Kraft-Wärme-Kopplung: Sorptive Wärmespeicherung mit Zeolith

In Kraftwerken wird bei der Erzeugung von elektrischem Strom oft viel Wärme erzeugt, die nicht genutzt werden kann. Zum einen fehlt in ländlichen Gebieten die entsprechende Infrastruktur zur Wärmeversorgung, meist aber wären die Leitungsverluste durch die großen Entfernungen vom Erzeuger zum Verbraucher zu hoch. Eine marktfähige Speichertechnik wäre hier die ideale Lösung. Das Fraunhofer IGB in Stuttgart hat nun gemeinsam mit Industriepartnern eine vielversprechende Technik entwickelt, die die Wärme verlustfrei speichern soll. Für die breite technische Anwendung wurde die sorptive Speicherung mit Zeolith bislang nicht eingesetzt. Eine Containerlösung steht nun kurz vor der Marktreife.
Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) auf Basis der erneuerbaren Energien birgt großes Potenzial. Etwa die Hälfte der im Brennstoff enthaltenen Energie wird als Wärme freigesetzt. Statt mit wasserbefüllten Pufferspeichern lässt sich Wärme mittels sorptiver Speicherung mit Zeolith speichern. Das Besondere: Der Speicher kann drei- bis viermal so viel Wärme wie Wasser über längere Zeiträume hinweg einlagern. Die Behälter müssen demnach etwa ein Viertel so groß sein wie Wasserspeicher.
Die Speicherfähigkeit von Zeolithen wird in vielen technischen Bereichen bereits genutzt, angefangen von Geschirrspülmaschinen über Kühlaggregaten bis hin zu Gas-Wärmepumpen. Das Potenzial steckt in ihrer Oberfläche: Diese ist porös; in einem Gramm der Zeolith-Kügelchen stecken bis zu 1.000 Quadratmeter Oberfläche. Kommt das Material mit Wasserdampf in Berührung, bindet es diesen in den Poren und Wärme entsteht. Zum Speichern der Wärme wird das Wasser entfernt und das Material – wiederum mit Wärme – getrocknet. Das Prinzip ist nicht neu, doch bislang gibt es noch keine breite technische Anwendung in Speichern. „Wir haben das Prinzip aufgegriffen und technisch umgesetzt“, erklärt Mike Bicker, Gruppenleiter Wärme- und Sorptionssysteme am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB. Zusammen mit Industriepartnern, unter anderem mit ZeoSys, hat das Fraunhofer IGB den neuen Wärmespeicher entwickelt. Die Forscher zeigten zunächst an einem 1,5-Liter-Reaktor und später an einem 15-Liter-Reaktor, wie das Verfahren grundsätzlich funktioniert. Sie untersuchten, welche der verschiedenen Zeolithe sich am besten eignen und wie groß die Kügelchen sein müssen. In den Versuchen konnte darüber hinaus die Wärme ohne größere Verschleißerscheinungen viele tausend Male gespeichert werden.

Ergebnis der Versuche und Markanwendung

Die Ergebnisse übertrugen die Forscher auf eine Versuchsanlage mit 750 Liter Speichervolumen. Der Speicher befindet sich in einem transportablen Container – Wissenschaftler können so die Anlage unter realistischen Bedingungen an den unterschiedlichsten Einsatzorten testen.
Im nächsten Schritt wollen die Fraunhofer Forscher die Herstellungskosten reduzieren, die Anlage weiter optimieren und für verschiedene Anforderungen anpassen. Zentrales Ziel sei vor allem, die Wärme sowohl in Industrieanlagen speichern zu können als auch in kleineren Blockheizkraftwerken (z. B. Wohnhäuser). Industrielle Anwendungen stünden zunächst im Vordergrund: „Ideal wäre eine Art Baukastensystem, aus dem man den Speicher je nach Anforderung zusammensetzen kann“, so Blicker.

Wärme, Kälte und Strom speichern

BINE-Projektinfos zum Thema Speicherung von Wärme, Kälte und Strom: „Heizen mit Zeolith-Heizgerät“ (02/2005) und „Kühlgeräte mit Zeolith und Wasser“ (16/2010). Außerdem gibt basisEnergie „Wärme und Strom speichern“ (19) einen Überblick, wie Energie dann nutzbar wird, wenn sie gebraucht wird.
Quelle: bine-Informationsdienst
Foto: Fraunhofer IGB/bine-info