Aktiv – 04.2021 bis 03.2025

Im Zentrum des Forschungsverbunds Clean Circles steht ein zweistufiger Kreislaufprozess, in dem eisenbasierte Partikel abwechselnd reduziert und oxidiert werden. Dieser Prozess ist schematisch in Abbildung 1 dargestellt. Eisen fungiert hierbei als chemischer Energiespeicher. Die beiden Besonderheiten dieses Kreislaufs liegen darin begründet, dass während des gesamten Prozesses kein CO₂ freigesetzt wird und die Reduktion und die Oxidation ortsunabhängig durchführbar sind.

Zunächst wird erneuerbarer Strom verwendet um Eisenoxid (Fe_xO_y) zu reduzieren. Die Reduktion ist sowohl elektrochemisch (Elektrolyse) als auch thermochemisch (mit H₂) durchführbar. Der Reduktionsprozess entspricht der Einspeicherung von chemischer Energie. Anschließend erfolgt die Oxidation des Eisens mit Luft. Die hierbei freiwerdende Wärme ermöglicht die Produktion von CO₂-freiem Strom. Der Prozess der Oxidation entspricht demnach der Ausspeicherung der chemischen Energie. Anschließend beginnt der Kreisprozess von neuem.

Die Reduktion und Oxidation können ortsunabhängig stattfinden. Die Einspeicherung der Energie durch die Reduktion ist in Ländern durchführbar, die geographisch bedingt ein hohes erneuerbares Energieaufkommen aufweisen. Nach einem anschließenden Transport kann das Eisen in Kraftwerken oxidiert werden.

Im Rahmen des Projekts Clean Circles erforscht das EST die thermochemische Reduktion von Eisenoxid mit Wasserstoff und die Oxidation von Eisen in Wirbelschichten. Um Betriebspunkte für den Reduktions- und den Oxidationsprozess festzulegen werden sowohl experimentelle als auch simulative Arbeiten durchgeführt.

Das Hauptziel des Teilprojekts am EST ist die Ermittlung von Betriebspunkten für die Reduktion und Oxidation von Eisenpartikeln in Wirbelschichten. Dies umfasst unter anderem die Festlegung von Strömungsgeschwindigkeiten, Verweilzeiten von Partikeln und Gasen und das Eingrenzen der Temperaturbereiche. Hierfür werden verschiedene Messtechniken verwendet. Zum Einsatz kommen unter anderem Gasanalysen, Differenzdruckmessungen und kapazitive Messungen zur Bestimmung der Strömungsstruktur.