Eisen als Langzeit-Energiespeicher: KIT untersucht Potenzial in der Stromerzeugung

Eisen könnte künftig als transportabler Energieträger dienen, um etwa Photovoltaik in Wüsten- oder Windkraft in Küstenregionen weltweit nutzbar zu machen – und das „in einem Kreislauf ohne Kohlendioxidemissionen oder umweltschädliche Substanzen“, sagt Julia Schuler vom Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Das energiewirtschaftliche Potenzial dieser bislang außerhalb von Fachkreisen wenig bekannten Technologie hat Schuler gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen in einer Studie untersucht, die jetzt in Chem Circularity veröffentlicht wurde (DOI: 10.1016/j.checir.2026.100047).

Bei der Nutzung von Eisen als Langzeitspeicher wird zur Energiegewinnung – also zum „Ausspeichern“ – Eisenpulver verbrannt, wobei Eisenoxid, also Rost, zurückbleibt. Dieses lässt sich anschließend mithilfe von Wasserstoff wieder zu Eisen reduzieren, wobei der enthaltene Sauerstoff entfernt wird. Die Erzeugung des benötigten Wasserstoffs entspricht in diesem Ablauf also dem Einspeichern von Energie.

Eisenpulver, so ein zentraler Aspekt, verhält sich in der Feuerung ganz ähnlich wie Kohle. Es stellt sich deshalb in der Forschung die Frage, „ob sich bestehende Kohlekraftwerke auf Eisenfeuerung umrüsten lassen“, so Schuler. Anpassungen wären demnach vor allem im Wärmeerzeuger notwendig, weitere Komponenten wie Dampfkreislauf, Turbinen, Generator und Netzanschluss ließen sich hingegen weiterverwenden.

Vorteile gegenüber Wasserstoff

Die von der Stiftung Energieforschung Baden-Württemberg geförderte Studie baut auf Erkenntnissen aus dem Forschungsprojekt „Clean Circles“ auf und geht der Frage nach, wie sich der Eisenkreislauf zur Stromerzeugung in einem klimaneutralen europäischen Energiesystem einsetzen lässt. Für die Untersuchung wurde das öffentlich zugängliche Energiesystemmodell PERSEUS um die Option zur Umrüstung von Kohlekraftwerken sowie um Reduktionsanlagen, Speicher- und Transportwege erweitert. Hiermit simulierte das Forschungsteam die Entwicklung des europäischen Energiesystems bis 2050. Der Eisenkreislauf stand dabei in Konkurrenz mit anderen Technologien wie Batterien, Wasserstoffspeichern und Wasserstoffkraftwerken.

Der zentrale Befund lautet: Eisen ersetzt die wasserstoffbasierte Stromerzeugung nicht, kann diese aber sinnvoll ergänzen und bietet insbesondere als Langzeitspeicher Vorteile. Das Pulver lasse sich, anders als Wasserstoff, vergleichsweise einfach lagern und transportieren. Somit ließen sich der Ertrag aus Erneuerbare-Energien-Anlagen auch global mit geringerem infrastrukturellem Aufwand transportieren. Gleichzeitig ließen sich lokale Eisenreduktionsanlagen über den Zwischenschritt der Wasserstoffproduktion zum Einspeichern von Stromüberschüsse in Europa nutzen.

Großes Potenzial auch für Deutschland

Besonders attraktiv ist die Option von mit Eisenpulver befeuerten Kraftwerken den Simulationen zufolge in Ländern mit begrenzten Möglichkeiten zur Wasserkraftnutzung oder zur unterirdischen Speicherung von Wasserstoff. Hier könne Eisen dazu beitragen, Versorgungslücken während längerer Phasen mit wenig Wind- und Photovoltaikerzeugung zu überbrücken. Gleichzeitig entlaste diese Option die Wasserstoffinfrastruktur, wenn deren Importkapazitäten oder Transportleitungen an ihre Grenzen stoßen. Das Potenzial sei auch in Deutschland mit seinen immer noch vielen Kohlekraftwerken besonders groß.

Hinsichtlich der Kosten hätten die Studienergebnisse ermutigende Resultate ergeben. Die mit Eisenpulver befeuerten Kraftwerke seien über alle betrachteten Szenarien hinweg Bestandteil eines kostenminimalen Energiesystems gewesen. „Eisen könnte zukünftig eine spezifische, aber ökonomisch sinnvolle Rolle dabei spielen, Klimaneutralität zu erreichen und erneuerbare Energien zuverlässig verfügbar zu machen“, so Julia Schuler. Ob tatsächlich eine „Eisenzeit“ für das Energiesystem anbreche, hängt demnach maßgeblich von zwei Faktoren ab: dem Aufwand der Umrüstung bestehender Kraftwerke und der Effizienz der Reduktion von Eisenoxid zu Eisen.