Neue Zeolithe machen Blockheizkraftwerke effizienter
Deutsche Wissenschaftler haben ein neues Herstellungsverfahren für Zeolithe entwickelt. Sie eignen sich hervorragend als Energiespeicher. Zum Einsatz kommen sollen sie als Wärmespeicher in Blockheizkraftwerken.
Laborspeichersystem der Technischen Hochschule Wildau: Für Desorptions- und Adsorptionsmessungen lässt es sich mit 1,5 kg Zeolith befüllen.
Foto: TH Wildau
Zeolithe sind kristalline Alumosilikate mit mikroporösen Gerüststrukturen, die man sich als Schwamm vorstellen kann. Durch ihre Poren und Kanäle besitzen sie eine große innere Oberfläche. So kann ein Gramm Zeolith eine Oberfläche von 1000 m2 aufweisen.
Mit seinen adsorptiven Eigenschaften eignet sich Zeolith hervorragend als Wärmespeicher. Das Funktionsprinzip: Befeuchtet man Zeolith, lagert sich Wasser an der Oberfläche der Poren an. Dadurch wird Adsorptionswärme frei, die Substanz gibt also Wärme ab. Führt man umgekehrt feuchtem Zeolith Wärme zu, gibt es Wasser ab und speichert die Wärme. Sie lässt sich beliebig lange verlustfrei lagern. Verluste entstehen nur beim Be- und Entladen.
Binder in Zeolith verwandelt
Für den Einsatz in einem Wärmespeicher müssen Zeolithe jedoch mit Hilfe eines Bindemittels zu einem festen Körper geformt werden, das heißt sie werden konfektioniert. Die Konfektionierung hat aber Auswirkung auf die Energie- und Leistungsdichte sowie auch auf die Zyklenfestigkeit – die Zyklenfestigkeit gibt an, wie häufig ein Energiespeicher ohne merkbaren Verlust be- und entladen werden kann.
Ein Zeolithwabenkörper aus binderfreiem Material, eingepasst in einen Laborspeicherkorb.
Quelle: TH Wildau
In handelsüblichen Zeolithperlen stecken etwa 15 bis 20 % Tone als Binder, die jedoch keine besonderen Speichereigenschaften haben. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt der ERK Eckrohrkessel aus Berlin, der Technischen Hochschule Wildau, des ZeoSolar und anderen Kooperationspartnern haben Wissenschaftler deswegen ein Herstellungsverfahren für Zeolithe entwickelt, die optimiert sind für den Einsatz als Wärmespeicher in einem Blockheizkraftwerk.
20 % verbesserte Wärmespeicherfähigkeit
Im Chemiewerk Bad Köstritz konnte der Binder, der in drei verschiedenen Typen Zeolith verwendet wurde, in einem chemischen Prozess in Zeolith gleichen Typs umgewandelt werden. Es entstand also verwertbares Speichermaterial aus 100 % reinem Zeolith. Die binderfreien Perlen wiesen eine verbesserte Porenstruktur auf. Gegenüber den konventionellen, tongebundenen Perlen hätten sich die Absorptionskapazitäten und damit die Wärmespeicherfähigkeit um 15 bis 20 Prozent verbessert.
Außerdem ließen sich mit den neuen Zeolithen erstmals beliebige Zeolithkörper formen. Die Form des Speichers bestimmt, wie schnell die Wärme aufgenommen und abgegeben werden kann. Ein Wabenkörper aus 100 % Zeolith zeigte im Labor aufgrund seiner Struktur signifikant bessere Speicherleistungen als eine Perlenschüttung. Der neue Zeolith-Wärmespeicher wird derzeit für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk weiterentwickelt, das mit einer Algenzuchtanlage kombiniert ist. Dabei dient Zeolith dazu, die Verbrennungsgase zu entwässern und den biologischen Prozess mit Wärme zu versorgen.
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