Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kälte aus der Sonne

25.06.2019

Kann man mit Abwärme kühlen? Klar doch. Ein Schweizer Forschungsprojekt mit Empa-Beteiligung, das im November erfolgreich endete, hat es eindrücklich demonstriert. Nun läuft ein grösseres EU-Projekt an: industrielles Kühlen – dank der spanischen Sonne.

Manchmal ist es unumgänglich, irgendetwas aufzuwärmen. Kartoffelsuppe oder Risotto, Tomatensugo oder Schokoladenpudding – ohne Hitze nicht machbar. Ein kleiner Teil der Wärme landet im Magen, der grosse Rest heizt dagegen (ungewollt) die Umgebung auf.


Infografik HyCool

Empa

Denken wir über die Küche hinaus, fallen uns die nächsten Abwärme-Verdächtigen ein: Der Laptop wird warm, noch mehr aber der Serverpark des Internetproviders. Wir duschen heiss und lassen das warme Wasser durch den Abfluss laufen, im Waschsalon um die Ecke geschieht genau das gleiche. Schliesslich gehen wir vor die Tür und starten unser Auto: Dessen Motor verwandelt mehr als drei Viertel der Energie, die im Benzin steckt, in Abwärme und nur den kleineren Teil in den gewünschten Vortrieb.

Bis jetzt ging all diese Wärmeenergie verloren. Doch das soll sich ändern. Ein Team aus europäischen Forschern beginnt nun damit, Abwärme «einzusammeln». Ein Team der Empa ist mit dabei.

Für Matthias Koebel begann das Interesse am Wärmesammeln mit dem Schweizer Forschungsprojekt THRIVE («Thermally driven adsorption heat pumps for substitution of electricity and fossil fuels»). Angestossen hatte das Projekt IBM Research Zurich.

Das Forschungslabor in Rüschlikon stelle sich die einfache Frage: Lässt sich mit der gewaltigen Abwärme eines grossen Rechenzentrums etwas Sinnvolles anfangen? Reicht die Energie vielleicht, um genau dieses Rechenzentrum aktiv zu kühlen?

Als Partner holten die IBM-Forscher eine Reihe von Schweizer Material- und Systemspezialisten an Bord: Die ETH Zürich, die Hochschule für Technik Rapperswil (HSR), die Waadtländer Ingenieurhochschule HEIG-VD, das Paul-Scherrer-Institut (PSI) – und die Empa. Ziel war es, eine Adsorptionswärmepumpe zu entwickeln, die Abwärme in Kühlleistung verwandelt.

Adsorptionswärmepumpen nutzen Hitze, um Kühlleistung zu erzeugen. In der Kühlzone der Anlage verdunstet Wasser und sorgt für Kühlung. Der Wasserdampf wird in der warmen Zone der Anlage von einem Absorbermaterial aufgefangen. Wenn das Absorbermaterial gesättigt ist, wird es durch Hitze von aussen wieder getrocknet und steht für einen weiteren Kühlzyklus zur Verfügung.


Prototyp der Kühlanlage

Im November 2018, nach 47 Monaten Arbeit, endete das Forschungsprojekt erfolgreich. Im Rahmen von THRIVE hatten die HSR-Forscher zunächst eine Forschungswärmepumpe mit einer Leistung von 1 kW (Kilowatt) und später einen Prototyp einer Adsorptionswärmepumpe mit zehnmal grösserer Leistung erstellt. Diese Leistung würde ausreichen, um ein Einfamilienhaus in Südeuropa im Sommer zu klimatisieren.

Adsorptionswärmepumpen sind jedoch nicht nur für die Kühlung einzelner Häuser oder Serverparks nützlich, sondern könnten auch die Effizienz von Fernwärmenetzen verbessern, errechneten Forscher der HEIG-VD. Würde man sie künftig für die stationäre Wärmeversorgung einsetzen, ergäbe das schweizweit eine Energieersparnis von vier bis neun Prozent, im Bereich der Industrieabwärme noch weitere drei bis sechs Prozent, kalkulierten Forscher des PSI. Koebels Team gelang es, ein neues Absorptionsmaterial zu entwickeln. Die Kühlleistung des neuen Mittels ist mehr als dreimal grösser als die des Ausgangsmaterials zu Beginn des Projekts.

