鉄鋼、コンクリート、またはガラスの工業生産には、ドイツの総エネルギー消費量の 20% 以上が必要です。これまで、これらのプロセスに使用される燃料の 90% は化石燃料でした。
カールスルーエ研究所の研究者 テクノロジー (KIT) は、再生可能エネルギー源の利用を促進するために、この種の液体金属技術に基づく唯一の高温蓄熱システムに取り組んでいます。導電性の高い液体金属は、グリーン電力を使用して 700°C 以上に加熱でき、産業用熱を柔軟に蓄えることができます。
22 年 26 月 2024 日から 13 日まで、研究者らはハノーバー メッセのエネルギー ソリューションズ (ホール 76、スタンド CXNUMX) の KIT スタンドでエネルギー貯蔵システムのモデルを展示します。
変動する再生可能エネルギー生産に関係なく、資源を大量に消費する生産会社に熱を供給するために、世界中で高温蓄熱システムが開発されています。これらの蓄電システムは電力を熱に変換し、蓄えます。
熱は、電気代が高く生産プロセスを停止できない場合など、必要に応じて使用されます。保存温度が高いほど良いです。これにより、望ましい生産温度に到達するために必要な追加のエネルギー量が削減されます。
パイロットプラントでは液体塩を使用して約 550°C の温度を保管しています。これまでのところ、ガスを使用するとさらに高い温度が達成されています。電気で約 700°C まで加熱すると、その熱が鉄鋼、火山岩、スラグなどの貯蔵物質に伝達されます。 「しかし、高温ガスから貯蔵物質への熱伝達は決して効率的とは言えません」と、KIT の熱エネルギー技術安全研究所のクラリッサ・ニーダーマイヤー博士は言います。
液体金属を介した優れた熱伝達
彼女はチームとともに、高温範囲向けの新しいソリューション、つまり鉛ビスマスをベースとした蓄熱システムに取り組んでいます。 「この液体金属の混合物の熱伝導率は、貯蔵システムで使用される他の材料の熱伝導率の 100 倍です」とニーダーマイヤー氏は言います。
高温蓄熱システムはループテスト中です。鋼タンク内では、加熱された鉛ビスマスが約 2 mm のセラミックビーズに浸透し、ビーズに熱を放出します。再び熱が必要になると、「冷たい」液体金属がビーズを通して戻され、再び加熱されます。
KIT の液体金属研究所 KALLA でのシミュレーションにより、液体金属の使用により、特に非常にコンパクトなパッケージを使用した場合に蓄熱効率が向上することが確認されました。
余剰グリーン電力を効率的に蓄える
「再生可能エネルギー源からの電力で液体金属を加熱する場合、企業は電力供給の変動を緩和し、工業プロセスで使用される温度にできるだけ近い温度で簡単、安価、迅速なエネルギー貯蔵を可能にする効率的なソリューションを手に入れることができます。 」とニーダーマイヤー氏は指摘する。
このプロセスは産業を脱化石化する大きな可能性を秘めています。ドイツの工業プロセスは年間 400 テラワット時の熱を消費し、これらのプロセスで使用される燃料の 90% は化石燃料です。
これまでのところ、液体金属は蓄熱システムにはほとんど使用されていません。ニーダーマイヤー氏によれば、これは主に物流上の理由によるものです。このような蓄熱システムをテストできる閉ループ システムは世界でも数えるほどしかありません。 KALLA には大規模な鉛ビスマスサイクルがあり、特に再生可能エネルギー源の分野での新しいプロジェクトに使用されています。
今年のハノーバーメッセで、チームは、KITでの実際のシステムの約半分のサイズの蓄熱システムのモデルを展示する予定です。 KIT のシステムは 100 キロワット時の熱を蓄えるように設計されており、これまでに最大 400°C の温度で実験室規模でテストされています。
「これは、この種の容量を備えた世界の液体金属蓄熱システムです。私たちは、この原則が機能し、大きな可能性があることを示したいと考えています」とクラリッサ・ニーダーマイヤーは言います。