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Die Heizperiode in Deutschland hat wieder begonnen und im Sinne der
Energiewende rücken Konzepte für effektive Wärmenutzung und Wärmespeicher
mit flexiblen sowie hohen Speicherkapazitäten in den Fokus. Zeolith-Wärmespeicher
bieten hier hohes Potenzial, krankten bisher aber noch an einem
schlechten Wärmeübergang zwischen Speichermaterial und Wärmetauscher.
Das Fraunhofer FEP hat innerhalb des vom Sächsischen Staatsministerium für
Wirtschaft, Arbeit und Verkehr geförderten Projektes ZeoMet (FKZ 100346109)
einen neuen Weg gefunden, Zeolith-Granulat so zu beschichten, dass ein
effizienter Wärmeübergang ermöglicht wird.
Wärme repräsentiert 55 % des Endenergieverbrauchs in Deutschland und spielt deshalb für die Energiewende eine ganz entscheidende Rolle. Neben dem Primat der Vermeidung oder zumindest Minimierung von Wärmeverlusten erfordert die effektive Wärmenutzung auch geeignete Speicher, um den zeitlichen oder räumlichen Versatz von Erzeugung und Bedarf zu überbrücken. Hohe Flexibilität und Speicherkapazität versprechen hier Zeolith-Wärmespeicher, bei denen die Energie in Form von adsorbiertem Wasserdampf im inneren des hochporösen Materials gebunden ist. Ein temporär anfallender Wärmeüberschuss, etwa aus einer Solarthermie-Anlage im Sommer oder aus Abwärme produzierenden industriellen Prozessen, der zeitversetzt für Heizzwecke z. B. im Winter benötigt wird, kann zur Trocknung des Zeolith-Granulats genutzt werden, was einer Beladung des Speichers entspricht. Wird dem Material Wasserdampf zugeführt, kann die Adsorptionsenergie wieder als Wärme freigesetzt und so für Heizzwecke genutzt werden. Während der Speicherung liegt die Energie nicht in Form von Wärme vor, unterliegt damit auch nicht den unvermeidbaren schleichenden Verlusten durch Wärmeableitung, wodurch längere Speicherintervalle möglich werden als bei der direkten (sensiblen) Wärmespeicherung, beispielsweise in Wasserspeichern.
Ein bislang nicht gelöstes Problem des Sorptionsspeicherkonzepts ist der Wärmeübergang
zwischen Speichermaterial und Wärmetauscher. Hohe Wärmeübergangswiderstände zwischen Wärme zu- und abführenden metallischen Strukturen und dem als Granulat vorliegenden Zeolith sowie in der Zeolith-Schüttung selbst behindern eine effektive Be- bzw. Entladung. Versuche, Zeolith-Material direkt als dicke Schicht auf metallische Träger aufzubringen, scheitern an der mangelnden Zyklen-Stabilität dieses Metall-Mineral-Verbundes. Bei Zeolith-gefüllten Metallrohren ist das Volumenverhältnis von Träger- zu Speicher-Material dagegen unbefriedigend.
Einen neuen Weg beschreitet das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik in dem vom Sächsischen Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr geförderten Projekt ZeoMet: Zeolith-Granulat wird in einem Drehtrommelverfahren im Vakuum metallisiert und erhält so eine dünne Aluminium-Schicht (< 0,1 mm).
Projektleiterin Dr. Heidrun Klostermann erklärt: „Der Wärmeübergang ist somit für
jedes einzelne Pellet und auch zwischen den Pellets durch die hohe thermische Leitfähigkeit von Aluminium gesichert. Wir konnten in Messungen bereits nachweisen, dass das poröse Grundmaterial durch offene Kanäle in der Schicht für Wassermoleküle
dennoch zugänglich und die Sorptionskapazität des Granulats erhalten bleibt.“ Damit
ist der Wärmeübergang an der Be- und Entladestelle ebenso gesichert wie der Wärmetransport in der Schüttung zwischen den metallisierten Pellets. Auch ein Versintern des metallisierten Granulats zu größeren Baueinheiten wird möglich.
Aktuell befassen sich die Wissenschaftler des Fraunhofer FEP mit Skalierungsuntersuchungen bei Verwendung unterschiedlicher Granulat-Körnungen und -Beschaffenheiten, um auf spezifische Anforderungen unterschiedlicher Speicheranwendungen reagieren zu können. Interessierte Industrieunternehmen sind eingeladen, mit den verantwortlichen Wissenschaftlern Kontakt aufzunehmen. Gern erläutern diese die Möglichkeiten und Potenziale der Technologie und suchen die Diskussion, um weitere Arbeiten praxisorientiert und industrierelevant zu gestalten.
Zum Projekt:
Projekt ZeoMet
Verbesserung des Energieflusses in Zeolith-Wärmespeichern durch Vakuum-Metallisierung des Granulats (ZeoMet)
Fördergeber: Sächsisches Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr
Förderkennzeichen: 100346109
Laufzeit: 01.11.2019 – 31.10.2021
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Pressekontakt:
Frau Annett Arnold
Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP
Telefon +49 351 2586 333 | presse@fep.fraunhofer.de
Winterbergstraße 28 | 01277 Dresden | Deutschland | www.fep.fraunhofer.de
Drehtrommel-Anlage ALMA 1000 zur Metallisierung von Schüttgütern im Vakuum
© Fraunhofer FEP Bildquelle in Druckqualität: www.fep.fraunhofer.de/presse
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Chemistry, Energy, Materials sciences, Physics / astronomy
transregional, national
Research projects, Transfer of Science or Research
German
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