Potenzialstudie von Popcorn-Technologien für das österreichische Energiesystem

Zukunftsszenarien und Foresight-Studien für das Energiesystem können lediglich eine Schwankungsbreite an möglichen Resultaten liefern. Gerade wenn bestimmte Technologie-Entwicklungen unterstellt werden, nehmen Unsicherheiten signifikant zu. Die Potenzialstudie von Popcorn-Technologien für das österreichische Energiesystem zielt darauf ab, eine Unterstützung für die Erstellung von Zukunftsszenarien und die Entwicklung von FTI-Strategien zu sein. Einerseits kann damit bei der Entwicklung von Szenarien auf die Vorarbeit zu entsprechenden Technologiesprüngen zurückgegriffen werden. Andererseits können strategische Maßnahmen getroffen werden, die diese Technologiesprünge gezielt hervorrufen.

Ziel des Projekts Popcorn-Technologien war die Identifizierung von Energietechnologien und Energieinnovationen, die sich derzeit in einem relativ frühen Entwicklungsstadium (TRL 3-7) befinden, technisch und wirtschaftlich jedoch ein enormes Potenzial aufweisen. Daraus abgeleitet, es sollen neue Akzente bei bereits bestehenden Themen der Energieforschung gesetzt sowie ggf. neue F&E-Themen aus der Perspektive einer öffentlichen Förderung identifiziert werden. Die Bestimmung der Kriterien (Reifegrad, Nutzen/Potenzial, F&E-Effektivität, gesellschaftliche Akzeptanz) als auch die Technologieauswahl erfolgte anhand einer Literaturrecherche. Die Aufbereitung der Ergebnisse anhand von Steckbriefen soll einen Überblick geben, in welchen Anwendungs- und welchen Technologie-Gruppen Häufungen bestehen, insbesondere deren Einflusspotenzial auf das Energiesystem und der notwendigen „Hitze" (sprich Rahmenbedingungen), damit ein „Aufpoppen" der Technologie idealerweise ermöglicht werden kann.

Eine Gesamtbewertung und Ableitung allgemeiner Schlussfolgerungen aller Einzeltechnologien aus unterschiedlichen Technologiefeldern wäre unangebracht. Es kann jedoch festgehalten werden, dass vor allem folgende vier Technologien relativ schnell ihr besonders hohes Potenzial zur Schlüsseltechnologie entfalten könnten.

• Untergrund-Energiespeicher (Technologiefeld: Energiespeicher)
• Perowskit-Solarzellen und Tiefe Geothermie (Technologiefeld: Energiebereitstellung)
• Wasserstoff in der Zementindustrie (Energieanwendungen)

Untergrund-Energiespeicher gewinnen aufgrund der Fluktuation der Energiebereitstellung von erneuerbaren Energien zunehmend an Bedeutung. Ein abgeschlossener Untergrund-Wasserkörper kann hierbei zum Beispiel als natürlicher Wärmespeicher dienen. Gibt es zusätzlich die Möglichkeit, Druckluft (verflüssigt oder nicht) in entsprechenden Mengen einzulagern, ist die Errichtung einen adiabaten Druckluftspeichers naheliegend. Offene Forschungsfragen beinhalten die Beurteilung möglicher Beeinträchtigungen des Grundwassers sowie Erkundungen und systematisch flächendeckende Einschätzungen des Ausbaupotenzials.

Die Perowskit-Solarzelle ist eine Dünnschicht-PV-Technologie auf Nicht-Siliziumbasis, die Perowskit (ein Mineral) verwendet, das sehr gut Licht absorbiert. Im Labor wurden bereits Wirkungsgrade von 24 % erreicht, jedoch bisher nur bei kleinen Zellflächen. Weitere Herausforderungen sind die relativ geringe Lebensdauer sowie die Feuchtigkeitsempfindlichkeit. Aufgrund der Dünnschicht-Technologie können diese Art von Solarzellen für unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten verwendet werden (u.a. auf Textilien).

Von Tiefer Geothermie (oder Tiefen-Geothermie) spricht man üblicherweise ab einer Bohrtiefe von 400 Meter, wobei diese auch mehrere Kilometer erreichen können. Dadurch werden geothermische Lagerstätten mit Temperaturniveaus ab 60°C bis etwa 200°C (aber auch höher) nutzbar gemacht.

Es wird grundsätzlich zwischen hydrothermalen Systemen, die natürliche Aquifere nutzen, und petrothermalen Systemen, die selbst das Wärmeträgermedium einpressen, unterschieden. Die nächsten Forschungsaktivitäten sollten sich der Minimierung des Fündigkeitsrisikos, Kostensenkungen und Risikoanalysen durch die Erschließung und Nutzung widmen.

Klinkeröfen benötigen Hochtemperaturwärme und werden normalerweise mit fossilen Brennstoffen betrieben. Somit könnte Wasserstoff in der Zementindustrie eine Schlüsseltechnologie werden, wobei der aktuelle Stand des Wissens eine Kombination aus 70 % Biomasse, 20 % Wasserstoff und 10 % Plasmaenergie favorisiert, um im jeweiligen Prozessschritt den bestmöglichen Brennstoff bzw. die optimale Heiztechnik einzusetzen. Pilotprojekte sind hierbei bereits angelaufen, jedoch bedarf die vollständige Integration in eine entsprechend erweiterte Prozesskette (direkte, stoffliche Nutzung des prozessbedingt entstehenden Kohlendioxids – Carbon Capture and Use) noch zahlreiche weitere F&E-Aktivitäten.

Downloads

• Endbericht
• Technologiesteckbrief: Adiabate Flüssigluftspeicher
• Technologiesteckbrief: Aluminium-Luft-Batterie
• Technologiesteckbrief: Alternative Wärmequellen im Bayer-Verfahren
• Technologiesteckbrief: Drohnen-Windenergiesysteme
• Technologiesteckbrief: Elektrolyseure für Kalzinierungsprozesse
• Technologiesteckbrief: Untergrund-Energiespeicher
• Technologiesteckbrief: Graphen-Akku - Graphene Supercaps
• Technologiesteckbrief: Kalina-Prozess
• Technologiesteckbrief: Lichtbogenöfen für Industrie-Anwendungen
• Technologiesteckbrief: Mikrobielle Brennstoffzellen
• Technologiesteckbrief: Perowskit-Solarzelle
• Technologiesteckbrief: Strohdämmung
• Technologiesteckbrief: Tiefen-Geothermie
• Technologiesteckbrief: Torrefizierte Biomasse
• Technologiesteckbrief: Turbinen mit superkritischem Kohlendioxid
• Technologiesteckbrief: Wasserstoff in der Zementindustrie
• Technologiesteckbrief: Windinduzierte aeroelastische Effekte

Projektbeteiligte

Mag.(FH) Hannes Warmuth, Laurin Zillner
Österreichische Gesellschaft für Umwelt und Technik
E-Mail: hannes.warmuth@oegut.at

Ing. Thomas Steffl, MSc.
scenario editor e.U.
E-Mail: steffl@scenarioeditor.at