Nyt materiale gør køleudstyr mere energieffektive

Spildevarme fra industrien kan ofte ikke udnyttes på grund af dens lave temperatur. Med dette materiale, den kan bruges i miljøvenlige kølesystemer f.eks. inden for bygningsteknologi. Forskerholdet fra Kiel vil præsentere sit materiale og dets applikationer på Hannover Messe 2018.

Køleapparater anses for at være strømslugere, hvor der stadig bruges forurenende kølemidler, selv efter forbuddet mod chlorfluorcarboner (CFC'er). Et miljøvenligt alternativ er systemer, der i stedet bruger vand. Et forskerhold ved Institut for Uorganisk Kemi ved Kiel Universitet, sammen med Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE i Freiburg, har udviklet et meget porøst materiale, hvormed disse kølesystemer kan drives med mindre elektrisk energi end tidligere. Tidligere ubrugt spildvarme, f.eks. fra fjernvarmeanlæg, datacentre, eller varme fra solvarmekollektorer kunne bruges til det. Resultaterne er for nylig blevet offentliggjort i tidsskriftet Avancerede materialer .

Datacentre er især rigtige energifabrikker:som en bivirkning af deres drift, højtydende computere producerer meget varme, og skal derfor afkøles løbende. Som sådan, de forårsager høje energi- og strømomkostninger, samtidig med at den afgiver ubrugt spildvarme til miljøet – dens temperatur er for lav til andre formål. Teoretisk set, imidlertid, dette kan bruges til at drive energieffektive kølesystemer, som bruger vand som kølemiddel (såkaldte adsorptionsdrevne kølere). For at gøre det, det materiale, der bruges der, skal kunne optage meget vand og regenerere ved de lavest mulige temperaturer.

Miljøvenlig og ressourcebesparende køling

Det porøse materiale, udviklet af professor Norbert Stock fra Institut for Uorganisk Kemi og hans arbejdsgruppe, opfylder disse krav. På denne måde kan dele af køleprocessen af ​​adsorptionsdrevne kølere betjenes ved kun at bruge energien fra eksisterende spildvarme eller solvarmesystemer. "Dette kunne også give et vigtigt bidrag til brugen af ​​vedvarende energi, "sagde lager. For miljøvenlige systemer som dette har materialet to vigtige fordele:" Systemerne bruger mindre strøm, og vi kan producere materialet på en miljøvenlig måde, " forklarede den uorganiske kemiker.

I disse såkaldte adsorptionsdrevne kølere, køleeffekten opstår, når den omgivende varme udvindes ved fordampning af vand. Vanddampmolekylerne aflejres i hulrummene i et porøst materiale, kaldet sorbenter, dvs. adsorberes af det. I den følgende regenerative fase tørres materialet ved anvendelse af termisk energi. De lagrede vandmolekyler frigives, flydende og kan fordampes igen i næste cyklus. Materialet kan også bruges igen.

Sorbenter, der anvendes i kølesystemer, er sædvanligvis krystallinske zeolitter eller silicageler, som let kan optage vand på grund af deres struktur. Forskergruppens materiale udviser særligt gode sorptionsegenskaber:det kan absorbere meget vand meget hurtigt, og slip det også hurtigt igen - selv ved en lav temperaturstigning. Materialet er dermed hurtigt klar til brug igen. "Dette er gjort muligt af den optimale størrelse af porerne i materialet, og dets perfekte interaktion med vandmolekylerne, " forklarede Stock. Den meget porøse krystalstruktur af "CAU-10-H - som er det officielle navn på materialet, opkaldt efter udviklingssted, versionsnummer og forkortelsen for brint - er et eksempel på en metal organisk ramme (MOF). De er blevet testet inden for en lang række anvendelsesområder i de senere år.

Fra grundforskning til praktisk anvendelse

Kiel -arbejdsgruppen har allerede i lang tid forfulgt opdagelsen af ​​nye MOF'er - men tidligere kun som ren grundforskning. Til overførsel til en industriel anvendelse, de arbejdede sammen med kolleger fra Fraunhofer ISE for at belægge kommercielt tilgængelige varmevekslere med deres materiale. "Undersøgelsen af ​​varmeveksleren under anvendelsesrelaterede forhold viser materialets høje potentiale" sagde Dr. Stefan Henninger fra ISE. I laboratoriet, materialet kan allerede fremstilles i kilogram mængder under milde reaktionsbetingelser, ved en temperatur på 100°C med vand som opløsningsmiddel ("grøn syntese"). "For at producere materialet til industriel brug i større skala, vores næste skridt er at kontakte andre virksomheder, " sagde Stock. De har allerede søgt om patent på deres produktionsmetode.