Szenarien für eine neue „Eisenzeit“: Eisen als ergänzender Energieträger neben Wasserstoff
Eisen besitzt das Potenzial, künftig als chemischer Energiespeicher zu fungieren und große Mengen erneuerbarer Energie langfristig bereitzustellen. In einem geschlossenen Kreislauf wird Eisenpulver CO2-neutral verbrannt und anschließend durch Energieeinsatz wieder in seine ursprüngliche Form zurückgeführt. Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben erstmals umfassend das Potenzial dieser Technologie für die Stromerzeugung analysiert. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass Eisen Wasserstoff nicht ersetzt, jedoch in einem klimaneutralen Energiesystem eine sinnvolle Ergänzung darstellt. Die Studie wurde in Chem Circularity veröffentlicht (DOI: 10.1016/j.checir.2026.100047).
Transportabler Energieträger für erneuerbare Energien
Ob Windenergie von Küstenstandorten oder Solarstrom aus Wüstenregionen – Eisen könnte als transportabler Energieträger dienen, um erneuerbare Energien global nutzbar zu machen. Julia Schuler vom Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) des KIT erläutert: „Der Prozess erfolgt in einem Kreislauf ohne Emission von Kohlendioxid oder schädlichen Stoffen.“ Dabei wird Eisenpulver verbrannt, wobei Eisenoxid (Rost) als Rückstand entsteht. Dieses wird anschließend mithilfe von erneuerbarem Wasserstoff wieder zu Eisen reduziert, wobei Sauerstoff entfernt wird. Das so gewonnene Eisenpulver kann erneut verwendet werden.
Das Verhalten von Eisenpulver in der Verbrennung ähnelt dem von Kohle, weshalb die Forschung untersucht, ob bestehende Kohlekraftwerke auf Eisenfeuerung umgerüstet werden können. Hauptsächlich wären Anpassungen im Wärmeerzeuger erforderlich, während andere Kraftwerkskomponenten wie Dampfkreislauf, Turbinen, Generatoren und Netzanschluss weiterhin genutzt werden könnten.
Integration des Eisenkreislaufs in die Wasserstoffwirtschaft
Aufbauend auf dem Forschungsprojekt „Clean Circles“ zur Eisenkreislauf-Technologie haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des KIT in einer von der Stiftung Energieforschung Baden-Württemberg geförderten Studie untersucht, wie der Eisenkreislauf in einem klimaneutralen europäischen Energiesystem zur Stromerzeugung eingesetzt werden kann. Hierfür wurde das Energiesystemmodell PERSEUS um Optionen zur Umrüstung von Kohlekraftwerken, Reduktionsanlagen sowie Speicher- und Transportinfrastruktur erweitert. Mit diesem Modell wurde die Entwicklung des europäischen Energiesystems bis 2050 optimiert, wobei der Eisenkreislauf mit anderen Technologien wie Batterien, Wasserstoffspeichern und Wasserstoffkraftwerken konkurrierte.
Die Analyse ergab, dass Eisen die wasserstoffbasierte Stromerzeugung nicht verdrängt, jedoch als Ergänzung insbesondere für Langzeitspeicher Vorteile bietet. Eisenpulver lässt sich vergleichsweise einfach lagern und transportieren, während Wasserstoff umfangreiche Infrastruktur wie Pipelines, Importterminals und Untergrundspeicher erfordert. Somit ermöglicht Eisenpulver den globalen Transport erneuerbarer Energie mit reduziertem infrastrukturellem Aufwand. Gleichzeitig können lokale Reduktionsanlagen in Europa überschüssigen Strom über Wasserstoff in Eisenpulver als speicherbaren Energieträger umwandeln.
Regionale Vorteile und Potenziale in Deutschland
In den Simulationen erwiesen sich mit Eisenpulver betriebene Kraftwerke insbesondere in Ländern mit begrenzten Wasserkraftressourcen oder eingeschränkten Möglichkeiten zur unterirdischen Wasserstoffspeicherung als vorteilhaft. Dort kann Eisen helfen, Versorgungslücken während längerer Perioden mit geringer Wind- und Solarstromerzeugung zu schließen und gleichzeitig die Wasserstoffinfrastruktur entlasten, wenn Importkapazitäten oder Transportwege ausgelastet sind. Aufgrund der hohen Anzahl an Kohlekraftwerken besitzt Deutschland ein besonders großes Potenzial für diese Technologie, da bestehende Infrastruktur wie Turbinen, Netzanschlüsse und Wärmenetze weiterhin genutzt werden könnte.
Kosteneffizienz und Perspektiven
Die Forschenden bewerten es als positives Signal, dass mit Eisenpulver betriebene Kraftwerke in allen untersuchten Szenarien Teil eines kostenoptimalen Energiesystems waren. Julia Schuler betont: „Eisen könnte zukünftig eine spezifische, ökonomisch sinnvolle Rolle bei der Erreichung von Klimaneutralität und der zuverlässigen Bereitstellung erneuerbarer Energien spielen.“ Die tatsächliche Etablierung der Technologie hängt jedoch entscheidend von der Komplexität der Umrüstung bestehender Kraftwerke und der Effizienz der Rückführung von Eisenoxid zu Eisen ab.
Kontakt für Rückfragen
Dr. Martin Heidelberger
Stellvertretender Pressesprecher, Pressereferent
Telefon: +49 721 608-41169
E-Mail: martin.heidelberger@kit.edu
Über das Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Das KIT entwickelt im Dialog mit der Gesellschaft Lösungen für bedeutende Herausforderungen wie Klimawandel, Energiewende, nachhaltigen Umgang mit Ressourcen, Künstliche Intelligenz, technologische Souveränität und demografischen Wandel. Als Universität in der Helmholtz-Gemeinschaft vereint das KIT wissenschaftliche Exzellenz von Grundlagenforschung bis zur Anwendung unter einem Dach und nimmt eine zentrale Rolle bei der Gestaltung der Transformation ein. Mit über 10.000 Mitarbeitenden und 22.800 Studierenden bietet das KIT vielfältige Möglichkeiten zur Mitgestaltung einer nachhaltigen und resilienten Zukunft.
Originalpublikation
Julia Schuler, Armin Ardone, Viktor Slednev, Wolf Fichtner: A new iron age? The potential role of iron fuel in Europe’s clean energy transition. Chem Circularity, 2026. DOI: 10.1016/j.checir.2026.100047
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S3051294826000435?via%3Dihub
