Modellierung und experimentelle Untersuchung des Stoffsystems SrBr2/H2O zur thermochemischen Energiespeicherung

Abstract

Ein großes Einsparpotential für kohlenstoffbasierte Energieträger besteht in der Reduktion des Primärenergieverbrauchs, der für die Bereitstellung von Prozesswärme eingesetzt wird. Dies kann damit zu einer insgesamt nachhaltigeren Energieversorgung beitragen. Ein Mittel dafür ist die Wiederverwertung von Abwärme: Thermische Energiespeicher bieten die Möglichkeit Abwärme für eine spätere Anwendung vorübergehend zu speichern und damit die Nutzung zeitlich von der Wärmeentstehung zu entkoppeln. Mit thermochemischen Speichern basierend auf Gas-Feststoff-Systemen ist nicht nur dies möglich, sondern durch Anheben des Temperaturniveaus mittels Wärmetransformation auch eine Aufwertung von Abwärme, die ansonsten nicht weiter genutzt werden könnte. Als vielversprechendes Material für eine solche Anwendung im Temperaturbereich bis 250 °C wurde Strontiumbromid (SrBr2) identifiziert. Ein nicht unerhebliches Kriterium für die Materialwahl ist, dass eine dauerhafte Anwendbarkeit gegeben sein muss. Diese wurde im Rahmen dieser Arbeit durch eine Zyklierung, worunter eine abwechselnde Be- und Entladung des Materials verstanden wird, experimentell untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass sich die Struktur einer ca. 100 g Schüttung des Materials durch die Zyklierung deutlich verändert, sich jedoch die Eigenschaften, die es zu einem interessanten Material für die Wärmetransformation machen, erhalten bleiben. Worin die limitierenden physikalischen Effekte der Reaktion von SrBr2 zu SrBr2xH2O begründet sind, wurde anhand eines dafür erstellten FEM-Modells in COMSOL untersucht. Die darin abgebildete Geometrie entspricht einem ca.1 kg Material fassenden Festbettreaktors. Dabei wurden in einer Sensitivitätsanalyse die Wärmeleitfähigkeit der Schüttung und die Reaktionsrate als einflussreichste Größen auf den Verlauf der Reaktion unter Reaktorbedingungen identifiziert.