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Fraunhofer-Allianz Energie

Energieeffizienter heizen und kühlen

| Redakteur: Stéphane Itasse

Zeolithe sind kristalline Mineralien mit poröser Gerüststruktur, an deren Oberfläche sich andere Stoffe anlagern. Kommt das Material mit Wasserdampf in Berührung, bindet es diesen und Wärme entsteht.
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Zeolithe sind kristalline Mineralien mit poröser Gerüststruktur, an deren Oberfläche sich andere Stoffe anlagern. Kommt das Material mit Wasserdampf in Berührung, bindet es diesen und Wärme entsteht. (Bild: Fraunhofer IGB)

Um Räume und Industrieprozesse energieeffizienter zu kühlen oder zu heizen, stellen Forscher der Fraunhofer-Allianz Energie auf der Hannover-Messe 2014 vom 7. bis 11. April neue Materialien und Techniken vor.

Eine Alternative zur herkömmlichen Klimatisierung seien thermisch angetriebene Kältemaschinen. Sie verdampfen Flüssigkeit bei niedrigem Druck und entziehen der Umgebung dabei Wärme, wie es heißt.

Sorptionsmaterialien speichern viel Wasserdampf

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE arbeiteten an Sorptionsmaterialien, die viel Wasserdampf speichern können. Die Forscher setzten dabei auf metallorganische Gerüstverbindungen (englisch Metal Organic Frameworks – MOF). „Das hochporöse Material kann mehr als das 1,4-Fache seines Eigengewichts an Wasser aufnehmen“, sagt Dr. Stefan Henniger vom ISE.

Die metallorganischen Gerüstverbindungen eigneten sich auch für thermisch angetriebene Wärmepumpen. Hier werde sowohl die thermische Energie bei der Anlagerung in Hohlräumen des Materials ausgenutzt als auch die Kondensationswärme, wenn die eingelagerten Wassermoleküle wieder gelöst werden. Damit die MOFs ihr Potenzial entfalten können, müsse nicht nur der Wasserdampf leicht in das Innere gelangen, sondern auch Wärme gut abgeleitet werden. Die Experten hätten deshalb ein neues Beschichtungsverfahren zum Patent angemeldet. Damit lassen sich die neuen Sorptionsmaterialien zum Beispiel auf Wärmetauschern fixieren, ohne den Stoff- und Wärmetransport zu behindern.

Bei vielen Prozessen fällt zudem laut Fraunhofer-Mitteilung Wärme quasi als Abfallprodukt an. Um sie zu nutzen, entwickelten Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB Wärmespeicher auf Zeolith-Basis.

Zeolithe seien kristalline Mineralien mit poröser Gerüststruktur, an deren Oberfläche sich andere Stoffe, beispielsweise Wasser, anlagerten. Das Material erreiche eine innere Oberfläche von bis zu 1000 m²/g. Komme es mit Wasserdampf in Berührung, binde es diesen in den Poren und Wärme entstehe. Zur Wärmespeicherung trockne man den Werkstoff. Die thermische Energie werde erst wieder frei, wenn sich erneut Wasserdampf anlagere. IGB-Experten machten diese Wärmespeicherung jetzt technisch nutzbar.

Zeolithe eröffnen neue Wärmespeicher-Dimension

Thermochemische Speichersysteme auf Zeolith-Wasser-Basis können je nach Ladetemperatur und Anwendung bis zu 180 kWh/m³ ansammeln. Zum Vergleich: Die Energiedichte von herkömmlichen Warmwasserspeichern liegt in der Regel unter 60 kWh/m³. Allerdings seien sie noch recht teuer.

Fraunhofer-Allianz Energie auf der Hannover-Messe 2014: Halle 13, Stand C10

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