EDWENIA

Hintergrundinformationen zum Projekt

Problemstellung und Motivation

Von der Wäscherei bis zum Stahlwerk werden jährlich in Deutschland rund 625 Mrd. Kilowattstunden Prozesswärme bereitgestellt, von denen ein Bruchteil aus erneuerbaren Energieträgern stammt. Der Hauptgrund für den geringen Anteil regenerativer Energien ist das vergleichsweise hohe Temperaturniveau, welches in den Industrieprozessen gebraucht wird. Benötigt eine Fußbodenheizung rund 40°C Vorlauftemperatur, erfordern Industrieprozessen meist Temperaturen zwischen 100°C und 300°C. Eine Umfrage der Hochschule Zittau/Görlitz bei Lausitzer Unternehmen hat ergeben, dass derzeit rund 80% des Wärmebedarfs aus fossilen Energieträgern gedeckt wird.

Da sich aufgrund der hohen Temperaturniveaus die Substitution fossiler Energieträger als schwierig erweist, ist der Einsatz rezyklierter Energie naheliegend. Die dafür nötige „Entwicklung druckloser Wärmespeicher für die effiziente Nutzung industrieller Abwärme (EDWENIA)“ aus Abgasen, Abluft oder Wasserdampf ist Gegenstand des im Mai gestarteten Forschungsprojekts an der Hochschule Zittau/Görlitz. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der technologischen Weiterentwicklung von Zwei-Stoff-Speichern. Zwei-Stoff-Speicher bestehen aus einer (mineralischen) Schüttung, die die Speicherfunktion übernimmt und einem Thermoöl, welches als Wärmeträger eingesetzt wird.

Die jeweiligen Vorteile der zwei kombinierten Speichermedien unterschiedlicher Aggregatszustände werden sich zu Nutze gemacht: Feststoffe wie beispielsweise Granit, Basalt oder andere zu untersuchende Festmaterialien weisen eine relativ hohe Wärmekapazität auf. Diese stellen auch die preiswertere Komponente dar. Zum anderen sind Thermoöle eine ideale Ergänzung, da beim flüssigen Speichermedium eine Komponente eingesetzt werden muss, die auch bei Temperaturen größer 100 °C drucklos eingesetzt werden kann. In diesem Projekt soll also der Ansatz eines hybriden sensiblen Wärmespeichers weiterverfolgt werden, da hinsichtlich der konstruktiven sowie material‐, wärme‐ und strömungstechnischen Auslegung noch ein enormer Forschungsbedarf besteht.

Forschungsfragen

Neben den werkstofftechnischen Eigenschaften wie Feststoffaustrag, Zyklenfestigkeit und Stoffgrößen, spielen thermodynamische Eigenschaften, wie Speicherdauer, Kapazität, eingespeiste und entnommene Leistung eine wesentliche Rolle bei der Dimensionierung des Speichers. Sowohl für das Materialscreening, als auch für die Laborversuche ist die Forschergruppe aus vorangegangenen Projekten (Informationen zum ANKIP-Projekt) bereits gut aufgestellt.

Folgende Arbeitsschritte wurden im Projekt EDWENIA zum Ziel gesetzt:

1. Detailliertes Screening verfügbarer flüssiger und fester Speichermedien hinsichtlich deren wärme‐, strömungs und umwelttechnischer sowie wirtschaftlicher Eignung (Erstellung Datenbank),
2. Durchführung experimenteller Untersuchungen wichtiger Parameter wie Speicherkapazität und Speicherleistung sowie Kompatibilität und Zyklenbeständigkeit der Speichermedien im Labormaßstab,
3. Entwicklung eines konstruktiv sowie fertigungs‐, wärme‐ und strömungstechnisch optimierten Speicherdesigns in der Größenordnung einer industriellen Anwendung,
4. Fertigung eines oder mehrerer Speicherdemonstratoren und experimentelle Validierung auf der Wärmespeicher‐Testanlage im Zittauer Kraftwerkslabor.