh Kamath , Programmmanager für Energiespeicher bei der Forschungsinstitut für elektrische Energie . Und das passt auf jeden Fall.
Die Idee stammt aus den 1890er Jahren, als ein Erfinder namens Charles Tripler erklärt dass er eine sehr kostengünstige Methode entwickelt hatte, um Luft abzukühlen, bis sie flüssig wurde. Er zeigte auch, dass mit der verflüssigten Luft eine Dampfmaschine betrieben werden kann. Tripler erhielt damals viel Aufmerksamkeit in der Presse und konnte viel Geld aufbringen, um die Technologie auf den Markt zu bringen. Es schließlich wurde deutlich , jedoch vor allem nach Investoren ihre Hemden verloren , dass er die Vorteile seines Ansatzes übertrieben habe. Seitdem wurde der Prozess der Luftverflüssigung deutlich effizienter und der Bedarf an neuen Energiespeichern erforderte einen zweiten Blick.
Der Prozess von Highview Power ist 50 bis 60 Prozent effizient – die flüssige Luft kann etwas mehr als halb so viel Strom liefern, wie für ihre Herstellung benötigt wird. Batterien hingegen können mehr als 90 Prozent effizient sein. Aber das neue Verfahren kann seine Ineffizienz wettmachen, indem es Abwärme aus anderen Prozessen nutzt (siehe Audi zu Kraftstoff mit Solarstrom herstellen). Highview hat bewiesen, dass Niedertemperatur-Abwärme aus Kraftwerken oder sogar Rechenzentren genutzt werden kann, um die verflüssigte Luft aufzuwärmen. Das System kann auch Jahrzehnte halten, während Batterien in der Regel alle paar Jahre ausgetauscht werden müssen. Diese Langlebigkeit könnte dazu beitragen, die Gesamtkosten zu senken.
Mehrere Unternehmen entwickeln Wege, um die Effizienz der Druckluft zu verbessern, was auch den Verflüssigungsprozess effizienter machen könnte (siehe LightSail Energy Snags 37M in Funding and Compressed-Air System Could Aid Wind Power). Verflüssigte Luft hat eine etwa viermal höhere Energiedichte als Druckluft und benötigt weniger Platz, um sie in großem Umfang zu speichern.
Flüssige Luft könnte sich auch in Autos und Lastwagen als nützlich erweisen. Ein Erfinder namens Peter Dearmann hat ein kompaktes System entwickelt, das sich nicht auf große Wärmetauscher verlässt, sondern Frostschutzmittel verwendet, das in die Brennkammer eines Motors eingespritzt wird, um Wärme zu recyceln, die ansonsten verschwendet würde. Er baute einen baufälligen Prototyp und zeigte, dass er es kann ein Auto antreiben . Ricardo arbeitet an einer Version, die irgendwann kommerzialisiert werden könnte.
Flüssige Luft speichert Energie in etwa der Dichte von Nickel-Metallhydrid-Batterien und einigen Lithium-Ionen-Batterien, wie sie heute in Hybrid- und Elektroautos verwendet werden. Aber es hat einen entscheidenden Vorteil – es kann viel schneller in einen Kraftstofftank gefüllt werden als eine Batterie aufgeladen werden kann, sagt Andrew Atkins , ein leitender Technologe bei Ricardo. Der Motor würde mit flüssigem Stickstoff betrieben – im Wesentlichen flüssiger Luft ohne Sauerstoff – und würde nur Stickstoff emittieren. Die mit dem Motor verbundenen Kohlenstoffemissionen würden von der Energiequelle abhängen, die zur Verflüssigung des Stickstoffs verwendet wird. Ricardo entwickelt auch einen Dieselmotor, der mit flüssigem Stickstoff angereichert wird, um seinen Wirkungsgrad um etwa 50 Prozent zu verbessern.