Heat2Power‑Anwendungsbeispiele []

Allgemein

Die Heat2Power-Technologie hat das primäre Ziel der Erzeugung von elektrischem Strom – nicht nur Wärme wie bei klassischen Maschinen.

• Technologische Basis: Weiterentwicklung des Stirlingprozesses zur Heat2Power-Engine.
• Effizienz: Höhere Wirkungsgrade durch optimierte Verbrennung, Regenerator und Thermo­speicher.
• Emissionen: Deutlich geringerer Schadstoff­ausstoß im Vergleich zu Diesel- oder Gasmotoren.
• Flexibilität: Nutzung von Abwärme aus Industrie­prozessen, Rauchgasen, Reststoffen, Biogas oder Deponiegasen.
• Energiewende: Rückverstromung von Überschuss­leistung aus Wind- und Solarkraft über Thermo­speicher.
• Grundlastfähigkeit: Bereitstellung gesicherter Leistung auch bei Dunkelflauten.
• Substitution: Ersatz ineffizienter Großmotoren und Mikroturbinen, Reduktion des Primär­energieverbrauchs.

Schiffsantriebe

Die Heat2Power‑Engine eröffnet neue Möglichkeiten für klimafreundliche Hybridantriebe auf See und reduziert Emissionen sowie Treibstoff­verbrauch deutlich.

• Emissionen: Schiffe verursachen rund 2 % der globalen CO₂‑Emissionen sowie erhebliche Mengen an NOₓ und Feinstaub.
• Hybridantrieb: Die Heat2Power‑Engine liefert Strom bei optimalem Wirkungs­grad an eine Pufferbatterie.
• Vorteile: Lautloser, vibrationsarmer Betrieb, weniger Neben­aggregate, kein langer Wellen­tunnel erforderlich.
• Brennstoffe: Flexible Nutzung von H₂, Bio‑LNG oder Diesel – ohne Methanschlupf.
• Umweltfreundlichkeit: Externe Verbrennung reduziert Schadstoff­ausstoß, oft ohne zusätzliche Abgasreinigung.
• Passagierschiffe: Besonders vorteilhaft durch leisen, emissionsarmen Betrieb und hohen Komfort für die Passagiere.

U-Boote

Die Heat2Power-Engine eröffnet völlig neue Möglichkeiten für den U-Boot-Antrieb: Sie ersetzt klassische Diesel- und AIP-Systeme durch eine einzige, effiziente Lösung und steigert Reichweite, Effizienz und Tarnung.

• Bisherige Technik: Konventionelle U-Boote nutzen zwei Systeme – Diesel für Überwasserfahrt und AIP (meist Brennstoff­zellen oder Stirling) für Tauchfahrt.
• Limitierungen: AIP liefert nur wenige hundert kW, ausreichend für längeren Unterwasser­aufenthalt, aber nicht für hohe Reichweiten bei Marsch­geschwindigkeit.
• Lösung: Eine einzige Heat2Power-Engine ersetzt beide Systeme und ermöglicht volle Leistung über und unter Wasser.
• Sauerstoffversorgung: Für 1 kg Diesel sind 0,58 kg O₂ erforderlich; 1000 l Diesel benötigen nur 1,0 m³ O₂ bei 335 bar – technisch einfach realisierbar.
• Kühlung & Effizienz: Die Entspannung des komprimierten O₂ erzeugt eine starke Temperatur­absenkung, die zur Kühlung und Wirkungsgrad­steigerung genutzt wird und gleichzeitig die Wärme­signatur reduziert.
• Vorteile: Hohe Reichweite, weniger Komplexität, lautloser Betrieb, hoher Wirkungsgrad und geringerer Platzbedarf.
• Fazit: Mit der Heat2Power-Engine wird der Bedarf an Atom-U-Booten überflüssig.

Typischer Aufbau moderner konventioneller U-Boote. Hier: U-216 Konzept von HDW mit Brennstoffzellen-AIP.

Stahlwerke

In der Stahlproduktion entstehen enorme Mengen an Abwärme, die bislang nur unzureichend genutzt werden. Die Heat2Power-Engine erschließt diese Energie­quellen effizient und verwandelt sie in Strom – ein entscheidender Beitrag zur Energiewende und zur Reduktion von Emissionen.

• Problem: Abwärmeangebot übersteigt die Nachfrage, Turbinen arbeiten nur mit niedrigen Wirkungsgraden.
• Limitierung: Turbinen benötigen konstante Wärmequellen und können nur ausgekoppelte Wärme (Dampf/Gas) nutzen.
• Lösung: Die Heat2Power-Engine nutzt Abwärme direkt über Umluftkreisläufe und Thermo­speicher.
• Effizienz: Auch Wärmeverluste wie Wandwärme oder sensible Wärme im Koks können zur Stromproduktion dienen.
• Potenziale: Konvertergas, Abgase aus Elektrolichtbogenöfen, Hochofen­schlacke und Stahlguss sind nutzbare Quellen.
• Vorteile: Höhere Wirkungsgrade, kontinuierliche Strom­erzeugung und deutliche Emissions­reduktion.

