Restwarmte van de industrie kan vanwege de lage temperatuur vaak niet worden benut. Met dit materiaal, het kan worden gebruikt in milieuvriendelijke koelsystemen, bijvoorbeeld op het gebied van gebouwentechniek. Het onderzoeksteam uit Kiel zal zijn materiaal en zijn toepassingen presenteren op de Hannover Messe 2018.

Koeltoestellen worden beschouwd als stroomvreters, waarin nog steeds vervuilende koudemiddelen worden gebruikt, zelfs na het verbod op chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's). Een milieuvriendelijk alternatief zijn systemen die water gebruiken. Een onderzoeksteam van het Institute of Anorganic Chemistry aan de Kiel University, samen met het Fraunhofer Instituut voor zonne-energiesystemen ISE in Freiburg, heeft een zeer poreus materiaal ontwikkeld, waarmee deze koelsystemen met minder elektrische energie kunnen worden bediend dan voorheen. Eerder ongebruikte restwarmte, bijv. van stadsverwarmingssystemen, datacenters, of warmte van thermische zonnecollectoren kan daarvoor worden gebruikt. De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde materialen .

Vooral datacenters zijn echte energiefabrieken:als neveneffect van hun bedrijfsvoering, krachtige computers produceren veel warmte, en moet daarom continu worden gekoeld. Als zodanig, ze veroorzaken hoge energie- en stroomkosten, terwijl het tegelijkertijd ongebruikte restwarmte afgeeft aan de omgeving - de temperatuur is te laag voor ander gebruik. theoretisch, echter, dit kan worden gebruikt voor het runnen van energiezuinige koelsystemen, die water als koelmiddel gebruiken (zogenaamde door adsorptie aangedreven koelmachines). Om dit te doen, het materiaal dat daar wordt gebruikt, moet veel water kunnen opnemen en regenereren bij de laagst mogelijke temperaturen.

Milieuvriendelijke en hulpbronnenbesparende koeling

Het poreuze materiaal, ontwikkeld door professor Norbert Stock van het Institute of Anorganic Chemistry en zijn werkgroep, voldoet aan deze eisen. Op deze manier kunnen delen van het koelproces van door adsorptie aangedreven koelmachines alleen worden gebruikt met de energie van bestaande afvalwarmte of thermische zonne-energiesystemen. "Dit zou ook een belangrijke bijdrage kunnen leveren aan het gebruik van hernieuwbare energiebronnen, " zei Stock. Voor milieuvriendelijke systemen zoals deze heeft het materiaal twee belangrijke voordelen:"De systemen verbruiken minder stroom, en we kunnen het materiaal op een milieuvriendelijke manier produceren, " legde de anorganisch chemicus uit.

In deze zogenaamde adsorptiegedreven chillers, het verkoelende effect treedt op wanneer omgevingswarmte wordt onttrokken door verdamping van water. De moleculen van waterdamp worden afgezet in de holtes van een poreus materiaal, sorptiemiddelen genoemd, d.w.z. erdoor geadsorbeerd. In de volgende regeneratieve fase wordt het materiaal gedroogd door thermische energie toe te passen. De opgeslagen watermoleculen komen vrij, vloeibaar worden en in de volgende cyclus weer kunnen worden verdampt. Het materiaal kan ook opnieuw worden gebruikt.

Sorbentia die in koelsystemen worden gebruikt, zijn meestal kristallijne zeolieten of silicagels, die door hun structuur gemakkelijk water kunnen opnemen. Het materiaal van het onderzoeksteam vertoont bijzonder goede sorptie-eigenschappen:het kan heel snel veel water opnemen, en laat het ook snel weer los - zelfs bij een lage temperatuurstijging. Zo is het materiaal snel weer klaar voor gebruik. "Dit wordt mogelijk gemaakt door de optimale grootte van de poriën in het materiaal, en zijn perfecte interactie met de watermoleculen, " legde Stock uit. De zeer poreuze kristalstructuur van "CAU-10-H - wat de officiële naam van het materiaal is, vernoemd naar ontwikkelingslocatie, versienummer en de afkorting van waterstof—is een voorbeeld van een metaal-organisch raamwerk (MOF). Ze zijn de afgelopen jaren in een groot aantal toepassingsgebieden getest.

Van fundamenteel onderzoek naar praktische toepassing

De Kiel-werkgroep is al lang bezig met het ontdekken van nieuwe MOF's, maar voorheen alleen als puur fundamenteel onderzoek. Voor overdracht naar een industriële toepassing, ze werkten samen met collega's van de Fraunhofer ISE om in de handel verkrijgbare warmtewisselaars te coaten met hun materiaal. "Het onderzoek van de warmtewisselaar onder toepassingsgerelateerde omstandigheden toont het hoge potentieel van het materiaal aan", zegt Dr. Stefan Henninger van de ISE. In het laboratorium, het materiaal kan onder milde reactieomstandigheden al in kilogrammen worden geproduceerd, d.w.z. bij een temperatuur van 100°C met water als oplosmiddel ("groene synthese"). "Om het materiaal voor industrieel gebruik op grotere schaal te produceren, onze volgende stap is om contact op te nemen met andere bedrijven, ", aldus Stock. Ze hebben al patent aangevraagd op hun productiemethode.