energie-experten.org Logo

energie-experten.org

Sorptive Wärmespeicherung mit Zeolith – Containerlösung kurz vor Marktreife

Jun

03

2012

In herkömmlichen Kraftwerken, Biogasanlagen oder auch Blockheizkraftwerken wird bei der Stromerzeugung immer auch Wärme freigesetzt. Um diese Abwärme noch besser nutzbar zu machen, gibt es verschiedene Wärmespeicher. Eine vielversprechende Technik, die die Wärme im Gegensatz zu wasserbefüllten Pufferspeichern auf kleinstem Raum und über längere Zeiträume hinweg verlustfrei speichern kann, ist die sorptive Wärmespeicherung mit Zeolith.

Die Kraft-Wärme-Kopplung auf Basis erneuerbarer Energien birgt ein riesiges Potenzial, im Zuge der Energiewende energieeffizient, klimafreundlich und dezentral Strom und Wärme bereit zu stellen. Da etwa die Hälfte der im Brennstoff enthaltenen Energie als Wärme freigesetzt wird, trägt gerade die Nutzung der entstehenden Abwärme erheblich zur Effizienz bei. Daher wird die bei der Stromerzeugung entstehende Wärme in weitergehenden Anwendungen direkt verbraucht oder meist in wasserbefüllten Pufferspeichern zwischengespeichert. Diese Art der Wärmespeicherung ist jedoch nur über kurze Zeiträume möglich, denn obwohl die Pufferspeicher isoliert sind, gibt das Wasser die Wärme im Laufe der Zeit an die Umgebung ab. Eine sorptive Wärmespeicherung mit Zeolith soll dieses Problem nun lösen.

Diesen neuartigen Wärmespeicher entwickeln Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart gemeinsam mit Industriepartnern, unter anderem der ZeoSys GmbH in Berlin. Die Besonderheit bei der sorptiven Wärmespeicherung mit Zeolith ist, dass der Zeolith-Speicher drei- bis viermal so viel Wärme wie Wasser speichern kann. Die Behälter müssten also nur etwa ein Viertel so groß sein wie Wasserspeicher. Zudem hält er die Wärme über lange Zeiträume ohne Verluste und kann auch bei Temperaturen deutlich über 100 Grad Celsius arbeiten. Der Speicher enthält dabei Zeolith-Kügelchen, die üblicherweise als Ionentauscher wie z. B. zur Wasserenthärtung eingesetzt werden.

Zeolithe sind porös, ihre Oberfläche ist daher enorm groß: Ein Gramm dieser Kugeln hat eine Oberfläche von bis zu 1000 Quadratmetern. Kommt das Material mit Wasserdampf in Berührung, bindet es diesen in den Poren und Wärme entsteht. Zur Wärmespeicherung entfernt man das Wasser, indem man das Material unter Wärmezufuhr trocknet. Die Energie ist dann gespeichert. Aber anders als bei Wasserspeichern wird nicht das Material erwärmt, sondern es wird quasi nur das Potenzial, Wasser aufzunehmen und dabei Wärme freizusetzen, gespeichert. Verhindert man, dass der getrocknete Zeolith mit Wasser in Berührung kommt, kann die Wärme ohne zeitliche Beschränkung gespeichert werden. Dabei spricht man auch von einer sorptiven Wärmespeicherung.

Das Prinzip an sich ist bereits seit Langem bekannt. Eine breite technische Anwendung in Speichern gab es bislang jedoch nicht. „Wir haben das Prinzip aufgegriffen und technisch umgesetzt“, sagt Mike Blicker, Gruppenleiter Wärme- und Sorptionssysteme am IGB. Zunächst haben die Forscher in einem 1,5-Liter-Reaktor und später einem 15-Liter-Reaktor gezeigt, dass das Verfahren grundsätzlich funktioniert. „Wir haben die Prozess- und Verfahrenstechnik entwickelt und uns angeschaut, wie wir das Wärmespeicherprinzip technisch umsetzen können – also beispielsweise, wie ein Speicher aufgebaut werden muss und an welcher Stelle man Wärmetauscher, Pumpen und Ventile benötigt“, erläutert Blicker. Die Materialtests wurden von den Entwicklungspartnern übernommen: Sie haben untersucht, welche der verschiedenen Zeolithe sich am besten eignen, wie groß die Zeolithkügelchen sein sollten und ob der Werkstoff auch nach vielen Speicherzyklen noch stabil ist.

In den Versuchen konnte die Wärme viele tausend Male gespeichert werden, ohne dass das System größere Verschleißerscheinungen gezeigt hätte. Die Ergebnisse haben die Forscher auf die aktuelle Versuchsanlage übertragen: Sie umfasst 750 Liter Speichervolumen und befindet sich mit allen nötigen Zusatzaggregaten in einem transportablen Container. Somit können die Wissenschaftler die Anlage an unterschiedlichen Einsatzorten unter realistischen Bedingungen testen.

In einem weiteren Schritt werden die Forscher die Herstellungskosten reduzieren, die Anlage weiter optimieren und auf verschiedene Anforderungen hin anpassen. Ziel ist es, die Wärme sowohl in Industrieanlagen speichern zu können als auch in kleinen Blockheizkraftwerken, wie sie etwa in größeren Wohnhäusern genutzt werden. Im Vordergrund stehen zunächst die industriellen Anwendungen. „Ideal wäre eine Art Baukastensystem, aus dem man den Speicher je nach Anforderung zusammensetzen kann“, sagt Blicker.

Kommentar schreiben

Bitte melden Sie sich an, um einen Kommentar zu schreiben.

Suche
Ihr Profil
Was sind Tags? Top Tags