Abwärme als Energiequelle

Effiziente und umweltschonende Verfahren zur Energienutzung können einen wichtigen Beitrag zur Eindämmung des Klimawandels leisten. Ein möglicher Weg ist die Nutzung von Niedertemperaturabwärme unter 100 Grad Celsius. Sie fällt bei verschiedenen Prozessen in erheblichen Mengen an. Um diese Art der Energie nutzbar zu machen, sind allerdings einige Problem zu überwinden.

Wilhelm Schwieger vom Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik der Universität Erlangen-Nürnberg http://www.uni-erlangen.de beschäftigt sich mit Prozessen zur Transformation von Niedertemperaturwärme und der Entwicklung von Speichermaterialien für Wärme oder Kälte. Um die überschüssige Abwärme, die etwa in Motoren oder durch Sonneneinstrahlung entsteht, nutzbar zu machen, muss sie zuerst umgewandelt und gespeichert werden.

Bisherige Systeme nicht geeignet

„Wärmetransformatoren, wie sie bisher im Einsatz sind, sind für die meisten Anwendungsfelder nicht leistungsfähig genug“, so Schwieger gegenüber pressetext. „Zum Speichern von Wärme sind Adsorptionsmittel erforderlich, auf deren Grenzflächen Moleküle eines anderen Stoffes haften bleiben, sich dort anreichern und dabei Wärme erzeugen.“ Derzeit werden Wärmetransformationsprozesse vor allem durch die Verwendung von ineffizienten Adsorbentien limitiert.

Das Hauptaugenmerk hat der Forscher auf das Sorptionssystem Wasser/Zeolith ausgerichtet. „Bei diesem ist ein hohes Potenzial zur Transformation von Niedertemperaturabwärme bereits nachgewiesen“, so Schwieger. Zeolithe sind natürlich vorkommende oder synthetisierte Kristalle auf der Basis von Aluminium und Silizium. „Sie sind von mikroskopisch kleinen Poren und Kanälen durchzogen und können darin beispielsweise Wasser aufnehmen und beim Erhitzen wieder abgeben, ohne dass ihre Kristallstruktur dabei zerstört wird.“

Systematische Suche nach geeigneten Materialien

„Zeolithe aus Aluminiumphosphat lassen sich standardmäßig herstellen“, erklärt der Experte. „Das erste Muster ist natürlich teurer als eine große Menge.“ Überzeugt hat die Forscher allerdings die vierfache Kapazität dieser Adsorbentien gegenüber vorherigen Substanzen. „Wir haben eine systematische Herangehensweise auf der Suche nach den geeigneten Materialien unternommen.“

Nun wollen die Forscher den Einfluss unterschiedlicher Porensysteme im Hinblick auf ihre Affinitäten zu Wasser systematisch analysieren. Ausgehend von der Entwicklung optimaler Syntheseverfahren ist ein Brückenschlag bis hin zu Anwendungstests vorgesehen. „Vor allem sollen die Struktur-Eigenschaft-Wirk-Beziehungen der zeolithischen Aluminiumphosphate für die Wasserdampfsorption erarbeitet werden, um neue Materialien für effektive Wärmepumpen vorschlagen zu können“, so der Forscher.

Die Studien laufen im Rahmen des bayrischen Forschungsverbunds „Energieeffiziente Technologien und Anwendungen“ FORETA, in dem sich neun Universitäten und Hochschulen sowie zahlreiche mittelständische Unternehmen als Partner zusammengefunden haben.