Wo bleibt all diese Wärme letztendlich?

Wärmespeicher

Die Heat2Power-Engine in Kombination mit Hochtemperatur-Wärme­speichern ermöglicht eine effiziente Zwischen­speicherung und Rück­verstromung von Energie. Damit lassen sich Spitzenlasten aus erneuerbaren Energien glätten und eine gesicherte Grundlast bereitstellen – ein Schlüssel für die Energiewende.

• Problem: Wind- und Solarstrom fallen volatil an; Spitzenleistung wird oft abgeregelt oder zu Negativ­preisen exportiert.
• Lösung: Hochtemperatur-Wärme­speicher nehmen Energie­überschüsse auf und geben sie bedarfsgerecht wieder ab.
• Heat2Power-Engine: Rückverstromung der gespeicherten Wärme mit hohem Wirkungsgrad – auch grundlastfähig.
• Effizienz: Kombination aus Speicher und Heat2Power-Engine erreicht elektrische Wirkungs­grade von 50-60%, deutlich höher als Mikroturbinen (25–30 %).
• Flexibilität: Hybridbetrieb möglich – bei leerem Speicher kann kurzfristig Methan oder Biomasse genutzt werden.
• Überlegenheit gegenüber Batterien: Hochtemperatur-Thermo­speicher bieten höhere Speicher­kapazität pro Euro, längere Lebens­dauer, benötigen keine kritischen Rohstoffe wie Lithium oder Kobalt – damit übertrifft die Performance klassische Batterie­systeme insgesamt deutlich.
• Dezentralisierung: Speicher-Engine-Tandems können quartiers­gebunden eingesetzt werden, z. B. im Rahmen von Kraft-Wärme-Kopplung.

Aluminiumwerke

Bei der Primär­aluminium­herstellung aus Bauxit entstehen enorme Mengen an Abwärme – bislang weitgehend ungenutzt. Die Heat2Power-Engine bietet hier eine effiziente Lösung, um diese Energie zurückzugewinnen und in Strom umzuwandeln.

• Problem: Rund 45 % des elektrischen Energiebedarfs gehen als Abwärme über die Wände der Elektrolyse­zellen verloren.
• Bisher: Für diese Oberflächenwärme lagen bislang keine praktikablen technischen Lösungen vor.
• Lösung: Umluftsysteme können die Wärme aufnehmen und direkt an die Heat2Power-Engine übertragen.
• Effizienz: Rückverstromung der gespeicherten Wärme der Abwärme senkt den Gesamt­energiebedarf und reduziert die Produktionskosten erheblich.
• Vorteile: Kontinuierliche Stromerzeugung, geringere Abhängigkeit von externem Strombezug, Beitrag zur Dekarbonisierung.

Abwärme aus industriellen Prozessen

In nahezu allen Industrie­prozessen fällt große Mengen an Abwärme an – oft ungenutzt und verloren. Die Heat2Power-Engine erschließt dieses Potenzial und verwandelt es in nutzbaren Strom, wodurch mehrere konventionelle Kraftwerke ersetzt werden könnten.

• Potenzial: Laut Fraunhofer IPM könnte die Nutzung industrieller Abwärme in Deutschland fünf bis zehn Kohlekraftwerke ersetzen.
• Problem: Nur ein Drittel der eingesetzten Energie wird derzeit genutzt; der Rest geht als Abwärme verloren.
• Herausforderung: Abwärme fällt oft zyklisch an und muss zwischengespeichert oder geglättet werden.
• Lösung: Wärme­speicher nehmen die Energie auf und treiben die Heat2Power-Engine kontinuierlich an.
• Beispiele: Wärmequellen wie Konvertergas, Elektrolichtbogen­öfen, Hochofen­schlacke oder Wandwärme können direkt genutzt werden.
• Vorteile: Einfache Integration, geringere Kosten und neue Möglichkeiten zur Nutzung bislang unerschlossener Wärmequellen.

Ausführungsbeispiele

Kontinuierliche Stromerzeugung durch eine Heat2Power-Anlage bei zyklischem Anfall von Wärme.

Abwärmenutzung

Zeiten mit Erzeugung von Abwärme:

Stromerzeugung durch Heat2Power-Anlage und gleichzeitiges Aufladen eines Hochtemperatur-Wärme­speichers.

Das zirkulierende Gas hat nach der Energieabgabe an die Heat2Power-Engine oder an den Hochtemperatur-Wärme­speicher noch ausreichend Rest­temperatur, um ein Fernwärme­netz oder einen atmosphärischen Zweizonen­speicher zu speisen.

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Zeiten ohne Erzeugung von Abwärme:

Stromerzeugung durch Heat2Power-Anlage durch Entladen eines Wärme­speichers.

Glättung von Peak-Leistung aus regenerativer Energieerzeugung

Zeiten mit Erzeugung von Spitzenleistung:

Überproduktion wird verwendet zum Aufladen eines Hochtemperatur-Wärme­speichers.