Nun möchte der Empa-Forscher auf diesem neu entwickelten Material aufbauen. «Wir haben einen porösen Kohlenstoffschwamm entwickelt, der dank seiner Mikroporen extrem viel Wasser aufnehmen kann und sich daher sehr gut für Adsorptionswärmepumpen eignet», erläutert Koebel. Das Material wird mittels Pyrolyse aus einem Kunstharz hergestellt. «Mit dieser Methode sind wir in der Lage, das Material auf den gewünschten Einsatzzweck masszuschneidern.»


Anpassbar an jeden Zweck

Dadurch lassen sich Adsorptionswärmepumpen künftig an verschiedene Aufgaben anpassen. So liefert etwa eine Holzpelletheizung höhere Temperaturen als der Abwärmestrom einer Grossküche. Um die vorhandene Wärme möglichst effizient in Kühlleistung umzuwandeln, muss das Absorbermaterial der Wärmepumpe spezifisch auf die Wärmequelle und das erwünschte Kälteniveau abgestimmt werden. «Wir definieren das passende Material zuerst anhand von Materialparametern und stellen es dann her», so Koebel.

Mit dieser Expertise ist das Empa-Team nun an einem neuen EU-Forschungsprojekt namens «HyCool» beteiligt, das im Mai 2018 startete und drei Jahre lang laufen wird. Das Ziel: Der Aromahersteller Givaudan und der spanische Lebensmittelproduzent Bo de Debò möchten den Kühlbedarf ihrer Produktionsanlagen so weit als möglich mit Hilfe von Abwärme und Solarenergie decken. Dazu wird die Adsorptionswärmepumpe mit einer herkömmlichen Wärmepumpe kombiniert. Es entsteht eine sogenannte Hybrid-Wärmepumpe, die zwar zusätzlich Strom verbraucht, dafür aber extrem flexibel ist.


Solarkühlung für spanische Fertiggerichte

Die notwendige Wärme für die Kühlung soll auf dem Dach einer spanischen Fabrik bei Barcelona solar erzeugt werden: Ein 400 Quadratmeter grosses Feld von Spiegeln bündelt Sonnenlicht auf ein Rohr. In diesem Rohr wird Wasserdampf erzeugt, der über die Adsorptionswärmepumpe die nötige Kühlleistung erbringt. Auf dem gleichen Weg erhält die Fabrik Prozesswärme von bis zu 180 Grad Celsius und Wärme von bis zu 65 Grad Celsius für die Heisswasserversorgung und die Heizung der Fabrikhallen im Winter.

Auch in Zukunft wird es notwendig sein, Dinge aufzuwärmen. Doch wir werden lernen müssen, sehr viel sorgsamer mit der erzeugten Abwärme umzugehen. Fossile Brennstoffe einsparen heisst auch: Energieverschwendung vermeiden, indem man Abwärme auf industriellem Niveau besser nutzt.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Matthias Koebel
Building Energy Materials and Components
Phone +41 58 765 4780
matthias.koebel@empa.ch

Redaktor / Medienkontakt

Rainer Klose
Kommunikation
Tel. +41 58 765 47 33
redaktion@empa.ch

Weitere Informationen:

https://www.empa.ch/web/s604/kalte-aus-der-sonne

https://hycool-project.eu/project/

Rainer Klose | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

Weitere Berichte zu: Abwärme Empa Energie HyCool Kälte Kühlleistung Kühlung PSI THRIVE Wasserdampf Wärmeenergie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Defekte in Mikrochips sichtbar machen
12.07.2019 | Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig

nachricht Auf dem Weg zu druckbaren organischen Leuchtdioden
10.07.2019 | Max-Planck-Institut für Polymerforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Beschleunigerphysik: Alternatives Material für supraleitende Hochfrequenzkavitäten getestet

Supraleitende Hochfrequenzkavitäten können Elektronenpakete in modernen Synchrotronquellen und Freien Elektronenlasern mit extrem hoher Energie ausstatten. Zurzeit bestehen sie aus reinem Niob. Eine internationale Kooperation hat nun untersucht, welche Vorteile eine Beschichtung mit Niob-Zinn im Vergleich zu reinem Niob bietet.

