Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAMTeilvorhaben: Herstellung und Charakterisierung metallischer Trägerstrukturen für Adsorptionsmaterialen in chemischen Wärmepumpen und Wärmespeichern
Gemessen am deutschen Endenergieverbrauch besitzen die Bereitstellung von Raum- und Prozesswärme und Warmwasser einen kumulierten Anteil von etwa 55 % und stellen zusammen den größten Block nach Anwendungsbereichen dar. Dementsprechend bietet sich hier ein besonders großes Potential zur Einsparung fossiler Primärenergie. Hierfür sind insbesondere erneuerbare Energien in Form von Umweltwärme sowie Abwärme aus Gewerbe, Industrie und Haushalten interessant. Da sowohl Umweltwärme als auch Abwärme meist Temperaturen deutlich unterhalb des gewünschten Anwendungstemperaturniveaus besitzen, besteht ein großer Bedarf an energieeffizienten Wärmetransformationssystemen. Im Bereich von Wohngebäuden sind solche Lösungen in Form von Kompressionswärmepumpen mit elektrisch angetriebenen Verdichtern etabliert. Die Verwendung reversibler chemischer Reaktionen oder physikalischer Sorptionsprozesse ermöglicht die Substitution hochwertiger Elekroenergie durch Wärme.
Die Nutzung von chemischen oder Sorptionswärmepumpen ist bislang jedoch kaum üblich. Kernprobleme in der Anwendung sind momentan die Gewährleistung eines ausreichenden Wärme- und Stofftransportes sowie die Vermeidung von Agglomerationen der Arbeitsmedien. Zu deren Überwindung werden bisher poröse Trägerstrukturen wie Silicagel eingesetzt, die aufgrund geringer intrinsischer Wärmeleiteigenschaften den Wärmetransport und die erreichbare thermische Leistungsdichte solcher Systeme limitieren. Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung und Charakterisierung neuer Arbeitsstoffe für chemische Wärmepumpen auf Basis poröser Metallstrukturen, die mit Metallsalzen als reaktives Arbeitsmedium beladen werden. Salze ermöglichen mit Wasserdampf, Ammoniak oder Alkoholen die Nutzung verschiedener Gas-Feststoff-Reaktionen, die sich für Anwendungen in Wärmepumpen, Kältemaschinen oder thermochemischen Speichern im Niedertemperaturbereich eignen. Die Metallstrukturen gewährleisten den effektiven Wärmetransport, ermöglichen über die definierbare Porosität und die extrem große innere Oberfläche einen optimalen Stofftransport und vermeiden Agglomerationen. Durch die Auswahl passender Salze sollen möglichst niedrige Desorptionstemperaturen (thermischer Antrieb) ermöglicht werden.
