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Heißer Speicher: Wärme zu Strom bei 2000 Grad

Heißer Speicher: Wärme zu Strom bei 2000 Grad
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Ein Latentwärmespeicher ist eine besondere Art der Wärmespeichertechnik, die Wärme über einen sehr langen Zeitraum und immer wieder aufs Neue speichern kann. Dafür verwendet der Latentwärmespeicher als Speichermedium ein Phasenwechselmaterial - abgekürzt PCM für Phase Change Material. Dieses Material ist in der Lage, seinen Aggregatzustand innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs zu wechseln, zum Beispiel von flüssig in fest und umgekehrt. Das Besondere an den PCMs ist also, dass sie bei Energiezufuhr in Form von Wärme vorerst nicht ihre Eigentemperatur wechseln, sondern stattdessen eine Phasenumwandlung durchlaufen.

Wechselnder Aggregatzustand macht Technik effizient

Während des Wechsels des Aggregatzustandes wird die latente Wärme, also die Wärme, die aufgenommen oder abgegeben wurde, gespeichert und kann anschließend – auch erst nach einem längeren Zeitraum – genutzt werden.

Diese latente - verborgene - Wärme ist durch den Phasenumwandlungseffekt wesentlich größer als die herkömmliche Wärmekapazität dieser Materialien. Aus diesem Grund sind Latentwärmespeicher besonders effizient.

Viel Energie speichern auf kleinstem Raum - in glühendem Eisen

Im europäischen AMADEUS-Projekt wird die nächste Generation von Materialien und Vorrichtungen zur Speicherung latenter Wärmeenergie (LHTES) bei Ultrahochtemperaturen von bis zu 2000ºC untersucht, die weit über die heutigen maximalen Betriebstemperaturen von ~1000ºC hinausgehen.

Zum einen braucht es das richtige Material mit dem richtigen Verhalten, um das Konzept auch bei extremer Energiedichte, also bei 2000 Grad auf kleinstem Raum zu realisieren. Dann die Technologie rund um den heißen Kern herum - fortschrittliche Wärmedämmungs- und PCM-Gehäusekonstruktionen, dazu neuartige Wärme-zu-Leistungsumwandlungstechnologien müssen entwickelt werden, die bei Temperaturen bis zu 2000ºC betrieben werden können.

Natalia Sobczak arbeitet als polnische Materialwissenschaftlerin in dem EU Projekt:

"Bei hohen Temperaturen reagiert alles mit allem. Und jede dieser Reaktionen kann zu großen Veränderungen in den Eigenschaften des Behältnisses führen, sogar zu Rissbildung. Wir suchen noch nach den Bedingungen, unter denen kontrollierte chemische Reaktionen während des Schmelzprozesses garantiert sind."

Mit diesen neuen Materialien, Geräten und Prozessen soll ein Machbarkeitsnachweis für ein neuartiges, extrem kompaktes LHTES-Gerät mit beispiellos hoher Energiedichte realisiert werden.

Die wichtigsten Schlüsseltechnologien sind: neuartige PCMs auf Basis von reinem Eisen, Silizium und Bor mit ultrahoher Schmelztemperatur und latenter Wärme, neuartige feuerfeste Auskleidungsverbunde auf Basis von Carbiden, Nitriden und Oxiden für die PCM-Behälterwände, fortschrittliche wärmeisolierte PCM-Gehäuse für den Ultra-Hochtemperaturbetrieb und neuartige Festkörper-Wärmebildner auf Basis von photovoltaischen und thermischen Effekten.