Termisk lagring til energiomstilling

I Tyskland, 55 procent af det endelige energiforbrug går til opvarmning og køling. Imidlertid, meget varme forsvinder ubrugt, fordi den ikke genereres efter behov. Termisk opbevaring ved hjælp af zeolitmateriale gør det muligt at lagre varmen i lange perioder uden at miste noget. Fraunhofer-forskere arbejder nu på markant at forbedre zeolitternes varmeledningsevne.

Mange tage huser i dag solfangere, der forsyner boliger med varmt vand. Dette fungerer ganske godt om sommeren; imidlertid, varmebehovet topper om vinteren, når boliger har brug for opvarmning. Termisk opbevaring skal derfor kunne opbevare en del af overskudsvarmen til brug på et senere tidspunkt. Traditionelt, store vandtanke er blevet brugt til dette formål; vand opvarmes i disse tanke, og varmen lagres derefter direkte som varme. Problemet med denne metode er, at der kræves store mængder, og på trods af god isolering, varme går også tabt. I modsætning, termokemisk lagring gør det muligt at bevare termisk energi produceret om sommeren til brug i den kolde vinter. Zeolitter er en sådan opbevaringsløsning. I modsætning til vand, zeolitter lagrer ikke varmen direkte - i stedet, varmen fjerner vandet, der er lagret i materialet. I den energiske tilstand, zeolitter er derfor fuldstændig tørre; omvendt, når vanddamp ledes gennem pillerne, varme frigives. Fordelen ved dette er, at energien ikke lagres i form af øget varme, men i form af en kemisk tilstand. Det betyder, at varme ikke går tabt ved langtidslagring. Der er en ulempe:Zeolitter har dårlig varmeledningsevne, hvilket gør det vanskeligt at overføre varmen fra varmeveksleren til materialet og tilbage.

Belægning med aluminium

Et team af forskere ved Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Electron Beam og Plasma Technology FEP har nu løst dette problem gennem deres arbejde med ZeoMet-projektet. "Vi har coatet zeolitpillerne med aluminium - denne fordoblede termiske ledningsevne efter blot det første forsøg uden at påvirke vandadsorption og desorption negativt. Vi sigter i øjeblikket på at øge dette med fem til ti gange ved at justere belægningerne, " siger Dr. Heidrun Klostermann, Projektleder hos Fraunhofer FEP. Selvom dette lyder relativt simpelt, det giver faktisk betydelige udfordringer. Det betyder, at for en liter granulat med en kornstørrelse på fem millimeter, omkring ti tusinde af disse små piller skal være jævnt belagt med aluminium. For en kornstørrelse på en millimeter, det svarer til en million pellets med et samlet overfladeareal på 3,6 m ² . Jo mindre kornet er, jo mere udfordrende processen. Imidlertid, mindre korn øger også den specifikke effekttæthed for termiske lagringssystemer. For at opnå tilstrækkelig varmeledningsevne, pelsen skal også være titusinder af mikrometer tyk - til vakuumbelægningsprocesser, dette er meget tykkere end normen.

Alligevel, forskerne overvandt disse udfordringer. For at gøre det, de så på termisk fordampning, hvorved aluminiumtråd kontinuerligt føres på en opvarmet keramisk plade i vakuum, hvor aluminiumet fordampes og afsættes på granulatet som et lag af aluminium. Pellets skal løbende cirkuleres i en tønde, så de alle dækkes jævnt. "Den største vanskelighed lå i at belægge granulatet, mens det ruller rundt, samt at sikre, at belægningen blev påført jævnt i tilstrækkelig grad, " siger Klostermann. "Det fremragende samarbejde mellem vores ingeniører, fysikere og finmekanikere var det vigtigste aktiv i at hjælpe os med at opnå dette."

Også mulighed for køling

Ikke alene er zeolitter en god metode til termisk opbevaring:De kan også hjælpe med at give køling til husholdningsbrug sammen med solfangere såvel som til mobile applikationer. For eksempel, i erhvervskøretøjer, varme tabt fra kraftenheden kan bruges til aircondition som en del af en termokemisk cyklus. Fra Fraunhofer FEP-forskernes synspunkt, de hybridmaterialer, der bruges til dette, giver nye udfordringer. Som resultat, forskerne søger at styrke deres forbindelser med materialeudviklere og systemingeniører fra forskning og industri, i håb om at fremme løsninger til fleksibel forsyning af varme og køling.