Das Unternehmen Holcim hat in einer seiner Zementproduktionsanlagen die Installation von zwei Joule-Hive-Wärmespeichern abgeschlossen. Dies geschah im Rahmen einer Zusammenarbeit mit Electrified Thermal Solutions (ETS), um die Erwärmung industrieller Prozesse mit Strom zu testen, statt vollständig auf Gas oder Kohle angewiesen zu sein. In der Ankündigung wurden weder die Anlage noch ihr Standort genannt. Das Projekt stellt jedoch den Übergang der Technologie von der Demonstrationsphase zu einer industriellen Anwendung bei einem der weltweit größten Zementhersteller dar.
ETS, ein aus dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) hervorgegangenes Unternehmen, entwickelt Wärmespeicher, die Feuerfestziegel verwenden, deren chemische Zusammensetzung durch die Zugabe weiterer Metalloxide verändert wurde, wodurch sie elektrisch leitfähig werden. Wenn Strom hindurchgeleitet wird, erhitzen sich die Ziegel auf Temperaturen von bis zu 1800 Grad Celsius. Nach Angaben des Unternehmens eignen sich diese Temperaturen für Anwendungen in Bereichen wie Zement, Stahl, Glas und Chemikalien sowie für die Dampferzeugung.
Wie funktioniert Joule Hive?
Die Ziegel werden in einem isolierten Behälter aufgeschichtet, der ungefähr die Größe eines Aufzugs hat. Der Behälter speichert die Wärme bis zu drei Tage lang. ETS zufolge beträgt der Wirkungsgrad des Prozesses 95 Prozent. Das System kann mit überschüssigem Strom aus erneuerbaren Energien oder während Zeiten geringer Netznachfrage geladen werden. Diese Eigenschaft ermöglicht es, den Zeitpunkt des Stromverbrauchs vom Zeitpunkt der Wärmenutzung in der Industrieanlage zu entkoppeln.
Die Zementindustrie benötigt hohe Temperaturen, die mit herkömmlichen elektrischen Heiztechnologien nur schwer bereitgestellt werden können. Daher blieb die Verbrennung von Brennstoffen die übliche Option. Der Quelle zufolge entfallen etwa 20 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs auf die sogenannte Prozesswärme, also die Wärme, die in Industrien wie der Zement-, Stahl- und Aluminiumindustrie eingesetzt wird. Außerdem ist Zement laut der Quelle für rund 8 Prozent der weltweiten Kohlendioxidemissionen verantwortlich.
Vom Versuch zur industriellen Einführung
Dem Projekt mit Holcim ging ein kommerzielles Joule-Hive-System größeren Maßstabs am Southwest Research Institute in San Antonio voraus, das mehr als 1000 Betriebsstunden absolvierte. ETS wertete die Ergebnisse dieses Tests als Machbarkeitsnachweis für die Technologie, bevor das Unternehmen zum Holcim-Projekt überging. Im Rahmen der Vereinbarung wird Holcim außerdem Investitionspartner von ETS. Das Start-up erwartet, die Zusammenarbeit künftig auszubauen.
Ram Muthu, Leiter der operativen Exzellenz bei Holcim, erklärte, die Einführung der Technologie ermögliche es dem Unternehmen, das Potenzial elektrischer Prozesswärme im Rahmen seiner Strategie zur Dekarbonisierung von Hochtemperaturprozessen zu bewerten. Daniel Stack, CEO von ETS, bezeichnete das Projekt seinerseits als wichtigen Schritt, um die Elektrifizierung der Wärmeversorgung für Zement und Beton von der Demonstration in die Anwendung zu überführen.
Was ändert sich in der Praxis?
Die Nachricht bedeutet nicht, dass die Zementindustrie emissionsfrei geworden ist, denn ein wichtiger Teil der Zementemissionen entsteht durch die chemische Reaktion, bei der Kalkstein in Klinker umgewandelt wird, und nicht allein durch die Verbrennung von Brennstoffen. Joule-Hive-Wärmespeicher können daher den Bereich der Prozesswärme abdecken, lösen jedoch nicht alle Emissionsquellen des Sektors.
Ein weiteres Beispiel für den Einsatz der Technologie gibt es im Ashland-Chemiewerk in Calvert City im US-Bundesstaat Kentucky. Dort erhielt das Projekt zur Einführung der Wärmespeicher im Jahr 2024 vom US-Energieministerium einen Zuschuss von bis zu 35 Millionen US-Dollar, der durch Eigenmittel ergänzt wird. Ziel des Projekts ist es, mit Methan betriebene Kessel zu ersetzen und die mit der Dampferzeugung verbundenen Emissionen nach Angaben des Energieministeriums um etwa 70 Prozent zu senken. Ob die Technologie von ETS wirtschaftlich und in großem Maßstab betrieben werden kann und ob emissionsarmer Strom verfügbar ist, sind weiterhin offene Fragen, die der tatsächliche Betrieb in mehreren Industrieanlagen klären wird.