Thermochemische Kälteerzeugung und

Thermochemische Kälteerzeugung und Energiespeicherung

FAKULTÄT III Prozesswissenschaften

Das System Zeolith-Wasser – ein Model für die Zukunft?

PIW Projekt 10/11

Ventil 1

Temperaturfühler

Adsorptiv Wasserdampf

Evakuierungsöffnung

Versuchsaufbau der Projektgruppe

2

3

Evakuierungsöffnung

Adsorbens Zeolith

Wasser

Temperaturfühler

4

Temperaturmessgerät

Temperaturmessgerät

Adsorptionsprozess

Durch Wärmeübertragung zwischen Umgebung und Wasser kann z.B. mit einem Wärmetauscher eine Klimaanlage betrieben werden.

Temperatur-Zeit-Diagramm des Wassers aus eigenem Versuch und eigener Simulation

21 19

Temperatur [°C]

Die Adsorption beschreibt den Vorgang der Anlagerung von Gasen oder Flüssigkeiten an der Oberfläche fester Körper. In diesem Versuch werden hierzu Wasser und Zeolith verwendet. Nach dem Evakuieren der Kammern und Öffnen des Ventils, strömt Adsorptiv 1 , aufgrund der unterschiedlichen Druckverhältnisse, in die Zeolithkammer. Das Adsorptiv entsteht durch das Verdampfen des Wassers 2 bei geringem Druck, das dadurch stark abkühlt. Im Zeolithbehälter lagert sich Wasserdampf an der Oberfläche des Adsorbens 3 an. Bei dieser Anlagerung wird Wärmeenergie frei (Adsorptionsenthalpie ∆Hads≈ 4-40 kJ/mol), die vom Adsorbens aufgenommen wird. Die Aufnahmefähigkeit des Zeoliths hängt hauptsächlich von Druck, Temperatur und Beladung ab. Das entstehende Adsorbat 4 kann durch Wärmezufuhr aus dem Adsorbens ausgetrieben (Desorption) werden, um den Prozess von Neuem starten zu können.

Adsorbat adsorbiertes H2O

17

Versuch

15

Simulation

13 11 9 7 5 3 1

-1 -3

Zu den Parametern des Diagramms bzgl. Simulation: MZeolith = 0,8 kg | M Wasser(t0 ) = 0,15 kg | Diffusionskoeffizient = 1,32 · 10-6 kg/Pa · s | Anfangsbeladung Zeolith = 0,1 %

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90 100 110 120

Zeit [s]

Technikperspektiven Adsorptions- und Absorptionsverfahren werden hauptsächlich zur Gebäudeklimatisierung verwendet. Es existieren bereits marktreife Anlagen, die mit diesem Verfahren arbeiten. Diese nutzen zur Kälteerzeugung Wärme statt, wie herkömmliche Anlagen, Strom. Die Wärme kann durch thermische Solaranlagen, Kraft-Wärme-Kopplung (BHKW) oder Abwärme (Fernwärme) von anderen technischen Prozessen bereitgestellt werden. Bei den genannten Beispielen wird gerade im Sommer sehr viel Wärme erzeugt, die ansonsten ungenutzt in die Atmosphäre entweichen würde. Hierbei liegt das große Potential der Adsorptions- und Absorptionsanlagen: Sie nutzen die überschüssige Wärme, um Kälte zu erzeugen. Mit einem speziellen Absorptionsverfahren, dem Honigmann-Prozess, kann auch Wärme in mechanische Arbeit umgewandelt werden und z.B. elektrischen Strom erzeugen. Bei den genannten Prozessen besteht noch erheblicher Entwicklungsbedarf, um mit konventionellen Anlagen konkurrieren zu können. Die Leistungswerte sind im Vergleich geringer und Investitionskosten höher. Aus wirtschaftlicher Sicht sind sie daher häufig noch unattraktiv.

Adsorptions- und Absorptionsanlagen sind zukunftsträchtige Modelle für umweltfreundliche Energieerzeugung und -speicherung.

Quelle: modifiziert aus Mähr, C.: Vergessene Erfindungen, DuMont Literatur und Kunst Verlag 2003

Der Honigmann-Prozess nutzt die unterschiedlichen Drücke und Siedetemperaturen von Flüssigkeiten, um mechanische Arbeit (z.B. elektrischer Strom) zu produzieren. Der Prozess eignet sich hervorragend zum Speichern von überschüssigem Strom erneuerbarer Energien oder Abwärme.

PIW Projekt 2010/2011 | 31b Joris Weigert, Jens-Christian Gantert, Stephan Mrusek, Jasmin Garten, Albert Dietrich, Friedrich Horn, Mechthild Siegler, Erik Stimm, Slavi Terziev, Mirko Stienen