I Tyskland, 55 procent av den slutliga energiförbrukningen går till värme och kyla. Dock, mycket värme försvinner oanvänd eftersom den inte genereras när och när det behövs. Termisk lagring med zeolitmaterial gör att värme kan lagras under lång tid utan att förlora något. Fraunhofer -forskare arbetar nu med att avsevärt förbättra zeolitens värmeledningsförmåga.

Många tak är numera värd solfångare som förser hem med varmt vatten. Detta fungerar ganska bra på sommaren; dock, värmebehovet toppar på vintern när bostäder behöver uppvärmning. Termisk lagring måste därför kunna lagra en del av överskottsvärmen för användning vid ett senare tillfälle. Traditionellt, stora vattentankar har använts för detta ändamål; vatten värms upp i dessa tankar och värmen lagras sedan direkt som värme. Problemet med denna metod är att stora volymer krävs, och trots bra isolering, värmen går också förlorad. I kontrast, termokemisk lagring gör att termisk energi som produceras på sommaren kan bevaras för användning under den kalla vintern. Zeoliter är en sådan lagringslösning. Till skillnad från vatten, zeoliter lagrar inte värmen direkt - istället värmen tar bort vattnet som lagras i materialet. I energiskt tillstånd, zeoliter är därför helt torra; omvänt, när vattenånga passerar genom pellets, värme släpps. Fördelen med detta är att energin inte lagras i form av ökad värme utan i form av ett kemiskt tillstånd. Det betyder att värme inte går förlorad vid långtidsförvaring. Det finns en nackdel:Zeoliter har dålig värmeledningsförmåga, vilket gör det svårt att överföra värmen från värmeväxlaren till materialet och tillbaka.

Beläggning med aluminium

Ett team av forskare vid Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Electron Beam och Plasma Technology FEP har nu löst detta problem genom sitt arbete med ZeoMet -projektet. "Vi belagde zeolitpellets med aluminium - detta fördubblade värmeledningsförmågan efter bara det första försöket utan att negativt påverka vattenadsorption och desorption. Vi siktar för närvarande på att öka detta med fem till tio gånger genom att justera beläggningarna, säger Dr Heidrun Klostermann, Projektledare på Fraunhofer FEP. Även om detta låter relativt enkelt, det innebär faktiskt stora utmaningar. Detta betyder att för en liter granulat med en kornstorlek på fem millimeter i diameter, cirka tiotusen av dessa små pellets måste vara jämnt belagda med aluminium. För en kornstorlek på en millimeter, detta uppgår till en miljon pellets med en total yta på 3,6 m ² . Ju mindre spannmål, desto mer utmanande process. Dock, mindre korn ökar också den specifika effekttätheten för termiska lagringssystem. För att uppnå tillräcklig värmeledningsförmåga, pälsen måste också vara tiotals mikrometer tjock - för vakuumbeläggningsprocesser, detta är mycket tjockare än normen.

Ändå, forskarna besegrade dessa utmaningar. Att göra så, de såg till termisk avdunstning, varvid aluminiumtråd kontinuerligt matas till en uppvärmd keramisk platta i vakuum, där aluminiumet avdunstas och avsätts på granulatet som ett lager av aluminium. Pellets måste kontinuerligt cirkuleras i ett fat så att de alla täcks jämnt. "Den största svårigheten låg i att belägga granulaten medan de rullade runt samt se till att beläggningen applicerades jämnt i tillräcklig grad, "säger Klostermann." Det utmärkta samarbetet mellan våra ingenjörer, fysiker och precisionsmekanik var den främsta tillgången för att hjälpa oss att uppnå detta. "

Också ett alternativ för kylning

Zeoliter är inte bara en bra värmelagringsmetod:de kan också hjälpa till att kyla för hushållsbruk tillsammans med solfångare och för mobila applikationer. Till exempel, i nyttofordon, värme förlorad från kraftenheten kan användas för luftkonditionering som en del av en termokemisk cykel. Ur Fraunhofer FEP -forskares synvinkel, hybridmaterialen som används för detta innebär nya utmaningar. Som ett resultat, forskarna vill stärka sina kontakter med materialutvecklare och systemingenjörer från forskning och industri, i hopp om att utveckla lösningar för flexibel leverans av värme och kyla.