Eisen könnte als Energiespeicher Europas Energiekosten um Milliarden senken

Eisen könnte künftig nicht nur als Werkstoff, sondern auch als Energieträger eine wichtige Rolle spielen. Eine neue Studie des Energiewirtschaftlichen Instituts an der Universität zu Köln (EWI) zeigt, dass sich mit Eisenpulver große Mengen erneuerbarer Energie speichern und bei Bedarf wieder in Strom und Wärme umwandeln lassen. Bestehende Kohlekraftwerke könnten dafür umgerüstet werden.

Das Gutachten „Iron as an Energy Carrier“ wurde im Auftrag des Metal Energy Hubs der TU Darmstadt und der DESERTEC Foundation erstellt. Es untersucht, welche wirtschaftlichen und energetischen Vorteile Eisen als zusätzlicher Energieträger im europäischen Energiesystem bieten könnte.

Die Ergebnisse sind bemerkenswert: Nach den Modellrechnungen könnten die jährlichen Kosten des europäischen Energiesystems in den Jahren 2040 und 2045 um jeweils rund 18 Milliarden Euro sinken. Voraussetzung ist, dass Eisen als Energieträger in größerem Umfang eingesetzt wird.

Eisenpulver als wiederverwendbarer Energieträger

Das technische Prinzip beruht auf einem Kreislauf aus Eisen und Eisenoxid. Fein gemahlenes Eisenpulver wird verbrannt und setzt dabei Wärme frei, ohne unmittelbar CO₂ zu erzeugen. Zurück bleibt Eisenoxid, also vereinfacht gesagt Rost.

Mithilfe von grünem Wasserstoff lässt sich dem Eisenoxid anschließend der Sauerstoff wieder entziehen. Dabei entsteht erneut metallisches Eisen, das als Energieträger eingesetzt werden kann.

Auf diese Weise lässt sich überschüssiger Strom aus Wind- und Solaranlagen indirekt in Form von Eisen speichern. Das Material kann über längere Zeit gelagert und per Schiff oder Bahn transportiert werden.

Der entscheidende Unterschied zu fossilen Brennstoffen: Das Eisen wird im Kreislauf wiederverwendet. Allerdings benötigt seine Rückgewinnung Energie, die für einen klimafreundlichen Betrieb aus erneuerbaren Quellen stammen muss.

Kohlekraftwerke könnten weitergenutzt werden

Ein wesentlicher Vorteil liegt nach Einschätzung der Wissenschaftler in der vorhandenen Kraftwerksinfrastruktur. Statt vollständig neue Anlagen zu errichten, könnten bestehende Stein- und Braunkohlekraftwerke für den Betrieb mit Eisenpulver umgerüstet werden.

Die Studie errechnet für Deutschland bis 2045 ein entsprechendes Umrüstungspotenzial von rund 37 Gigawatt Kraftwerksleistung. Europaweit wären es etwa 83 Gigawatt.

Damit könnte ein Teil der bestehenden Infrastruktur auch nach dem Ausstieg aus der Kohleverstromung genutzt werden.

Zusätzlich bietet das Verfahren Möglichkeiten für die Fernwärmeversorgung. Den Modellrechnungen zufolge könnten entsprechend umgerüstete Kraftwerke rund ein Viertel des deutschen Fernwärmebedarfs decken.

Saisonale Speicherung von Wind- und Solarenergie

Besonders interessant ist der Ansatz für die langfristige Energiespeicherung. Während Batteriespeicher vor allem kurzfristige Schwankungen ausgleichen, könnte Eisen größere Energiemengen über Monate hinweg speichern.

Im untersuchten Szenario erreicht der modellierte Eisenspeicher im Sommer einen Energieinhalt von rund 58 Terawattstunden. Diese Energie könnte während der Wintermonate wieder zur Verfügung gestellt werden, wenn die Stromerzeugung aus Wind und Sonne zeitweise nicht ausreicht.

Auch die Abhängigkeit Europas von Energieimporten könnte dadurch sinken. Eisen als Energieträger ließe sich mithilfe erneuerbarer Energien innerhalb Europas herstellen. Alternativ wäre auch der Import von entsprechend erzeugtem Eisen möglich.

Neue Perspektive für Metallurgie und Energiewirtschaft

Die TU Darmstadt und das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) erforschen den Einsatz von Eisen als Energieträger bereits seit 2021 im gemeinsamen Projekt Clean Circles. Der Metal Energy Hub bündelt inzwischen weitere Forschungsaktivitäten zu metallischen Energieträgern.

„Die Studie zeigt, dass Eisen als Energieträger dazu beitragen kann, beides miteinander zu verbinden – und dabei erhebliche Kosten einzusparen“, erklärt Professor Christian Hasse, Koordinator des Metal Energy Hubs, mit Blick auf Dekarbonisierung und Wettbewerbsfähigkeit.

Für die Metallindustrie eröffnet die Technologie eine zusätzliche Anwendungsperspektive. Neben der Herstellung und Verarbeitung von Stahl könnte künftig auch die Bereitstellung, Aufbereitung und Wiederverwendung metallischer Energieträger an Bedeutung gewinnen.

Bis zu einer großtechnischen Umsetzung sind allerdings noch technische und wirtschaftliche Fragen zu klären. Die veröffentlichten Ergebnisse beruhen auf einer europäischen Energiesystemmodellierung bis 2045 und stellen keine Prognose tatsächlich erreichbarer Einsparungen dar.

Dennoch zeigt die Untersuchung, dass Eisen bei der künftigen Energieversorgung eine Rolle spielen könnte, die weit über seine traditionelle Verwendung als industrieller Werkstoff hinausgeht.

Quelle und Foto: Technische Universität Darmstadt