Salz und Wasser: Wegbereiter für die Speicherung von Wärmeenergie mit hoher Dichte
Die Energie der Sonne ist praktisch unbegrenzt erneuerbar und ohne geopolitische Hindernisse zugänglich. Derzeit umfassen kommerzielle aktive Solarsysteme für Wohngebäude für Heizung, Kühlung und Warmwasser einen Kurzzeit-Wärmespeichertank. Mithilfe dieses Tanks kann die Wärme einige Stunden lang gespeichert und der Betrieb für kurze Zeit verlängert werden, wenn Wolken aufziehen oder die Nacht anbricht. Er kann jedoch nicht ganzjährig in Gebieten mit weniger Sonne, einschließlich Mittel- und Nordeuropa, oder für das zunehmend regnerische Wetter selbst in historisch sonnenreichen Regionen genutzt werden. Eine saisonale Wärmespeicherung ist erforderlich, um das Potenzial der Solarenergie voll auszuschöpfen. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts SWS-HEATING wurde ein innovatives, kosteneffizientes System für die saisonale Wärmespeicherung entwickelt, das Wärme monatelang speichern kann. Es wird die breite Einführung aktiver Solarsysteme für Wohngebäude überall auf der Welt fördern – unabhängig von Wetter und Klima.
Selektive Wasser-Sorptionsmittel für die saisonale Wärmespeicherung
Laut Projektkoordinator Sotirios Karellas vom Laboratory of Steam Boilers and Thermal Plants (Labor für Dampfkessel und Wärmeanlagen) an der Nationalen Technischen Universität Athen „beruht ein einfaches Konzept für die saisonale Wärmespeicherung, das derzeit entwickelt wird, auf unterirdischen Wassertanks mit großem Fassungsvermögen, doch die hohen Herstellungskosten und der große Platzbedarf schränken die Anwendungen ein, insbesondere für den Energiebedarf von Wohnhäusern. Latentwärmespeicherung und elektrochemische saisonale Energiespeicherung stecken noch in den Kinderschuhen und sind mit Herausforderungen in Bezug auf Stabilität und Kosten verbunden.“ Das Team von SWS-HEATING konzentrierte sich auf selektive Wasser-Sorptionsmittel, bei denen ein anorganisches Salz mit einer porösen Wirtsmatrix imprägniert ist, um Wassermoleküle einzufangen (zu adsorbieren). Es können viele Wirtsmatrizen und Salze verwendet werden, um die Eigenschaften an die jeweiligen Anwendungen anzupassen. Darüber hinaus haben selektive Wasser-Sorptionsmittel mehrere Vorteile gegenüber anderen Sorptionsmitteln: minimaler Wärmeverlust – perfekt für langfristige (saisonale) Speicheranwendungen –, hohe Wärmespeicherdichte und kostengünstige Produktion.
Ein neues Wasser-Sorptionsmittel und ein Einzelplattenwärmetauscher
„Im Rahmen von SWS-HEATING wurde ein neuartiges Material für selektive Wasser-Sorptionsmittel entwickelt, dessen Speicherdichte in Labortests um mehr als 20 % höher ist als die von bestehenden Materialien für selektive Wasser-Sorptionsmittel. Nach 1 000 Alterungsprüfungszyklen unter härteren Arbeitsbedingungen als in der Realität wurde es nicht abgebaut und verlor auch nicht an Adsorptionskapazität“, so Karellas. Ein vom SWS-HEATING-Team entwickelter Einzelplattenwärmetauscher für selektive Wasser-Sorptionsmittel kann sowohl als Adsorber/Desorber als auch als Verdampfer/Kondensator eingesetzt werden. Mithilfe dieser beachtlichen technologischen Leistung können die Kosten erheblich gesenkt werden, da nur noch ein Wärmetauschertyp hergestellt wird, der für jede Anwendung anders montiert wird. Entscheidend ist, dass „der Adsorber/Desorber-Wärmetauscher für selektive Wasser-Sorptionsmittel ein fast dreimal größeres Adsorptionsmittelvolumen im Verhältnis zum Volumen der Wärmeträgerflüssigkeit aufweist (2,73 im Vergleich zu 1,1-1,4 bei handelsüblichen Wärmetauschern). Das bedeutet, dass viel mehr Adsorptionsmittel zur Verfügung steht, um Wassermoleküle einzuschließen, was die Speicherdichte und die Leistung erhöht“, ergänzt Karellas.
Solarstrom für Wohngebäude – das ganze Jahr über, überall auf der Welt
„Dank der fruchtbaren Zusammenarbeit zwischen den Mitgliedern des Konsortiums und den Projektverantwortlichen der Europäischen Kommission konnten wir die Schwierigkeiten in Bezug auf die Verfügbarkeit von Materialien und Lieferunternehmen sowie die Kosten, die Herausforderungen und die Quarantänen während der COVID-19-Pandemie überwinden“, so Karellas. Trotz aller Widrigkeiten wurde im Rahmen des Projekts erfolgreich der ganzheitliche SWS-HEATING-Prototyp mit selektivem Wasser-Sorptionsmittel, Wärmetauscher und einem intelligenten Steuerungssystem entwickelt und hergestellt, was den Konzeptnachweis ermöglichte. „Unsere Technologie für die saisonale Wärmespeicherung mit minimalem Wärmeverlust kann bis zu 60 % des jährlichen Energiebedarfs eines Wohngebäudes decken und ermöglicht die Nutzung der Sonnenenergie in Regionen mit begrenzter Sonnenverfügbarkeit im Winter. Es könnte ein Durchbruch für den Wohnungssektor sein, der eine erhebliche Senkung der Energiekosten und Emissionen ermöglicht und die Energiepolitik und Unabhängigkeit der EU fördert“, so Karellas abschließend.
Schlüsselbegriffe
SWS-HEATING, Energie, solar, selektives Wasser-Sorptionsmittel, saisonale Wärmespeicherung, Einzelplattenwärmetauscher, Adsorptionsmittel, Solarenergie
