Verfahrenstechnik 7-8/2021

VERFAHRENSTECHNIK IM

VERFAHRENSTECHNIK IM ALLTAG I SERIE Abwärme nutzen Nachhaltige Stromerzeugung mit niedrigen Temperaturen Niedertemperaturwärme, wie sie als Abwärme in der Industrie entsteht, bietet große Potenziale für eine nachhaltige und bedarfsgerechte Stromversorgung. Mit dem Kraftwerkstechnikum MoNiKa (Modularer Niedrigtemperaturkreislauf Karlsruhe) ist am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) eine europaweit einzigartige Forschungsinfrastruktur in Betrieb gegangen. Autorin: Dr. Jutta Witte, Journalistenbüro Surpress, Tübingen Mit Blick auf eine möglichst CO 2 -arme und energieeffiziente Stromerzeugung hat Niedertemperaturwärme in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. „Statt Wärme, die ohnehin als Überschuss vorhanden ist, in die Umgebung abzuführen, ist es sinnvoller, sie weiter zu nutzen und damit Strom zu produzieren“, erklärt Dr. Dietmar Kuhn, Leiter der Arbeitsgruppe Energie- und Verfahrenstechnik am Institut für Thermische Energietechnik und Sicherheit (Ites) des KIT. Um Wärme von unter 200 °C für die Versorgung von Privathaushalten zu verstromen, kommen sogenannte ORC-Anlagen zum Einsatz. Sie basieren auf dem Organic-Rankine-Cycle. Hierbei handelt es sich um einen Flüssig-Dampf-Kreislauf, bei dem ein Fluid im Kreis gepumpt und unter Druckerhöhung aufgeheizt wird, bis es verdampft. Der heiße Dampf wird über eine Turbine geführt, die ihm den Druck und die Temperatur wieder entzieht und in Bewegungsenergie und Strom verwandelt. Im Technikum MoNiKa arbeiten die Experten mit Propan als Medium, das bei hoher Leistungsfähigkeit einen sehr niedrigen GWP-Faktor aufweist, der das Treibhauspotenzial angibt (GWP: Global Warming Potential). Strategien für die Effizienzsteigerung Bislang liegt der Wirkungsgrad, das heißt die Stromausbeute aus Wärmeüberschüssen, bei ORC-Anlagen bei nur 10 bis 15 %. Zentrales Ziel der Karlsruher Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen ist es deswegen, neue Strategien für die Effizienzsteigerung von ORC-Anlagen zu entwickeln und deren CO 2 -Fußabdruck zu senken. So wird im Technikum der Dampfkreislauf anders als in den meisten ORC- Kraftwerken überkritisch betrieben. Das heißt: Mit Blick auf Temperatur, Druck und Dichte wird der sogenannte „kritische Punkt“ überschritten, an dem ein Gas flüssig wird und umgekehrt, und die Phasenübergänge werden fließend. „Damit können wir die Stromausbeute um 20 bis 30 % erhöhen“, sagt Kuhn. Das modular aufgebaute Technikum verfügt über eine Heizanlage, die die Niedertemperaturwärmequelle simuliert. Eine umfangreiche Sensorik für die Messung von Temperaturen, Drücken und Durchflüssen ermöglicht es, Daten aus dem laufenden Betrieb mit Modellrechnungen zu vergleichen und so die Prognose qualität zu erhöhen. Auf dieser Basis wollen die Forschenden zentrale Komponenten wie den Wärmeübertrager oder den Hybrid-Kondensator analysieren und so optimieren, dass sie energieeffizienter und umweltschonender arbeiten. Ziel ist unter anderem auch, Leckagen im Arbeitskreis zu reduzieren oder ganz zu vermeiden. MoNiKa erreicht eine thermische Leistung von 1 MW und damit eine Größenordnung, mit der die erzielten Forschungsergebnisse gut auf die Praxis übertragen und skaliert werden können. Foto: KIT www.monika.kit.edu 42 VERFAHRENSTECHNIK 07-08/2021 www.verfahrenstechnik.de

VORSCHAU IM NÄCHSTEN HEFT: 09/2021 ERSCHEINUNGSTERMIN: 09. 09. 2021 • ANZEIGENSCHLUSS: 25. 08. 2021 01 02 03 04 01 Hygienisches Design sorgt für hohe Produktsicherheit (Foto: Lödige) 02 I/O-Rangiersystem unterstützt Flexibilität in der Prozesstechnik (Foto: Phoenix Contact) 03 Gleitschieberventile optimieren Dampfübergabe im Chemiepark (Foto: Schubert & Salzer) 04 Retrofit-Lösung erneuert SPS-Steuerungen in der Nahrungsmittelindustrie (Foto: Staveb) (Änderungen aus aktuellem Anlass vorbehalten) Der direkte Weg Internet: www.verfahrenstechnik.de E-Paper: digital.verfahrenstechnik.de Redaktion: redaktion@verfahrenstechnik.de www.verfahrenstechnik.de VERFAHRENSTECHNIK 07-08/2021 43