Zurzeit ist Niob das Material der Wahl, um supraleitende Hochfrequenzkavitäten zu bauen. So werden sie für Projekte wie bERLinPro und BESSY-VSR eingesetzt,...

Im Focus: Künstliche Intelligenz löst Rätsel der Physik der Kondensierten Materie: Was ist die perfekte Quantentheorie?

Für einige Phänomene der Quanten-Vielteilchenphysik gibt es mehrere Theorien. Doch welche Theorie beschreibt ein quantenphysikalisches Phänomen am besten? Ein Team von Forschern der Technischen Universität München (TUM) und der amerikanischen Harvard University nutzt nun erfolgreich künstliche neuronale Netzwerke für die Bildanalyse von Quantensystemen.

Hund oder Katze? Die Unterscheidung ist ein Paradebeispiel für maschinelles Lernen: Künstliche neuronale Netzwerke können darauf trainiert werden Bilder zu...

Im Focus: Artificial neural network resolves puzzles from condensed matter physics: Which is the perfect quantum theory?

For some phenomena in quantum many-body physics several competing theories exist. But which of them describes a quantum phenomenon best? A team of researchers from the Technical University of Munich (TUM) and Harvard University in the United States has now successfully deployed artificial neural networks for image analysis of quantum systems.

Is that a dog or a cat? Such a classification is a prime example of machine learning: artificial neural networks can be trained to analyze images by looking...

Im Focus: Was die Kraftwerke der Zelle in Form hält

Ein Team aus Deutschland und der Schweiz um Professor Oliver Daumke vom MDC hat untersucht, wie ein Protein der Dynamin-Familie die innere Membran der Mitochondrien verformt. Die Ergebnisse, die auch Einblicke in erbliche Erkrankungen des Sehnervs liefern, sind im Journal „Nature“ veröffentlicht.

Mitochondrien sind die Kraftwerke unserer Zellen. Hier wird Energie in Form chemischer Verbindungen wie ATP gewonnen. Um dieser Aufgabe optimal nachgehen zu...

Im Focus: Knobeln auf dem Quanten-Schachbrett

Physiker der Universität Innsbruck schlagen ein neues Modell vor, mit dem die Überlegenheit von Quantencomputern gegenüber klassischen Supercomputern bei der Lösung von Optimierungsaufgaben gezeigt werden könnte. Sie demonstrieren in einer aktuellen Arbeit, dass schon wenige Quantenteilchen genügen würden, um das mathematisch schwierige Damenproblem im Schach auch für größere Schachbretter zu lösen.

Das Damenproblem ist eine schachmathematische Aufgabe, die schon den großen Mathematiker Carl Friedrich Gauß beschäftigt hat, für die er aber erstaunlicher...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Auswandern auf Terra-2?

15.07.2019 | Veranstaltungen

Hallo Herz! Wie kommuniziert welches Organ mit dem Herzen?

12.07.2019 | Veranstaltungen

Schwarze Löcher und unser Navi im Kopf: Wissenschaftsshow im Telekom Dome in Bonn

11.07.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Auswandern auf Terra-2?

15.07.2019 | Veranstaltungsnachrichten

Beschleunigerphysik: Alternatives Material für supraleitende Hochfrequenzkavitäten getestet

15.07.2019 | Physik Astronomie

Verfahren zum Patent angemeldet: Katalysator-Herstellung in einem Schritt

15.07.2019 | Verfahrenstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics