Stickstoff-Speicher Autos
Stickstoff-Speicher Fahrzeuge
Ca. 78 % der Atemluft besteht aus gasförmigen Stickstoff, wobei 1 Kubikmeter ca. 1,25 kg wiegt. Bei minus 197°C wird gasförmiger Stickstoff flüssig und verkleinert dabei sein Volumen bis zum 800sten Teil. Flüssiger Stickstoff wird mit Hilfe von Verdichtern (Kompressoren) und Tieftemperatur-Rektifikationsanlagen (Gasabscheidern) hergestellt. Die aufgewendete Leistung zur Erzeugung von einem Liter flüssigen Stickstoff beträgt je nach Anlagentyp derzeit zwischen 250 und 380 W.
Alleine in Deutschland gibt es bereits über 1.400 Stickstoff Tankstellen, womit die Versorgung mit flüssigen Stickstoff daher für so gut wie jedermann zugänglich ist. Dies mach den Einsatz des Mediums als Zwischenspeicher für mobile Konzepte besonders sinnvoll – neben seiner Umweltverträglichkeit.
In den USA entwickeln Wissenschaftler an der University of Washington in Seattle, Bundesstaat Washington, bereits 1997 den Prototypen eines ‚Smogmobils’ – einem Auto, dessen Motor mit flüssigem Stickstoff betrieben wird. Des eiskalte Stoff erwärmt sich, beginnt bei einer Temperatur von minus 196°C zu kochen und treibt als Gas wie eine Dampfmaschine den Motor. Diesmal gelingt es auch, das frühere Problem der Vereisung von Antriebteilen zu umgehen. Der Wagen kommt mit einem vollen 75-l-Tank allerdings nur 4 km weit, und die Höchstgeschwindigkeit beträgt 35 km/h.
Golf-Wagen
Der Erfinder Heinrich Schmid aus dem bayerischen Deggendorf stellt im Juni 2003 den nach seinen Angaben ersten kommerziellen Stickstoff-Motor der Welt vor, an dem er seit 1999 arbeitet. Mittlerweile hat der frühere Fachlehrer in Deggendorf eine Firma mit 17 Mitarbeitern gegründet. Sitz der N-GINE Corporation ist jedoch in Westlake Village, Kalifornien, da Schmid dort an die Börse gehen will. Eine Anschubfinanzierung über eine Million Euro haben zunächst Privatanleger über einen Investmentfonds sichergestellt. Der Motor, der in Amerika produziert werden soll, arbeitet mit in einem Hochvakuumbehälter gespeicherten und auf minus 197°C heruntergekühlten Flüssig-Stickstoff, der bei Umgebungstemperaturen verdampft, sich dabei um das Achthundertfache des früheren Volumens ausdehnt und die gespeicherte Energie – ähnlich wie bei einen Duckluft-Motor – als mechanische Energie abgibt. Derzeit wird der Motor in einem Boot auf der Donau getestet, außerdem liegt ein Auftrag vor, für das Michael-Schumacher-Kart-Center in dessen Heimatstadt Kerpen zunächst fünf Kart-Modelle auf Stickstoff-Antrieb umzubauen.
Im Februar 2004 erhält N-GINE auf der SEATEC-Messe in Carrara, Italien, den Qualitec Award, und im September wird Prototyp eines mit Stickstoff betrieben Golf-Wagens präsentiert. Außerdem wird ein Schuhschachtel-großer Motor vorgestellt, der rund 60 kW Leistung haben soll, pneumatisch kontrolliert wird und nur drei bewegliche Teile besitzt. Er besitzt keine Ventile und startet selbständig.
Die Technologie der Druckluft- und Stickstoff-Motoren öffnet jedenfalls ein sehr weites Feld an nicht umweltschädlichen und eher auf ‚low-tech’ basierenden Mobilitätskonzepten, denen man nur viel Erfolg wünschen kann.
Druckgas-Speicher
Eine bisher noch wenig beachtete Möglichkeit der Energiespeicherung besteht in der Kompression von Gas. Auf der Hannover-Messe 2004 stellt die Firma rosseta Technik GmbH (s.u. Schwungradspeicher) daher einen Druckgas-Speicher vor, der künftig mit einem Energieinhalt von 2 kWh und einer Leistung von bis zu 4 kW auf den Markt kommen soll. Der Vorteil der Anlage gegenüber z.B. Bleibatterien besteht in der wesentlich größeren Lebensdauer unabhängig von der Anzahl und Tiefe der Entladungen. Da die Anlagen allerdings größer und schwerer sind, kommen als Anwendungen vor allem der stationäre Einsatz zur Strom-Speicherung alternativer Energiequellen wie Solarzellen, insbesondere in Inselnetzen, in Frage. Der Speicher hat eine fast unbegrenzte Lebensdauer und kennt keine Selbstentladung.
