Spillvärme från industrin kan ofta inte utnyttjas på grund av dess låga temperatur. Med detta material, den kan användas i miljövänliga kylsystem till exempel inom byggnadsteknik. Forskargruppen från Kiel kommer att presentera sitt material och dess tillämpningar på Hannover Messe 2018.

Kylanordningar anses vara kraftslukare, där förorenande köldmedier fortfarande används, även efter förbudet mot klorfluorkolväten (CFC). Ett miljövänligt alternativ är system som använder vatten istället. En forskargrupp vid Institute of Inorganic Chemistry vid Kiel University, tillsammans med Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE i Freiburg, har utvecklat ett mycket poröst material, med vilka dessa kylsystem kan drivas med mindre elektrisk energi än tidigare. Tidigare oanvänd spillvärme, t.ex. från fjärrvärmesystem, datacenter, eller värme från solvärmekollektorer kan användas för det. Resultaten har nyligen publicerats i tidskriften Avancerade material .

Datacenter i synnerhet är verkliga energifabriker:som en bieffekt av deras verksamhet, högpresterande datorer producerar mycket värme, och måste därför kylas kontinuerligt. Som sådan, de orsakar höga energi- och energikostnader, samtidigt som den avger oanvänd spillvärme till miljön – dess temperatur är för låg för annan användning. Teoretiskt sett, dock, detta kan användas för att driva energieffektiva kylsystem, som använder vatten som köldmedium (så kallade adsorptionsdrivna kylaggregat). Att göra så, materialet som används där ska kunna absorbera mycket vatten och regenerera vid lägsta möjliga temperaturer.

Miljövänlig och resurssnål kyla

Det porösa materialet, utvecklad av professor Norbert Stock från Institutet för oorganisk kemi och hans arbetsgrupp, uppfyller dessa krav. På detta sätt kan delar av kylprocessen för adsorptionsdrivna kylaggregat drivas med endast energin från befintlig spillvärme eller solvärmesystem. "Detta kan också ge ett viktigt bidrag till användningen av förnybar energi, " sa Stock. För miljövänliga system som detta har materialet två viktiga fördelar:"Systemen förbrukar mindre ström, och vi kan producera materialet på ett miljövänligt sätt, " förklarade den oorganiska kemisten.

I dessa så kallade adsorptionsdrivna kylare, kyleffekten uppstår när omgivningsvärme utvinns genom avdunstning av vatten. Molekylerna av vattenånga avsätts i hålrummen i ett poröst material, kallade sorbenter, dvs adsorberas av den. I den följande regenereringsfasen torkas materialet genom applicering av termisk energi. De lagrade vattenmolekylerna frigörs, flytande och kan avdunsta igen i nästa cykel. Materialet kan också användas igen.

Sorbenter som används i kylsystem är vanligtvis kristallina zeoliter eller silikageler, som lätt kan absorbera vatten på grund av sin struktur. Forskargruppens material uppvisar särskilt goda sorptionsegenskaper:det kan absorbera mycket vatten mycket snabbt, och släpp den också snabbt igen – även vid låg temperaturökning. Materialet är därmed snabbt redo att användas igen. "Detta möjliggörs av den optimala storleken på porerna i materialet, och dess perfekta interaktion med vattenmolekylerna, " förklarade Stock. Den mycket porösa kristallstrukturen av "CAU-10-H - som är det officiella namnet på materialet, uppkallad efter utvecklingsplatsen, versionsnummer och förkortningen av väte - är ett exempel på ett metalliskt organiskt ramverk (MOF). De har testats inom en lång rad användningsområden de senaste åren.

Från grundforskning till praktisk tillämpning

Kiel-arbetsgruppen har redan under en längre tid drivit upptäckten av nya MOF – men tidigare bara som ren grundforskning. För överföring till en industriell tillämpning, de arbetade med kollegor från Fraunhofer ISE för att belägga kommersiellt tillgängliga värmeväxlare med sitt material. "Undersökningen av värmeväxlaren under applikationsrelaterade förhållanden visar materialets höga potential", säger doktor Stefan Henninger från ISE. I laboratoriet, materialet kan redan produceras i kilogram kvantiteter under milda reaktionsförhållanden, dvs vid en temperatur av 100°C med vatten som lösningsmedel ("grön syntes"). "För att producera materialet för industriellt bruk i större skala, vårt nästa steg är att kontakta andra företag, " sa Stock. De har redan ansökt om patent för sin produktionsmetod.