Untersuchung und Optimierung von Fließ- und Durchströmungsverhalten von Schüttungen zur thermochemischen Wärmespeicherung

Kurzfassung

Am Institut für Technische Thermodynamik des DLR in Stuttgart werden neuartige Wärmespeicherkonzepte auf Basis von reversiblen Gas-Feststoff-Reaktionen untersucht und entwickelt. Ein geeignetes Reaktionssystem für den Hochtemperaturbereich stellt dabei die Reaktion von Calciumoxid (CaO) mit Wasserdampf (H2O) zu Calciumhydroxid (Ca(OH)2) dar. Anwendungsbedingt ist es notwendig, das feinkörnige Reaktionsmaterial zu optimieren, um trotz des kohäsiven Charakters der Schüttung eine Förderung durch schmale Reaktorgeometrien zu ermöglichen. Aufgrund der reaktionsbedingten Volumenänderung der Partikeln ist ein Pelletieren nicht möglich. Daher wird im Rahmen dieses Beitrags die Minimierung der Van-der-Waals Kräfte durch das Einbringen von Nanopartikeln untersucht. In der Schüttguttechnik ist das Prinzip der Erhöhung der Oberflächenrauhigkeit von Partikeln durch Einbringung von Nanopartikeln bekannt [1]. Für die thermochemische Wärmespeicherung stellen sich jedoch besondere Herausforderungen aufgrund der hohen Temperaturen (~500°C), der anorganische Materialien sowie der Volumen- und Oberflächenänderung des Materials während der chemischen Reaktion. Es wird ein Verfahren vorgestellt, welches unter den genannten Bedingungen eine Bewegung des Reaktionsbetts durch Verbesserung der Fließfähigkeit und Vermeidung der Agglomeration ermöglicht. Darüber hinaus werden die Ergebnisse im Kontext der Entwicklung zukünftiger kostengünstiger Wärmespeicher diskutiert.