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ePaper created 2013-09-23, 14:05:17 | version 1.25.20
Adsorbentien für Wärmespeicher und Stofftrennung Das Prinzip der Adsorption wird in vielen technischen An- wendungen genutzt, um beispielsweise Luft oder Gase zu entfeuchten oder Stoffgemische zu trennen. Eine weitere Anwendung ist die sorptive Wärmespeicherung, mit der die Energieeffizienz in Industrieprozessen und wärmetechnischen Anwendungen gesteigert werden kann. Als Adsorbens kom- men aufgrund der einfachen Handhabung und Herstellbarkeit in der Regel pelletierte Adsorbentien (beispielsweise Zeolithe, Aktivkohle, Silica-Gel etc.) in Kugel- oder Zylinderform zum Einsatz. Diese weisen allerdings oftmals eine eingeschränkte mechanische Stabilität sowie eine stark limitierte Wärmeleit- fähigkeit auf. Dies ist für die Leistungsfähigkeit vieler Anwen- dungen und insbesondere die Wärmespeicherung von Nach- teil. Verbesserte Sorptionspellets – erhöhte Stabilität und Wärmeleitfähigkeit Die Fraunhofer-Institute IGB, IKTS und IWU entwickeln im Rahmen eines von der Fraunhofer-Gesellschaft geförder- ten Projekts metallummantelte Pellets, die als Schüttung bei gleichbleibender Adsorptionskapazität eine deutlich gestei- gerte Wärmeleitfähigkeit aufweisen und mechanisch sta- bil sind. Eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit ermöglicht bei der Anwendung in Wärmespeichern oder Wärmepumpen eine signifikant erhöhte Leistungsdichte durch eine schnellere Be- und Entladung. In der chemischen Reaktionstechnik soll die Temperaturregelung des Sorptionsbetts einfacher und effek- tiver werden. Ziel ist zudem, Abriebverluste beim Transport der Materialien und Befüllen der Reaktoren durch die erhöhte mechanische Stabilität zu minimieren. Dies führt zu längeren Standzeiten der Sorbensschüttungen, ermöglicht neue Reak- toren (Fließreaktor) und mobile Anwendungen. Um möglichst gute Adsorptionseigenschaften zu erreichen, sollen die Pellets eine hohe innere Porosität aufweisen. Die Herstellungsweise soll zur Fertigung großer Mengen geeignet sein. Herstellungsverfahren und Materialtests Im Projekt werden zylindrische Pellets mit einer Mantelfläche aus Kupfer, Aluminium oder anderen Metallen hergestellt, in- dem Sorbensgranulate in dünnwandige Metallröhrchen gefüllt werden. Hierzu wurde in einem ersten Schritt ein geeignetes Herstellungsverfahren konzipiert, welches aus den vier Teil- schritten Granulierung, Befüllen der Metallröhrchen, Fließwal- zen und Vereinzeln der Pellets besteht. Eine besondere Her- ausforderung hierbei ist es, die Verdichtung des Materials so vorzunehmen, dass das Sorbens in der Metallhülle verbleibt und trotzdem eine ausreichende Porosität besteht, um die Adsorptionseigenschaften beizubehalten. Dazu wurden beim Fraunhofer IKTS Modellversuche mit NaY-Zeolith unter Ver- wendung verschiedener Binder vorgenommen. Die Ausgangs- granulate wurden zu zylinderförmigen Pellets verpresst und die Festigkeit sowie die spezifische Oberfläche bestimmt. Aufbauend auf diesen Vorversuchen hat das Fraunhofer IWU eine Testanlage zur Herstellung von 5–10 kg Adsorbenspel- lets konzipiert und gebaut. In Kürze werden größere Mengen ummantelter Pellets zur Verfügung stehen, um diese in einem Modellwärmespeicher beim Fraunhofer IGB zu erproben. 120 HIPEL – METALLUMMANTELTE SORPTIONSPELLETS FÜR WÄRMESPEICHER UND ADSORPTIONSANWENDUNGEN Dipl.-Ing. Mike Blicker ENERGIE 1 2 3