Thermochemische Speicher

Speicherprinzip

Die Warmespeicherart mit der theoretisch hochsten Warmespeicherdichte bilden die thermochemischen Warmespeicher. Sie speichern Warme reaktiv als chemische innere Energie. Grundsatzlich sind alle reversiblen chemischen Reaktionen geeig – net, bei denen eine hohe Reaktionsenthalpie freigesetzt bzw. gebunden wird. Da der Reaktionsablauf im Bereich des erforderlichen Nutztemperaturniveaus erfolgen muss, schrankt sich die Zahl der moglichen Reaktionen aber erheblich ein. Zudem sollen die chemischen Reaktionspartner ungiftig sein und eine gute Warmeuber – tragung ermoglichen. Als besonders geeignet gelten Dissoziationsreaktionen, bei

denen die Differenz der Molzahlen der Edukte und Produkte besonders gro6 ist und damit die Entropie stark zunimmt. Als ebenfalls sehr geeignet stellen sich he­terogene Verdampfungsreaktionen dar, da auch hier durch den Phasenwechsel eines Reaktionspartners eine hohe Entropieanderung erreicht wird.

Die technische Entwicklung von thermochemischen Warmespeichern konzentriert sich vor allem auf sorptive Prozesse. Hier unterscheidet man mit den Begriffen Ad­sorption die Anlagerung eines gasformigen oder flussigen Arbeitsmediums an einen Feststoff und Absorption das Losen von Gasen/Dampfen in einer Flussigkeit. Die adsorptiven Prozesse zur Warmespeicherung kann man hierbei noch in rein phy – sikalische Adsorption (mit hochporosen Materialien) und chemisch reaktive Ad­sorption (mit Salzhydraten) unterteilen. Als Adsorbat wird oft Wasserdampf oder feuchte Luft verwendet. Das Wirkprinzip der adsorptiven Warmespeicherung ist in Gl. (10.17) dargestellt.

Sorbens + nH2O і—> Sorbens • nH2O + Ahads (10.17)

Lauft die Reaktion von links nach rechts ab, erfolgt die als Adsorption bezeichnete Entladung des Speichers. In umgekehrter Richtung wird das Material unter Zufuhr der speziflschen Adsorptionsenthalpie Ahads beladen. Dabei desorbiert das im Sor – bens angelagerte Wasser.

Thermochemische Warmespeicher lassen sich in offene und geschlossene Systeme unterteilen. Bei einem offenen System transportiert ein Luftstrom die Warme und den Wasserdampf in und aus dem Sorbens. Somit werden die Lufttemperatur und gleichzeitig der Wasserdampfpartialdruck des Luftstroms durch den Sorptionspro – zess beeinflusst.

Thermochemische Speicher

Abb. 10.8 Wirkprinzip eines offenen wasserbasierten Sorptionssystems

Bei einem geschlossenen Sorptionssystem wie in Abb. 10.9 wird der beim Laden des Speichers desorbierte Wasserdampf kondensiert. Bei der Adsorption, d. h. dem

Entladen, wird das kondensierte Wasser durch von aufien zugefuhrte Niedertempe – raturwarme wieder verdampft. Der entstehende Wasserdampf lagert sich am Sorp – tionsmaterial an, wobei Warme auf einem hoheren Temperaturniveau freigesetzt wird. Diese kann je nach Temperaturniveau als Heiz – oder Prozesswarme genutzt werden.

Thermochemische Speicher

Abb. 10.9 Wirkprinzip eines geschlossenen wasserbasierten Sorptionssystems

Die Speicherkapazitat von Sorptionsspeichern hangt stark von Umgebungsparame – tern und der Prozessfuhrung ab. Die Desorptionstemperatur TDes legt zusammen mit dem Gegendruck des Kondensators (bei einem geschlossenen System) und der Temperatur der Kondensation TKon fest, zu welchem Prozentsatz das Wasser aus dem Sorbens ausgetrieben wird. Auch die Adsorption von Wasser durch das Sorp – tionsmaterial ist abhangig von der Verdampfungstemperatur Tver und dem Druck. Weiterhin kann uber den Druck im System die Speichertemperatur TAds beeinflusst werden (siehe auch Tab. 10.9). In Tab. 10.8 sind fur unterschiedliche Materialien obere Richtwerte fur die Speicherkapazitat angegeben.

Tabelle 10.8 Speichervermogen ausgewahlter Sorbentien

Stoff

Speichertemperatur

[°С]

Speichervermogen

[MJ/m3]

CaCl2 • NH3

35

810

Silikagel • H2O

90

800

MgSO4•6H2O

125

2050

MgCl2 • 6H2O

130

1650

Zeolith • H2O

150

810

NiCl2 – NH3

175

1050

Die Form der thermischen Warmespeicherung uber thermochemische Prozesse hat den besonderen Vorteil, dass bei Lagerung des energiereichen trockenen Sorbens unter Ausschluss von Feuchtigkeit die gespeicherte Reaktionswarme bis zum Zeit – punkt der Nutzung nahezu verlustfrei gespeichert werden kann.