Abwärmenutzung durch Wärmetransport mit mobilen Sorptionsspeichern

1. Abwärmenutzung durch Wärmetransport mit mobilen Sorptionsspeichern Georg Storch, Andreas Hauer ZAE Bayern Technik für Energiesysteme und erneuerbare Energie

2. Gliederung • Grundlagen • Mobile Wärmespeicher

3. Gliederung • Grundlagen  Adsorption  Offene Sorptionssysteme  Zeolith  Stationärer Speicher • Mobile Wärmespeicher

4. Motivation Industrielle Abwärme • Nutzungshindernisse: • Temperaturniveau • zeitliche Verfügbarkeit • räumliche Trennung Kumulierte prozesstechnische Abwärmeleistung in den Niederlanden. Quelle: Energy Research Centre of the Netherlands

5. Adsorption Desorption Wärme Adsorbens Oberfläche Wassermoleküle Grundlagen: Adsorption Anlagerung von Wasserdampf an der inneren Oberfläche mikroporöser Materialien

6. Verdampfungs- wärme Luft + Wasser Luft + Wasser Kondensations- wärme Adsorptions- wärme Desorptions- wärme Luft Luft Grundlagen: Offene Sorptionssysteme • Wasserdampf / Zeolith • Betrieb bei Umgebungsdruck • Zeolithpellets in Festbettschüttung • Luft als Trägergas für Wärme- und Stofftransport Desorption Adsorption Laden Entladen Zeolith

7. Grundlagen: Warum Zeolith?

8. Grundlagen: Zeolith • Alumosilikat-Gerüststruktur (Me+,Me2+0,5)x(AlO2)x(SiO2)y(H2O)z • Verschiedene Kationen möglich (häufig Na+,K+,Mg2+,Ca2+,…) • Anwendung als Sorbens, Katalysator, Ionenaustauscher • Weltjahresproduktion 800 000 t • Für Sorptionsanwendungen in offenen Systemen meist als Pellets Zeolith A Porendurchmesser 4 - 5 Å Zeolith X/Y Porendurchmesser 7.4 - 10 Å Moleküldurchmesser H2O: 2.6 Å

9. Grundlagen: Speicherdichte und Temperaturhub 0.28 Beladung Zeolith Austritt Adsorption 0.2 0.1 Eintritt Adsorption 0.04 0.01 Eintritt Desorption Eintritt Adsorption

10. Grundlagen: Speicherdichte und Temperaturhub adsorption @15°C, =0.95 desorption @150°C Speicherdichten bis zu 270 kWh/t und Austrittstemperaturen bis zu 200°C erreichbar !

11. Projekterfahrungen: Stationärer Speicher • System • Adsorbens 7000 kg Zeolith 13X • Tankvolumen 10 m³ • Luftstrom 6000 m³/h • Therm. Leistung 130 kW (max.) Speicherdichte Q= 124 kWh/m³ (81 % des theor. Werts) Leistungszahl COPth= 0.92 (86 % des theor. Werts)

12. Gliederung • Grundlagen • Mobile Wärmespeicher  Grundidee  Konzeptvergleich Zeolith/PCM  Forschungsvorhaben  Wirtschaftlichkeitsanalyse

13. Nutzer A Zeo Zeo Lade- station Nutzer B Zeo LKW + Container Mobile Wärmespeicher Zeo + Nutzer C, D, … • BHKW • Müllverbrennung • Industriebetrieb • Klimatisierung • Schwimmbäder • Trocknung • …

14. Mobile Wärmespeicher Forschungsprojekt: Abwärmenutzung durch mobile Sorptionsspeicher Laufzeit: Juli 2005 – Juli 2008 Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft (BMWi) Partner: Hydro Aluminium Deutschland GmbH MVA Hamm Betreiber GmbH Tricat Zeolites GmbH Chemiewerke Bad Köstritz CWK GmbH

15. Mobile Wärmespeicher Roadmap Laborexperimente & Planung Wirtschaftlichkeits- rechnung Bau Betrieb

16. Mobile Wärmespeicher Konzept Mobile Sorptions-Speichereinheit Umgebauter Standard-Frachtcontainer. Zeolithvolumen 18,7 m³ Zeolithmasse 15 t Dicke der Schüttung 0,8 m Querschnitt der Schüttung 23,2 m² Max. Luftvolumenstrom 20.000 m³/h

17. Fragestellung Technologievergleich: PCM Natriumacetat, Schmelzpunkt 58°C PCM Wärmeträger- fluid Wärmetauscher Andere Systeme ?

18. Mobile Wärmespeicher Typische Kostenstruktur

19. Mobile Wärmespeicher Resultierende Energiekosten

20. Lade- station Zeo Brenn- stoff 105% Nutzer Mobile Wärmespeicher Energiefluss-Diagramm COP > 9 bezüglich Hilfsenergie ! Abwärme 132% Nutz- energie 100% Hilfsenergie, Transport 10.5%

21. Mobile Wärmespeicher CO2-Emissionen

22. Zusammenfassung • Sorptionsprozesse ermöglichen thermische Energiespeicherung • Zeolith bietet hohen Temperaturhub bei guter Speicherdichte und konstanter Leistung • Technische Machbarkeit in stationären Anwendungen bereits gezeigt • Laufendes Forschungsprojekt zur mobilen Nutzung • Zu klärende Fragen: mechanische Stabilität, Desorption mit Abgas • Wirtschaftlicher Betrieb möglich • Stark abhängig vom Verhältnis Arbeitskosten/Energiepreis

23. Dank Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!