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Zeiten ohne Erzeugung von Spitzenleistung:

Stromerzeugung durch Heat2Power-Anlage durch Entladen eines Wärme­speichers.

Deponie- und Schwachgase

Bei der Zersetzung organischer Abfälle entstehen Deponiegase mit hohem Methananteil. Diese Gase sind klimaschädlich und werden bislang meist abgefackelt – die Wärme bleibt ungenutzt. Die Heat2Power-Engine bietet hier eine effiziente Möglichkeit, diese Energie in Strom umzuwandeln und gleichzeitig Emissionen zu reduzieren.

• Entstehung: Deponiegas besteht aus Methan (CH₄), Kohlendioxid (CO₂) und weiteren Gasen wie Schwefelwasserstoff.
• Problem: Mit sinkendem Methananteil (<25 %) spricht man von „Schwachgas“ – bisher kaum nutzbar für Motoren oder Turbinen.
• Klimawirkung: Methan ist 20–25‑mal klimaschädlicher als CO₂; unverbranntes Methan („Methanschlupf“) gelangt oft in die Atmosphäre.
• Bisherige Nutzung: Abfackeln oder Gasmotoren – beide mit geringer Effizienz und hohem Methanschlupf.
• Lösung: Speisung der Heat2Power-Engine mit Deponie- oder Schwachgasen über speziell entwickelte Brenner (z. B. COSTAIR-Brenner ).
• Vorteile: Effiziente Verbrennung ohne Methan­schlupf, kontinuierliche Strom­erzeugung, Reduktion von Treibhausgasen.
• Beitrag zur Energiewende: Nutzung bislang unerschlossener Gasquellen als klimaneutrale Stromquelle.

Zementwerke

Die Zementproduktion gehört zu den energieintensivsten Industrieprozessen weltweit und ist ein bedeutender Verursacher von CO₂‑Emissionen. Die Heat2Power-Engine bietet hier eine Möglichkeit, die immensen Abwärmemengen effizient zu nutzen und in Strom umzuwandeln.

• Problem: Durchschnittlicher Energiebedarf liegt bei rund 3,14 GJ pro Tonne Zement – mit hohen CO₂‑Emissionen.
• Emissionen: Etwa 35 % stammen aus fossilen Brennstoffen, 65 % aus direkten Prozess­emissionen (Umwandlung von CaCO₃ in CaO + CO₂).
• Abwärme: Große Mengen entstehen an Oberflächen wie Drehrohrofen (bis 450 °C) oder Kühler – bislang kaum genutzt.
• Lösung: Die Heat2Power-Engine kann diese Oberflächenwärme über Umluft­systeme aufnehmen und in Strom verwandeln.
• Vorteile: Zusätzliche Energiegewinnung, Reduktion des externen Strom­bedarfs, Beitrag zur Dekarbonisierung.
• Beispiele: Nutzung von Primärluft und Sekundärluft aus Kühlern sowie Oberflächenwärme des Drehrohrofens.

Blockheizkraftwerke (BHKW)

Blockheizkraftwerke nutzen Restenergie aus anderen Prozessen, erzeugen jedoch bislang nur einen geringen Anteil Strom. Die Heat2Power-Engine steigert den elektrischen Wirkungsgrad deutlich und macht BHKW zu einem wichtigen Baustein der Energiewende.

• Bisher: Klassische BHKW erzeugen ca. 30–40 % Elektrizität, der Rest wird als Wärme genutzt.
• Problem: Der geringe Stromanteil reicht nicht aus, um die Anforderungen der Energiewende zu erfüllen.
• Lösung: Mit der Heat2Power-Engine lässt sich der Anteil elektrischer Energie deutlich erhöhen.
• Vorteile: Höherer Wirkungsgrad, bessere Nutzung von Restenergie, Reduktion von Emissionen.
• Beitrag: Ein weiterer Schritt zur Dekarbonisierung und zur effizienten Nutzung vorhandener Energiequellen für die Energiewende.

Die Zukunft

Die Heat2Power-Engine eröffnet völlig neue Perspektiven für eine nachhaltige Energie­versorgung. Sie verbindet Effizienz, Klimaschutz und Wirtschaftlichkeit und wird damit zu einem zentralen Baustein der Energiewende.

• Integration: Einsetzbar in Industrie, Schifffahrt, U‑Booten, Kraftwerken und dezentralen Anwendungen.
• Flexibilität: Kombinierbar mit Wärme­speicher, erneuerbaren Energien und Hybridbetrieb.
• Klimaschutz: Reduktion von CO₂‑Emissionen und Vermeidung von Methanschlupf.
• Wirtschaftlichkeit: Höhere Wirkungsgrade, geringere Betriebs­kosten, bessere Nutzung vorhandener Ressourcen.
• Perspektive: Ein Schritt hin zu einer Energie­versorgung, die unabhängig von fossilen Brennstoffen ist.
• Beitrag: Damit wird die Heat2Power-Engine zu einem Schlüssel für die Energiewende.