Das Unternehmen begann im Mai 2003 mit einer einfachen Versuchsanlage, die aus einem 50 l-Druckgas-Speicher, einer Motor-Pumpeneinheit und einem Ausgleichsbehälter für Flüssigkeiten besteht. Die speicherbare Energiemenge beträgt bei 250 bar Enddruck 150 Wh. Es zeigte sich, daß ein Druckgasspeicher besonders für langsame Speichervorgänge geeignet ist, da die Verluste durch die Erwärmung des Gases bei der Kompression bzw. Abkühlung bei Entspannung in diesem Fall ziemlich gering sind. 2005 will das Unternehmen mit dem Aufbau einer ersten Prototypanlage beginnen.
Supraleitende Magnetspeicher
Supraleitende Magnetische Energiespeicher (SMES) können auch als extreme Kurzzeitspeicher genutzt werden, denn eine Entladung kann hier innerhalb von nur wenigen Millisekunden stattfinden. Die Speicherung der elektrischen Energie findet hierbei in einem Magnetfeld statt, das von supraleitenden Magnetspulen innerhalb von 10 Sekunden aufgebaut wird, und das ähnlich wie ein Fusions-Magnetfeld-Torus beschaffen ist. Solange der supraleitende Zustand erhalten bleibt, kann auch die Ladung beliebig lange erhalten werden. Für bestimmte Experimente wird in den USA ein Magnetspeicher mit der Kapazität von 200 MW/s (= 56 kW/h) entwickelt.
Ein noch gewaltigerer unterirdischer Stromspeicher als Energielieferant für Strahlenwaffen wird 1987 von US-Wissenschaftlern vorgeschlagen. Aus supraleitenden Materialien soll ein Magnetspeicher mit 100 m Durchmesser tief in den Fels gebettet werden, damit sich die ringförmige Riesenspule nicht mit ihren eigenen Kraftfeldern zersprengt. Ein Kampflaser könnte diesem Speicher 1.000 Millionen Watt starke Stromstöße von 100 Sekunden Dauer entziehen. Die hierfür veranschlagten Kosten betragen 800 Mio. $.
Wenn es gelänge, neuartige Materialien einzusetzen, die nicht erst in der Nähe des absoluten Nullpunktes supraleitend werden, könnte das Prinzip auch wirtschaftlich interessant werden: Eine 800-Meter-Spule kann so z.B. über fünf Stunden lang einen Spitzenbedarf von 1.000 MW decken. Die elektromagnetischen Felder einer derartigen Anlage würden allerdings im Umkreis von vier Kilometern jedes elektronische Gerät zerstören, wird hinzugefügt.
1990 erfolgt im Rahmen eines Werkstattgesprächs des BMFT zwischen Fachleuten aus Industrie und Wissenschaft eine Neubewertung der Supraleitung als Speichertechnologie. Man spricht über Spulen, die in Bergwerken tiefer als 400 m installiert werden und als rentable Stromlager für wenigstens 24 Stunden dienen sollen, um Verbrauchsspitzen und Lasttäler auszugleichen. Auch tagsüber gespeicherter Sonnenstrom kann so verlustfrei gespeichert werden.
Im Anschluß an eine Vorstudie, der zufolge SMES mit einer Leistung von 100 MW und einem Energieinhalt von 2 MW/h eine sinnvolle Baugröße darstellen, stellt das BMFT 1994 einen Betrag von 1,68 Mio. DM für eine Projektentwicklung bis 1996 zur Verfügung, bei der es darum geht, SMES als sogenannte Sekundenreserve im europäischen Verbundnetz zu nutzen.
Nach dem Stand von 2003 liegt die Energiedichte bei SMES-Systemen über 5 kWs/kg Speichermasse, die Leistung beträgt etwa 7 MW, die Lebensdauer-Zyklenzahl ca. 1 Million und die Energieeffizienz etwa 90 %. Stand-by-Verluste entstehen durch die benötigte Kühlleistung, die Kosten belaufen sich auf 30 bis 200 T€/kWh Speicherkapazität.
Für den Verkehr und zu ähnlichen Zwecken kann das Prinzip wegen seiner überaus komplizierten Beschaffenheit bislang allerdings noch nicht angewandt werden.
