A caminho de um CO ₂ - sistema de energia neutra, o armazenamento de grandes quantidades de energia ainda é um problema sem solução. No futuro, Karlsruhe Institute of Technology (KIT), o Centro Aeroespacial Alemão (DLR), e a Universidade de Stuttgart planejam desenvolver em conjunto sistemas adequados de armazenamento de energia. Para este propósito, as instituições de pesquisa já concordaram com o estabelecimento de uma infraestrutura de pesquisa, o Demonstrador Nacional de Armazenamento de Energia Isentrópica (NADINE). A instalação de teste para o desenvolvimento de sistemas de armazenamento de energia em escala de usina será construída em Karlsruhe e Stuttgart.

Os sistemas de armazenamento de energia que são capazes de lidar com a flutuação da produção de energia eólica e solar são indispensáveis ​​para o sucesso da transição energética. Até aqui, Contudo, sistemas de armazenamento em escala de usina independente de localização e de baixo custo ainda não existiam. Por esta razão, KIT, DLR, e a Universidade de Stuttgart planejam a construção conjunta da instalação de pesquisa NADINE (Demonstrador Nacional para Armazenamento de Energia Isentrópica) para o desenvolvimento de sistemas de armazenamento de energia de baixo custo e quase sem perdas. Com a ajuda de NADINE, planeja-se estudar o uso de metais líquidos em novos sistemas de armazenamento térmico. O projeto exato do centro de pesquisa está atualmente sendo desenvolvido no âmbito de um projeto de 18 meses de duração que começou no início deste ano. O projeto é financiado pelo Ministério Federal da Economia e Energia e pelo Ministério da Economia de Baden-Württemberg. Em 08 de outubro, 2018, as três instituições de pesquisa assinaram um acordo em Stuttgart sobre o estabelecimento da infraestrutura de pesquisa em Karlsruhe e Stuttgart.

“Grandes desafios que a sociedade enfrenta, como a transição de energia, só pode ser dominado pela união de forças e estreita cooperação, "diz o professor Oliver Kraft, Vice-presidente de pesquisa do KIT. “Estou muito feliz que poderemos contribuir com nossa expertise na área de tecnologias de metal líquido para a NADINE. Junto com nossos parceiros, vamos impulsionar decisivamente o desenvolvimento dos sistemas de armazenamento de energia em escala de usina necessários com urgência. "A nova colaboração de pesquisa é coordenada pelo DLR. Professor Pascale Ehrenfreund, que preside o Conselho Executivo DLR, afirma:"A transição energética é um dos desafios urgentes que nossa sociedade enfrenta. Com o desenvolvimento de sistemas de armazenamento, DLR está trabalhando em soluções para um dos principais tópicos da pesquisa de energia. Sistemas de armazenamento eficientes podem garantir o fornecimento confiável de energia com uma proporção cada vez maior de fontes de energia renováveis. Além disso, grandes sistemas de armazenamento térmico podem contribuir para reduzir o CO ₂ emissões de usinas de energia movidas a carvão após sua reconstrução para usinas de armazenamento de calor em todo o mundo. "

Baterias Carnot em antigas usinas termelétricas a carvão

O armazenamento de energia elétrica na escala de gigawatts-hora já é possível com usinas de armazenamento por bomba e sistemas de armazenamento de bateria. Contudo, dificilmente é possível construir usinas de armazenamento por bomba adicionais na Alemanha. Os sistemas de armazenamento de bateria desta dimensão são muito caros e não têm durabilidade suficiente. O conceito de NADINE cobre o desenvolvimento de sistemas de armazenamento de energia flexíveis e quase sem perdas, os chamados sistemas de armazenamento isentrópico. Um processo isentrópico ocorre em um sistema fechado sem qualquer troca de calor ou massa com o meio ambiente. Um conceito muito promissor para um sistema de armazenamento isentrópico é a bateria de Carnot. Aqui, a energia elétrica é convertida em calor com a ajuda de bombas de calor e, se necessário, de volta à eletricidade. A implementação de tais usinas de armazenamento de calor em grande escala é viável ao usar a infraestrutura existente de usinas de carvão desativadas. No acordo de coalizão, o Governo Federal declarou sua intenção de fazê-lo como uma contribuição para a proteção do clima.

A infraestrutura de pesquisa NADINE será projetada para três níveis de temperatura típicos em sistemas de armazenamento de energia e conversores. Em Stuttgart, um laboratório de baixa temperatura e um laboratório de alta temperatura para tecnologias de até cerca de 700 ° C estão planejados. Eles serão usados ​​para estudar conceitos inovadores de baterias Carnot. "Por uma combinação inteligente de bombas de calor, sistemas de armazenamento de calor e frio, e motores térmicos, não podemos apenas armazenar energia elétrica, mas geram benefícios adicionais, como refrigeração de centros de computação, "diz o professor André Thess, coordenador da NADINE e diretor do DLR Institute of Engineering Thermodynamics. O módulo para temperaturas acima de 600 ° C será construído em Karlsruhe. Será aplicado ao estudo do uso de metais líquidos para baterias de Carnot e dispositivos de armazenamento térmico. "Os metais líquidos têm excelentes propriedades de transferência de calor e podem ser usados ​​em temperaturas muito altas, "diz o professor Thomas Wetzel do Instituto de Engenharia de Processos Térmicos do KIT." A pesquisa em tecnologia de metal líquido está atualmente se concentrando no desenvolvimento de processos inovadores promissores para a conversão altamente eficiente de calor em energia elétrica e combustíveis, que são perfeitamente adequados para o conceito NADINE. "Nos laboratórios NADINE, dissipadores e fontes de calor serão disponibilizados por meio de uma "plataforma de calor". Aqui, componentes individuais e sistemas completos de energia isentrópica serão estudados de forma semelhante ao trabalho em um túnel de vento. Os pesquisadores vão testar como as diferentes unidades de armazenamento devem ser projetadas, quais materiais são adequados, e como os componentes individuais interagem da melhor maneira possível.

A pesquisa em sistemas de armazenamento de energia térmica em grande escala está ganhando popularidade cada vez mais na comunidade científica internacional. Robert Laughlin, da Universidade de Stanford, ganhador do Prêmio Nobel de Física, foi o convidado de honra quando o acordo para a criação da NADINE foi assinado. Laughlin é o iniciador do projeto de armazenamento MALTA do Google X. Em uma palestra proferida na Universidade de Stuttgart, ele defendeu o armazenamento de eletricidade com base no calor que agora será desenvolvido no âmbito da NADINE.