Hochleistungsbeton für die Wärmewende

In einem gemeinsamen Forschungsprojekt „HighCon“ entwickeln die ACR-Institute AEE INTEC, BTI sowie VÖZ einen für Heißwasser spezialisierten Hochleistungsbeton für unterirdische Großwasserwärmespeicher. Diese haben ein Volumen von 100 bis mehreren 10.000 Kubikmetern und speichern Energie aus erneuerbaren Quellen wie der Sonne und aus Geothermie, um Städte, Siedlungen und Produktionsbetriebe zu versorgen. Die Abdichtung dieser Speicher ist bislang nur unzureichend gelöst.

Bislang können rund vierzig Prozent der von privaten Haushalten und Industrie benötigten Wärme durch nicht-fossile Quellen gedeckt werden. Zu wenig für die notwendige generelle Entkopplung von Gas, Kohle und Öl und die Nutzung von erneuerbarer Energie. Besonders kritisch für die Energiewende ist die kurz- und mittelfristige Speicherung von Energie etwa aus Solaranlagen: „Die zunehmende Elektrifizierung in Industrie und Mobilität wird dazu führen, dass die Netzlast zwischen Tag und Nacht, Sommer und Winter sehr stark schwankt“, sagt Wim van Helden, Projektleiter bei AEE Intec. „Eine Wärmewende ist nicht zuletzt auch deshalb notwendig, damit diese Schwankungen aufgenommen und genutzt werden können.“

Unter der Leitung von AEE Intec nehmen sich das Bautechnische Institut (BTI) und die Vereinigung der Österreichischen Zementindustrie (VÖZ) eines besonders kritischen Aspekts dieser Wärmewende an: Die Abdichtung von unterirdischen Großwasserwärmespeichern. Das Kooperationslabor wird einen für Heißwasser spezialisierten Hochleistungsbeton entwickeln, der die thermische Speicherung langlebig und wirtschaftlich macht. „Die Wirtschaftlichkeit ist ein ganz wichtiger Aspekt, da sich nur dann die Energiewende rasch realisieren lässt“, so van Helden.

a Luftaufnahme von einem Großwasserwärmspeicher in Idahoe
b Betonteile für unterirdischen Wasserspeicher

„Unser Ziel sind kostengünstige Wärmespeicher. Davon profitieren wir alle.“

Wim van Helden, AEE INTEC

Unterirdische Großwasserwärmespeicher haben ein Volumen von 100 bis mehreren 10.000 Kubikmetern und speichern Energie aus erneuerbaren Quellen wie der Sonne und aus Geothermie, um Städte, Siedlungen und Produktionsbetriebe zu versorgen. Die Abdichtung dieser Speicher ist bislang nur unzureichend gelöst. Es werden vor allem Kunststoff- und Edelstahlauskleidungen eingesetzt, die beide hohe Kosten mit sich bringen: Die Polymerabdichtungen sind zwar günstig in der Herstellung, halten den hydrogeologischen Kräften und den hohen Temperaturen aber nicht lang stand, sie sind anfällig für Risse und daher wartungsintensiv. Edelstahlauskleidungen wiederum bringen hohe Material- und Herstellungskosten mit sich und bieten dennoch wenig Sicherheit. Da die Abdichtung insgesamt fast ein Viertel der Kosten eines Speichers ausmachen kann, ist sie ein wichtiger Hebel, um die Kosten zu senken und die Errichtung für mittelständische Betriebe rentabel zu machen.

Kompromisse darf es dabei nicht geben: Die Abdichtung muss dafür sorgen, dass Dämmschichten trocken bleiben und an keiner Stelle Leckagen entstehen, die abgesehen vom Wärmeverlust auch eine Erwärmung des Erdbodens und des Grundwassers mit sich bringen, es schlimmstenfalls sogar kontaminieren können.

Die Kooperationspartner betreten mit HighCon Neuland: Bislang gibt es keine standardisierten und geprüften Rezepturen für Betonmischungen, die in direktem Kontakt mit Heißwasser stehen. Auch ist unbekannt, wie die Betonzusammensetzung auf die thermische Belastung und die Einwirkung von Druck und Zugkräften reagiert. Die Auswirkungen der Heißwasser- und Druckbelastung werden daher erstmals in groß angelegten Laborversuchen systematisch getestet. Am Ende soll ein Hochleistungsbeton stehen, der auf die Anforderungen in Großwasserwärmespeichern spezialisiert ist.

Neben der Identifikation geeigneter Betonmischungen wird HighCon auch die Bautechniken für die Wand-, Boden- und Abdeckungsaufbauten weiterentwickeln. Ein wesentliches Ziel ist die Verkürzung der Bauzeit durch eine weitgehende Standardisierung und ebenso die Reduktion des Wartungsaufwands. Für die zahlreichen KMU, die im Bereich der Großwärmespeicher tätig sind, werden jeweils spezifische Bemessungs- und Materialleitfäden entwickelt. „HighCon ist essenziell, damit mittelständische Betriebe von der Wärmewende profitieren können“, so van Helden. „Die Kombination von geeigneten Betonrezepturen und guten Konstruktionen ist unser Weg zum Ziel. Das Ziel sind kostengünstige Wärmespeicher. Davon profitieren wir alle.“