In Duitsland, 55 procent van het eindverbruik van energie gaat naar verwarming en koeling. Echter, veel warmte wordt ongebruikt afgevoerd omdat het niet wordt gegenereerd wanneer en wanneer dat nodig is. Thermische opslag met behulp van zeolietmateriaal zorgt ervoor dat warmte gedurende lange tijd kan worden opgeslagen zonder verlies. Onderzoekers van Fraunhofer werken nu aan een significante verbetering van de thermische geleidbaarheid van zeolieten.

Op veel daken bevinden zich tegenwoordig zonnecollectoren die huizen van warm water voorzien. Dit werkt best goed in de zomer; echter, warmtevraag piekt in de winter wanneer woningen verwarming nodig hebben. Warmteopslag moet dus een deel van de overtollige warmte kunnen opslaan voor later gebruik. traditioneel, hiervoor zijn grote watertanks gebruikt; In deze tanks wordt water verwarmd en de warmte wordt dan direct als warmte opgeslagen. Het probleem met deze methode is dat er grote volumes nodig zijn, en ondanks goede isolatie, er gaat ook warmte verloren. In tegenstelling tot, thermochemische opslag maakt het mogelijk om in de zomer geproduceerde thermische energie te bewaren voor gebruik in de koude winter. Zeolieten zijn zo'n opslagoplossing. In tegenstelling tot water, zeolieten slaan de warmte niet direct op - in plaats daarvan de warmte verwijdert het water dat in het materiaal is opgeslagen. In de energetische staat, zeolieten zijn daarom volledig droog; omgekeerd, wanneer waterdamp door de pellets wordt geleid, warmte komt vrij. Het voordeel hiervan is dat de energie niet wordt opgeslagen in de vorm van verhoogde warmte maar in de vorm van een chemische toestand. Hierdoor gaat er bij langdurige opslag geen warmte verloren. Er is één nadeel:zeolieten hebben een slechte thermische geleidbaarheid, wat het overbrengen van de warmte van de warmtewisselaar naar het materiaal en terug bemoeilijkt.

Coaten met aluminium

Een team van onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Electron Beam en Plasma Technology FEP hebben dit probleem nu opgelost door hun werk aan het ZeoMet-project. "We hebben de zeolietpellets gecoat met aluminium - dit verdubbelde de thermische geleidbaarheid na slechts de eerste poging zonder de wateradsorptie en -desorptie negatief te beïnvloeden. We streven er momenteel naar om dit met vijf tot tien keer te verhogen door de coatings aan te passen, " zegt Dr. Heidrun Klostermann, Projectmanager bij Fraunhofer FEP. Hoewel dit relatief eenvoudig klinkt, het stelt zelfs aanzienlijke uitdagingen. Dit betekent dat voor een liter korrels met een korrelgrootte van vijf millimeter, ongeveer tienduizend van deze kleine korrels moeten gelijkmatig worden bedekt met aluminium. Voor een korrelgrootte van één millimeter, dit komt neer op een miljoen pellets met een totale oppervlakte van 3,6 m ² . Hoe kleiner de korrel, hoe uitdagender het proces. Echter, kleinere korrels verhogen ook de specifieke vermogensdichtheid van thermische opslagsystemen. Om voldoende thermische geleidbaarheid te bereiken, de laag moet ook tientallen micrometers dik zijn - voor vacuümcoatingprocessen, dit is een stuk dikker dan de norm.

Hoe dan ook, de onderzoekers overwonnen deze uitdagingen. Om dit te doen, ze keken naar thermische verdamping, waarbij aluminiumdraad continu onder vacuüm op een verwarmde keramische plaat wordt gevoerd, waarbij het aluminium wordt verdampt en als een laag aluminium op de korrels wordt afgezet. De pellets moeten voortdurend in een vat worden gecirculeerd, zodat ze allemaal gelijkmatig worden bedekt. "De grootste moeilijkheid was om de korrels te coaten terwijl ze rondrollen en om ervoor te zorgen dat de coating in voldoende mate gelijkmatig werd aangebracht, ", zegt Klostermann. "De uitstekende samenwerking van onze ingenieurs, natuurkundigen en fijnmechanica was de belangrijkste troef om ons te helpen dit te bereiken."

Ook een optie voor koeling

Zeolieten zijn niet alleen een goede methode voor thermische opslag:ze kunnen ook helpen bij het leveren van koeling voor huishoudelijk gebruik naast zonnecollectoren en voor mobiele toepassingen. Bijvoorbeeld, in bedrijfswagens, warmte die verloren gaat van de aandrijfeenheid kan worden gebruikt voor airconditioning als onderdeel van een thermochemische cyclus. Vanuit het oogpunt van de Fraunhofer FEP-onderzoekers, de hybride materialen die hiervoor worden gebruikt, stellen nieuwe uitdagingen. Als resultaat, de wetenschappers zoeken naar versterking van hun banden met materiaalontwikkelaars en systeemingenieurs uit onderzoek en industrie, in de hoop op vooruitstrevende oplossingen voor de flexibele levering van verwarming en koeling.