sCO2basierten

sCO2-basierte Systeme beziehen sich auf Technologien, die superkritisches Kohlendioxid (CO2) als Arbeitsmedium verwenden. Superkrtisch bedeutet, dass CO2 Temperaturen und Drücken über dem kritischen Punkt besitzt (Tc ca. 31,1 °C, Pc ca. 7,38 MPa), wodurch es Eigenschaften von Gas und Flüssigkeit vereint. In der Praxis werden sCO2 häufig in geschlossenen Brayton-Zyklen eingesetzt, die Wärme aus einer externen Quelle in mechanische Energie umwandeln.

Der typischen Aufbau eines sCO2-Kreislaufs umfasst Kompressor, Turbine, Regenerator (Wärmetauscher) sowie Heiz- und Kühlvorrichtungen. Der Kreislauf arbeitet bei hohen Drücken, typischerweise etwa 8 bis 25 MPa, und Temperaturen im Bereich von 300 bis 600 °C, abhängig von der Anwendung. Die Rekuperation erhöht die Effizienz, indem Turbinenausgangsabwärme dem Verdichtungsprozess zugeführt wird. Ein zentrales Merkmal ist die hohe Dichte des CO2 im Hochdruckzustand, die zu kompakten Turbomaschinen und effektiver Wärmeübertragung führt.

Vorteile der sCO2-Technologie liegen in der potenziell hohen Wirkungsgradleistung bei moderaten Betriebstemperaturen, der Möglichkeit sehr kompakter Anlagen und geringerem Bauraum im Vergleich zu vielen wasserbasierten Rankine-Systemen. Dadurch eignen sich sCO2-Kreisläufe besonders für Standorte mit begrenztem Platz oder hohen Anschlussleistungen. Anwendungen finden sich unter anderem in Konzentrator-Sonnenenergie (CSP), Kernenergie, Geothermie sowie industrieller Abwärmenutzung und Offshore-Plattformen.

Herausforderungen betreffen Materialien und Verunreinigungen, Korrosion, Dichtungen und Schmierung bei Hochdruck. Weiterhin erfordern Dürfen auch die Sicherheit von Hochdruckanlagen und die Komplexität der Kopplung von Wärmequellen spezielle Entwicklungen in Wärmetauschern, Turbinen und Systemmodellierung. Forschungsfelder umfassen robuste Komponententeile, öl-freie Turbinen, Mikro-Kanal-Wärmetauscher und standardisierte Designcodes.