Forschung für unsere Zukunft

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StoreITup! Neuartige thermische Speicher bis 300°C

Um die 2020-Ziele der EU hinsichtlich Energieeffizienz als auch Steigerung des Anteils von Erneuerbaren zu erreichen, kommt Energiespeichern eine zentrale Rolle zu. Da etwa die Hälfte des EU-Gesamtenergieaufkommens in Form von thermischer Energie benötigt wird, sind thermische Speicher von besonderer Bedeutung. Mit dieser Technologie lässt sich eine zeitliche Entkoppelung von Wärmeangebot und –nachfrage erreichen, wodurch eine erhöhte Nutzung von diskontinuierlicher Abwärme als auch eine vermehrte Einbindung von zeitlich fluktuierender Solarenergie möglich wird. Momentan sind zwar bereits einige Speichertechnologien in verschiedenen Entwicklungsstadien verfügbar, diese haben jedoch unterschiedliche Nachteile hinsichtlich Kosten, Langzeitbeständigkeit, oder Umweltverträglichkeit. Vor allem im Bereich über 100°C erfordert das Standardmedium Wasser/Dampf erhöhten technischen und damit ökonomischen Aufwand, weshalb gerade hier Technologiesprünge notwendig sind. Die meisten industriellen Prozesse als auch (urbanen) Wärmenetze benötigen Energie auf einem zeitlich konstanten Temperaturniveau. Hier sind Latentwärmespeicher den gängigeren sensiblen Speichertechnologien überlegen, da diese, aufgrund des physikalischen Funktionsprinzips, genau das bewerkstelligen: während des Phasenüberganges bleibt die Temperatur des Speichers nahezu konstant und trotzdem sind hohe Leistungen möglich, da die Phasenwechselenthalpien sehr hoch sind. Die bisher untersuchten Latentwärmespeicher im angestrebten Temperaturbereich (mind. 50 bis 300°C) basieren hauptsächlich auf kleineren organischen Molekülen oder anorganischen Salzen, wobei einige davon das Demonstrationsstadium erreicht haben. In diesem Projekt soll nun eine praktisch völlig neue Klasse an Phasenwechselmaterialien (PCMs) untersucht werden: Polymere. Obgleich Polymere in nahezu allen technischen Anwendungen vielseitigen Eingang gefunden haben, wurde diese Materialklasse für PCM-Speicher über 80°C überhaupt nicht beachtet (bis 80°C gibt es ebenfalls nur wenige Arbeiten). Es gibt jedoch eine Vielzahl an Polymeren, welche im angestrebten Temperaturbereich Phasenübergänge mit durchaus mit Salzen vergleichbaren Enthalpien aufweisen. Zusätzlich sind Kunststoffe in riesigen Mengen und großtechnischer Qualität zu günstigen Preisen erhältlich. Speziell sollen in diesem Projekt auch recycelte Polymere untersucht werden, wodurch sich ein besonderer zusätzlicher ökonomischer und ökologischer Nutzen ergeben kann, da manche recycelte Polymere sehr preisgünstig sind und durch die Verwendung in PCM-Polymer-Speichern länger als Produkt in Verwendung bleiben können. Ziel des Projektes ist es daher zu untersuchen, inwieweit Polymere als PCM-Materialien für Polymer-PCM-Speicher geeignet sind und wo die wesentlichen technischen und ökonomischen Herausforderungen dabei liegen. Da von vornherein nicht klar ist, welche Polymere und Wärmeübertragerkonzepte im Endeffekt am besten geeignet sind, wurde in dieser Sondierung bewusst auf Industriepartner verzichtet, um sich auf keine spezielle Produktklasse festlegen zu müssen. Ein weiteres wesentliches Ziel des Projektes ist daher, geeignete Partner aus Kunststoffindustrie und Anlagen/Speicherbau zu identifizieren, um gemeinsam in Folgeprojekten an einer großtechnischen Umsetzung zu arbeiten. Inhaltlich wird im Projekt zunächst ein Screening von möglichen Polymeren mit anschließender Erstcharakterisierung durchgeführt, um eine Auswahl von sinnvollen Polymerklassen zu finden. Parallel dazu werden die Ergebnisse aus anderen bereits durchgeführten Forschungsprojekten an PCM-Speichern analysiert, um ein geeignetes Wärmeübertragerkonzept zu finden. Mit Hilfe von thermischen Simulationen kann schließlich ein Laborversuchsaufbau geplant werden, der den Projektpartner erlaubt, einen „proof of concept“ durchzuführen. Am Ende des Projekts sollte somit klar sein, ob Polymere tatsächlich eine neue, geeignete Stoffklasse für Latentwärmespeicher darstellen, und welche weiteren Schritte und österreichischen Industriepartner aus der Kunststoffbranche und dem Anlagen/Speicherbau notwendig sind, um marktfähige Produkte im Rahmen von Folgeprojekten erfolgreich zu entwickeln.

Steckbrief

Projektnummer
838669
Koordinator
AIT Austrian Institute of Technology GmbH
Projektleitung
Christoph Zauner, Christoph.Zauner@ait.ac.at
Förderprogramm
Energieforschung (e!MISSION)
Dauer
04.2013 - 06.2014
Budget
238.337 €