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Teil der Forschung: keramische Membrane, die Klimagas aus Abgasen filtern. Stabile, grobporöse Keramiken geben mechanische Festigkeit; dichte, feinporöse Keramiken dienen als Filter.
© FZ Jülich

Spitzentechnologie für die Spitzenlast

Gegenwärtig entstehen fast 60 Prozent des Stroms in Deutschland in Kraftwerken, die fossile Energieträger verbrennen. Im Jahr 2050 sollen es nur noch 20 Prozent sein. Zeitgleich soll der Stromverbrauch der Deutschen um ein Viertel sinken. Weltweit erwartet man dagegen stetig steigende Verbräuche. Prognosen schätzen, dass 2050 global zwischen der Hälfte und zwei Dritteln des Stroms fossile Quellen haben werden.  Die Bundesregierung möchte daher in den kommenden Jahren sowohl das Angebot hocheffizienter und emissionsarmer Technologien für den Weltmarkt unterstützen als auch mit einem flexiblen Kraftwerkspark den Ausbau der regenerativen Kraftwerke ermöglichen.  Das neue 6. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung beschreibt die Forschungsschwerpunkte für die kommenden Jahre.

Seit 2004 hat die Bundesregierung im Förderbereich „Kraftwerkstechnik und CCS-Technologien“ über 300 Projekte mit rund 180 Millionen Euro ermöglicht. CCS steht dabei für „Carbon Capture and Storage“ – zu Deutsch: „Abscheiden und Speichern von Kohlendioxid (CO2)“. Im Rahmen der Forschungs- und Entwicklungsinitiative-Initiative COORETEC (CO2-Reduktions-Technologien) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) werden in den kommenden Jahren  bewährte und neue strategische Zielsetzungen verfolgt. Dr. Arne Höll betreut im BMWi  die Energieforschung für fossile Kraftwerke: „Moderne und zukunftsfähige Kraftwerke sind komplexe Systeme, in denen Hochtechnologien – wie Gasturbinen, Hochleistungswerkstoffe oder Anlagen zur Reduktion von Schadstoffemissionen – zusammen wirken. Die Entwicklung solcher Kraftwerke soll mit COORETEC weiter vorangebracht werden. Dabei geht es nicht nur um die Entwicklung der Komponenten, sondern um den Gesamtprozess mit höherer Energieeffizienz, verbesserter Flexibilität und reduzierten Schadstoffemissionen. Auch die Integration der Kraftwerke in das Energieversorgungssystem von morgen setzt hohe Anforderungen. Das betrifft die Einbindung in neue Netzstrukturen und das Zusammenspiel mit Speichertechnologien, aber auch das Aufrechterhalten der Systemstabilität bei dezentraler und volatiler Stromereinspeisung.“

Neue Struktur für COORETEC

Die Aktivitäten der COORETEC-Initiative werden durch einen Beirat mit Vertretern aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik begleitet. Der Beirat erarbeitet forschungsstrategische Empfehlungen und verfolgt den Fortschritt der Forschungsarbeiten. Neben den nationalen Forschungsprojekten werden auch europäische und internationale Aktivitäten berücksichtigt. Thematisch gliedert sich die COORETEC-Initiative in vier Arbeitsgruppen. Neben den COORETEC-Arbeitsgruppen, deren Fokus auf der Entwicklung und Optimierung von Kraftwerksprozesse liegt, gibt es als thematischen Verbund die „AG Turbo“, die sich der Komponentenentwicklung für Turbomaschinen widmet. Die „AG Turbo“ als Verbund aus Herstellerfirmen, Universitäten und Forschungseinrichtungen soll die erfolgreichen Arbeiten der letzten Jahre fort.

Vier strategisch wichtige Förderfelder

Die künftigen Maßnahmen des Förderschwerpunktes „Kraftwerkstechnik und CCS-Technologien“ werden sich entsprechend der vier Arbeitsgruppen auf vier Schwerpunkte konzentrieren.

1. Dampfkraftwerke: Neue Materialien für Dampftemperaturen von 700 °C und Drücken bis 350 bar; Testen neuer Materialien in Langzeitversuchen, die 30.000 Stunden und mehr umfassen; verbessertes Verständnis von Mikrostruktur und Langzeitstabilität; optimierte Lebensdauern und Wartungsstrategien; neue Prüfverfahren für dickwandige Bauteile; brennstoffflexible Verbrennungssysteme.

2. Gasturbinen- und GuD-Kraftwerke: Effiziente Kühlkonzepte und neuartige Wärmedämmschichten für Turbineneintrittstemperaturen von über 1.500 °C; optimiertes Zusammenspiels von Kühltechnik und Materialentwicklung; aerothermodynamischere Verdichter und Turbinen; erweitertes Brennstoffband (insbesondere für wasserstoffreiche Gase mit Blick auf eine Kopplung mit chemischen Speichern).

3. CO2-Abscheidung: Technologieoffene Erforschung der verschiedenen CCS-Technologien; „Post-Combustion“ und „Oxyfuel“ aus heutiger Sicht im Pilot- und Demonstrationsmaßstab mit den größten Erfolgsaussichten; Einbeziehen von „Carbonate Looping“, „Chemical Looping“ oder membranbasierten Verfahren sowie von umwelt- und sicherheitsrelevanten Aspekten unterschiedlicher Abscheidetechniken.

4. CO2-Transport und -Speicherung in Zusammenarbeit mit dem Bundesforschungsministeriums (BMBF): Speichern in unterschiedlichen geologischen Formationen; Informationssysteme für CO2-Speicher und Deckgesteine, Sicherheitskonzepte inklusive Langzeitsicherheit, großräumige Monitoring-Verfahren; Risikoanalysen; Simulation zur Ausbreitung des CO2 im Untergrund; Untersuchungen des Langzeitverhaltens von CO2 im Untergrund; Auswirkungen von abscheidungsbedingten Zusatzstoffen im CO2-Strom auf Pipelines und Speicher (z. B. Korrosion, Carbonatbildung).

Das 6. Energieforschungsprogramm steht mit dem Kapitel "Kraftwerkstechnik und CCS-Technologien" zum Download bereit.
Laufende Forschungsprojekte begleitet das Portal "Kraftwerk Forschung".

(ph)

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