Sauberer Strom aus Abwärme

Die Lösung nutzt Silikonöle, die im Vergleich zu Wasser eine niedrigere Verdampfungsenthalpie haben.

Hintergrund ist, dass die in Industrieanlagen oder Kraftwerken anfallende Abwärme oft nicht genug Energie besitzt, um eine Turbine mit Wasserdampf zu betreiben.

Siemens stellte das sogenannte Organic Rankine Cycle Modul kürzlich vor. Hier treibt das Arbeitsmedium eine Turbine an, kühlt ab und geht wieder in seinen flüssigen Anfangszustand über. So lässt sich ohne zusätzlichen Einsatz von Energie oder Rohstoffen und ohne zusätzliche Kohlendioxidemissionen Strom erzeugen.

Konventionelle Kraftwerke verwandeln üblicherweise nur etwa 50 Prozent der eingesetzten Brennstoffenergie in Strom, die Abwärme wird meist über einen Kühlturm abgeführt.

Auch in der Chemie-, Glas-, Papier- oder Stahlindustrie – um nur einige Beispiele zu nennen – fällt eine Menge Abwärme an. Oft wird sie genutzt, um andere Substanzen vorzuwärmen. Ist das nicht möglich und ist die Abwärme-Temperatur für den Betrieb einer konventionellen Dampfturbine zu niedig, „verpufft“ die wertvolle Energie.  Siemens-Ingenieure verwandeln diese Energie nun mit Hilfe von Silikonölen in Strom.

Diese Öle haben eine wesentlich niedrigere Verdampfungsenthalpie als Wasser und können schon mit etwa 300 Grad heißer Abwärme genutzt werden.  Das Organic Rankine Cycle (ORC) Modul leitet sich vom so genannte Rankine Cycle, einem geschlossenen Kreislauf für mit Wasserdampf betriebene Kraftmaschinen ab, nur dass hier organische Silikonöle als Arbeitsmedium dienen.

Das Öl nimmt über einen Wärmetauscher die Abwärmeenergie auf. Es verdampft, treibt eine Turbine an, wird in einem Kondensator wieder vollständig verflüssigt und zum Verdampfer zurückgepumpt. Die beim Abkühlen freiwerdende Wärme wird ebenfalls für das Vorwärmen des Öls zurückgewonnen. 

Das ORC-Modul hat eine Leistung von bis zu zwei Megawatt -mittelfristig sollen Varianten mit höhernen Leistungen dazukommen. Herzstück des Moduls ist die bewährte Dampfturbine SST-060, die bereits über 850 Mal erfolgreich installiert wurde. Das verwendete Silikonöl ist chlorfrei und nicht toxisch. 

Insgesamt sind die Investitionskosten sowie der Wartungsaufwand für ein ORC-Modul vergleichsweise gering. Sein Betrieb ist gegenüber konventionellen, mit Wasserdampf betriebenen Turbinen einfacher, unter anderem wegen den geringeren Temperaturen und Drücke.

Das ORC-Modul hat einen Automatik-Modus und benötigt kein zusätzliches Personal. Damit bietet es eine sehr wirtschaftliche Möglichkeit, Energie-Rohstoffe effizienter zu nutzen. (2014.06.2)