Gastransport in thermochemischen Speichermaterialien

Abstract

In solarthermischen und konventionellen Kraftwerke, Industrieprozesse oder Gebäudeheizungen sowie in vielen weiteren Anwendungen wird thermische Energie benötigt. Um dieser optimal nutzen zu können wird gegenwärtig intensiv an Technologien zur Speicherung thermischer Energie geforscht. Die thermochemische Energiespeicherung, bei der die Wärme als Reaktionsenthalpie einer reversiblen chemischen Reaktion gespeichert wird, ist bisher noch vergleichsweise wenig untersucht. Sie bietet jedoch viele Vorteile wie hohe Speicherdichten und die Möglichkeit der Langzeitspeicherung. Vielversprechende Reaktionssysteme für die thermochemische Speicherung stellen Gas-Feststoff-Reaktionen der Form AB(s) + HR ⇌ A(s) + B(g) dar. Um eine gute Reaktionsdynamik im thermochemischen Reaktor zu realisieren, ist es notwendig, Feststoffe mit großen und leicht zugänglichen Oberflächen zu verwenden. Folglich handelt es sich bei den untersuchten Materialien häufig um Schüttgüter oder Pulver. Da die Systeme jedoch auf einer Reaktion zwischen einer festen und einer gasförmigen Komponente basieren, kann sich insbesondere in sehr feinkörnigen Schüttungen der Gastransport durch die Schüttung als limitierend für die Reaktionsdynamik erweisen. Durch eine Kompaktierung der Schüttung – etwa zur Verbesserung der Speicherdichte oder der Wärmeleitung – kann es zudem zu einer Verstärkung dieser Limitierung kommen. Im vorliegenden Beitrag wird daher der Gastransport in thermochemischen Speichermaterialien in Abhängigkeit der Schüttungseigenschaften adressiert. Zudem werden mögliche Modifikationen der Materialien – wie etwa die Zugabe von Nanoadditiven als Fließhilfsmittel oder die Stabilisierung größerer Partikel z.B. durch Granulation – und ihre Auswirkungen auf den Gastransport diskutiert.