Thermochemische Energiespeicherung: Automatisierung und Betrieb einer Zyklusanlage zur Untersuchung wasserdampfbasierter Reaktionssysteme

Kurzfassung

In industriellen Prozessen bietet die Speicherung und Reintegration der Abwärme ein hohes Potential zur Einsparung von Primärenergieträgern. Anlässlich des niedrigen Temperaturni-veaus muss die Abwärme thermisch aufgewertet werden. Der Einsatz von thermochemi-schen Energiespeichern mittels umkehrbaren Gas-Feststoff-Reaktionen bietet die Möglich-keit die thermische Energie zu speichern und thermisch aufzuwerten. Für die Gas-Feststoff-Reaktionen stellen Strontiumbromid (SrBr2) und Wasserdampf (H2O) aufgrund der hohen energetischen Speicherdichte und der anwendbaren Wärmetransformation im Temperatur-bereich von 150 °C – 300 °C geeignete Reaktionspartner dar. Für den industriellen Einsatz müssen die Reaktionspartner näher erforscht werden. Ein besonderes Augenmerk liegt da-bei auf der Eigenschaft der Zyklenbeständigkeit nach einer hohen Anzahl an Zyklen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine bestehende Wasserdampfzyklusanlage automatisiert und optimiert. Durch die Automatisierung ist es möglich, ohne den Eingriff von Personen, Messungen über einen großen Zeitraum durchzuführen und zu dokumentieren. Infolge der Automatisierung werden durch ständige Überwachungen und Sicherheitsvorkehrungen kriti-sche Zustände während der Versuche früh erkannt und vermieden. Anhand zahlreicher Testversuche konnten Fehlerquellen entdeckt und die Prozesse optimiert werden. Zum ers-ten Mal war es möglich 35 Zyklen mit Strontiumbromid im 100 ml Maßstab durchzuführen. Als Zyklus wird eine aufeinanderfolgende Entladung und Beladung des Speichermaterials bezeichnet. Die anschließende Auswertung des Versuches zeigt, dass sich die Struktur der Schüttung deutlich verändert hat. Anhand der Temperaturverläufe konnte, bei steigender Anzahl an Zyklen, eine Verlangsamung des Reaktionsverlaufes nachgewiesen werden. Da-rauffolgend wurde ein weiterer Versuch über 35 Zyklen, diesmal mit einer Wärmeleitstruktur in der Strontiumbromidschüttung, durchgeführt. Beim Vergleich der beiden Versuche konnte festgestellt werden, dass durch die Wärmeleitstruktur der Reaktionsverlauf beschleunigt werden kann, jedoch die Versuchsparameter dementsprechend angepasst werden müssen. Die Analyse der Versuchsreihen zeigt deutliche Veränderungen in der Beschaffenheit der Schüttungsstruktur. Ob und inwiefern sich diese Alterungseffekte für größere Zyklenzahlen bestätigen und sich auf die Eignung des Strontiumbromids als Speichermaterial auswirken, wird im Rahmen weiterer Arbeiten untersucht.