The Heat is on: Experimenteller Funktionsnachweis der thermochemischen Wärmetransformation im 1 kW-Maßstab

Abstract

Das aus der Literatur bereits seit Jahrzenten grundsätzlich bekannte Prinzip der Wärmetransformation verspricht im Vergleich zu thermisch betriebenen Wärme-pumpen deutlich höhere Nutztemperaturen [1]. Die auch „chemische Wärmepumpen“ genannten Systeme basieren auf dem Einsatz einer umkehrbaren Gas-Feststoff-Reaktion und sind somit ein Spezialfall der thermochemischen Energiespeicherung, bei dem die Hin- und Rückreaktion auf verschiedenen Temperaturniveaus ablaufen: Im Vergleich zur endothermen Beladungsreaktion findet die exotherme Entladungs-reaktion bei einer höheren Temperatur statt; die in der Reaktion gespeicherte thermische Energie wird somit in Bezug auf ihr Temperaturniveau „aufgewertet“. Geeignete Stoffsysteme, die im Gramm-Maßstab experimentell untersucht wurden, sind in der Literatur beschrieben [2]. Allerdings sind diese Ergebnisse zumeist nicht direkt übertragbar auf großskalige thermochemische Reaktoren. Ein möglicher „show stopper“ für hohe thermische Belade- und Entladeleistungen ist vor allem der schlechte Wärmetransport innerhalb der Feststoffschüttung. So sind in der Literatur bislang nur wenige Systeme in technisch relevanter Größenordnung bei gleichzeitig hohen spezifischen thermischen Leistungen (kW/kg) beschrieben. In unserer Arbeit untersuchen wir ein Salzhydrat in Hinblick auf seine Eignung für Wärmetransformationsprozesse im Temperaturbereich von 180 °C bis 300 °C. Die Reaktionstemperatur wird über die Variation des Drucks des gasförmigen Reaktionspartners im Bereich von 1 kPa bis 0,6 MPa Wasserdampf eingestellt. Im Rahmen des Beitrags möchten wir die technologischen Aspekte des thermodynamischen Prozesses der Wärmetransformation diskutieren und insbesondere unsere aktuellen experimentellen Ergebnisse zur thermochemischen Wärmetransformation im 1 kW-Maßstab vorstellen.