Innovativer Energiespeicher nutzt CO₂ als Speichermittel

Kohlenstoffdioxid-Emissionen gelten als Hauptverursacher des Klimawandels. Mit der Umstellung auf Erneuerbare soll der Ausstoß des Klimagases verringert werden. Ausgerechnet dieses Gas soll nun dabei helfen, die Energiewende voranzutreiben: Das italienische Start-Up Energy Dome entwickelt derzeit einen klimafreundlichen CO₂-Energiespeicher, bei dem das Treibhausgas als Speicherstoff zum Einsatz kommt.

Die Grundidee ist einfach: Muss bei Stromüberschuss Energie gespeichert werden, wird mit vorhandenem Strom CO₂ verdichtet, verflüssigt und unter Druck gelagert. Der Speicher ist geladen. Wenn Strom benötigt wird, wird das CO₂ in seine Grundform zurückgeführt. Die bei der Ausdehnung entstehende Druckluft treibt eine Turbine an, die wiederum Strom erzeugt.

Mit der Technologie des CO₂-Energiespeichers kombiniert Energy Dome somit vor allem Aspekte von bereits bekannten Speichertechnologien miteinander: So nutzen die Entwickler vor allem das Prinzip von so genannten kryogenen Energiespeichern (auch Liquid Air Energy Storage, LAES). Dabei wird Luft unter extremen Temperaturen verflüssigt und gespeichert – und im Fall des italienischen Start-ups auf CO₂ angewendet. Außerdem greifen sie die Funktionsweise von Druckluftspeichern (Compressed Air Energy Storage, CAES) sowie Thermalspeichern auf: Luft wird unter Druck verdichtet und gespeichert während Wärme, die beim Prozess entsteht gespeichert wird.

Kuppelspeicher basiert auf Biogas-Anlagen

Namensgebend für das Unternehmen ist der kuppelförmige „Dome“ – der CO₂-Speicher. Hier wird das Gas gelagert, wenn der Energiespeicher gerade nicht aufgeladen ist. Dafür muss der Druck für die Speicherung konstant gehalten werden. Feste Behälter, beispielsweise aus Stahl, wären hier ungeeignet, da eine Entnahme oder Hinzugabe von Gas zu einer ständigen Veränderung des Drucks führen würde. Das Innere der Kuppel kann sich deshalb in der Form flexibel an die Füllmenge anpassen und damit diese Druckunterschiede ausgleichen. Eine Technik, die schon lange genutzt wird, zum Beispiel beim Betrieb von Biogasanlagen.

„Genau das ist Energy Domes großer Vorteil. Wir wollen so schnell wie möglich marktreif sein. Alles, was wir nutzen, basiert deshalb auf bereits existierenden Technologien. Alle unsere Teammitglieder haben jahrelange Erfahrungen in der Energiebranche und lassen ihre gesamte Expertise in das Projekt einfließen “, erklärt Claudio Spadacini, CEO und Gründer von Energy Dome.

Ein neuer Ansatz für bereits bestehende Technologien

Die Kombination der bekannten Elemente macht dann die Innovation des Projekts aus, wie die Funktionsweise zeigt: Beim Auflade-Prozess des Speichers wird das CO₂ durch mächtige Pumpen aus der Kuppel entnommen und in einem Kompressor unter Druck verdichtet. Dabei entsteht auf natürliche Weise sehr viel Wärmeenergie. Die Abwärme von etwa 350 Grad Celsius wird in thermischen Energiespeichersystemen mithilfe von kleinen Stahlpartikeln gespeichert. Durch den hohen Druck wandelt sich das CO₂ zu sogenanntem „überkritischen“ CO₂ um – ein Zustand, indem es sich verflüssigen kann. Deshalb läuft es zum Schluss noch durch einen Kondensator und kann anschließend im flüssigen Zustand in den dafür vorgesehenen Behältern gespeichert werden.

Wird die Energie wieder benötigt, kehrt sich der Prozess um. Dafür fließt das verflüssigte CO₂ durch einen Verdampfer, der es gasförmig macht und mithilfe der gespeicherten Abwärme erhitzt. Dabei dehnt es sich gewaltig aus, so dass es einen Turbogenerator antreiben kann. Das CO₂ wird dann zurück in die Kuppel geführt und für den nächsten Gebrauch gelagert.

Es handelt sich also um einen in sich geschlossenen Zyklus, bei dem kein CO₂ ausgestoßen wird. Die Kuppel benötigt lediglich eine einzige Füllung des Gases. „Momentan suchen wir auch nach Möglichkeiten, das CO₂ von Unternehmen zu beziehen, die sich mit der Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoffdioxid befassen. Es wäre schön, wenn wir das System mit komplett „grünem“ oder „blauem“ Kohlenstoffdioxid befüllen könnten“, so der Gründer des Unternehmens.

Energy Dome plant, künftig Anlagen mit einem modularen und frei skalierbaren System zu bauen. Hier können Betreiber zwischen 10 MW oder 25 MW Kompressoren auswählen. Die Moduleinheiten für die Speicher liegen zwischen 50 und 200 MWh. Eine Anlage mit 25 MW und 200 MWh könnte Strom für etwa acht Stunden speichern und wäre damit gut für die Nutzung an Windkraft- oder Solaranlagen außerhalb dicht bebauter Flächen geeignet – denn der Komplex benötigt viel Fläche für den Kuppelbau.

Marktreife bereits für 2022 geplant

Mit seinem CO₂-Speicher verfolgt Energy Dome einen ambitionierten Zeitplan. Obwohl die Firma erst im Januar 2020 ihren Betrieb aufgenommen hat, plant sie, bereits 2022 kommerziell mit ihrer Technik auf den Markt zu gehen und erste Anlagen für Kunden zu bauen. Davor soll eine erste Pilotanlage mit einer Leistung von 2,5 Megawatt (MW) und einer Speicherkapazität von vier Megawattstunden (MWh) zu Demonstrationszwecken auf der italienischen Insel Sardinien entstehen und im ersten Quartal 2022 in Betrieb gehen. „2,5 MW ist die kleinste Einheit, um die Technik in großem Maße zu demonstrieren. Ist die Demonstration erfolgreich, kann die Anlage weiter in Betrieb bleiben und Einnahmen generieren“,  erklärt Claudio Spadacini.