Rost als Rohstoff: Wie Eisenpulver zum Langzeitspeicher der Energiewende werden könnte

In der Debatte um die Energiewende dreht sich fast alles um Batterien und Wasserstoff. Ein Forschungsteam des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) bringt nun einen Kandidaten ins Spiel, der auf den ersten Blick kurios wirkt: Eisenpulver. Eine aktuelle Modellstudie kommt zu dem Ergebnis, dass der sogenannte Eisenkreislauf in einem klimaneutralen europäischen Stromsystem eine eigene, wirtschaftlich sinnvolle Nische besetzen könnte – vor allem als Langzeitspeicher.

Verbrennen, reduzieren, wiederholen

Das Grundprinzip klingt nach Chemieunterricht: Fein gemahlenes Eisenpulver lässt sich verbrennen und verhält sich dabei ähnlich wie Kohlestaub – nur ohne CO2-Ausstoß. Übrig bleibt Eisenoxid, schlicht Rost. Dieser wird anschließend mit erneuerbar erzeugtem Wasserstoff wieder zu Eisen reduziert und steht dann für die nächste Verbrennung bereit. Der Kreislauf kommt laut den Karlsruher Forschenden ohne Kohlendioxidemissionen und ohne umweltschädliche Substanzen aus. Energie wird dabei nicht erzeugt, sondern zwischengespeichert: Überschüssiger Wind- oder Solarstrom wandert über den Zwischenschritt Wasserstoff ins Eisenpulver und kann später wieder verstromt werden.

Alte Kohlekraftwerke als zweite Chance

Besonders interessant ist der Ansatz, weil er vorhandene Infrastruktur weiternutzen könnte. Da sich Eisenpulver in der Feuerung ähnlich verhält wie Kohle, untersucht die Forschung, ob sich stillgelegte oder auslaufende Kohlekraftwerke auf Eisenfeuerung umrüsten lassen. Anpassungen wären demnach vor allem am Wärmeerzeuger nötig – Dampfkreislauf, Turbinen, Generatoren und Netzanschlüsse könnten weiterlaufen. Gerade für Deutschland mit seinem großen Bestand an Kohlekraftwerken wäre das Potenzial nach Einschätzung des Teams entsprechend hoch.

Was die Modellrechnung ergab

Für die von der Stiftung Energieforschung Baden-Württemberg geförderte Studie erweiterten die Forschenden das etablierte Energiesystemmodell PERSEUS um Umrüstungsoptionen, Reduktionsanlagen sowie Speicher- und Transportwege und ließen den Eisenkreislauf gegen Batterien, Wasserstoffspeicher und Wasserstoffkraftwerke antreten – optimiert bis zum Jahr 2050. Das Ergebnis fällt differenziert aus: Eisen ersetzt die wasserstoffbasierte Stromerzeugung nicht, ergänzt sie aber sinnvoll. Der entscheidende Vorteil liegt in der Logistik. Während Wasserstoff Pipelines, Importterminals und Untergrundspeicher benötigt, lässt sich Eisenpulver vergleichsweise unkompliziert lagern und transportieren – notfalls per Schiff um die halbe Welt.

Attraktiv waren eisengefeuerte Kraftwerke in den Simulationen vor allem für Länder, die kaum Wasserkraft nutzen oder Wasserstoff nicht unterirdisch speichern können. Dort könnte Eisen längere Flauten bei Wind und Sonne überbrücken und zugleich die Wasserstoffinfrastruktur entlasten, wenn Importe oder Leitungen an Grenzen stoßen. Bemerkenswert aus Sicht der Autorinnen und Autoren: Über alle betrachteten Szenarien hinweg blieben die Eisenkraftwerke Teil des jeweils kostenminimalen Systems. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift „Chem Circularity" erschienen und bauen auf dem Forschungsprojekt „Clean Circles" auf.

Einordnung

Ob tatsächlich eine „neue Eisenzeit" anbricht, ist damit nicht ausgemacht. Die Wirtschaftlichkeit hängt daran, wie aufwendig die Umrüstung bestehender Kraftwerke wird und wie effizient sich Eisenoxid künftig wieder reduzieren lässt – jeder Umwandlungsschritt kostet Energie, und die Kette Strom–Wasserstoff–Eisen–Strom ist alles andere als verlustfrei. Als Kurzzeitspeicher werden Batterien deshalb kaum zu schlagen sein. Die Karlsruher Rechnung zeigt aber, dass die Energiewende beim Thema Langzeitspeicherung breiter denken kann als bisher: Neben Kavernen voller Wasserstoff könnte künftig auch ein Silo voller Eisenpulver zur Versorgungssicherheit beitragen – gefüllt im Sommer, verstromt im Dunkelwinter.

Redaktionelle Einordnung auf Basis einer Pressemitteilung des Karlsruher Instituts für Technologie (via Informationsdienst Wissenschaft). Die zitierten Befunde geben den Stand der genannten Modellstudie wieder.

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