Wärme- und Sorptionssysteme

Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Energieeffizienz, die Nutzung regenerativer Energien und die Möglichkeiten zur Energiespeicherung sind elementare Bestandteile einer nachhaltigen Energieversorgung. Häufig wird unter Energie nur elektrische Energie verstanden, obwohl in Europa rund 50 Prozent der Primärenergie in Form von Wärme verbraucht werden. Bei der Stromerzeugung in Großkraftwerken und bei vielen Industrieprozessen fallen große Mengen Abwärme an – die Nutzung auch dieser Abwärme stellt ein großes Einspar- und Optimierungspotenzial dar. Wichtige Handlungsgebiete sind hierbei thermische Aufbereitungsverfahren und die Speicherung von Wärme.

Das Fraunhofer IGB realisiert und optimiert durch die Entwicklung innovativer Konzepte thermische Wasser- und Stoffaufbereitungsverfahren, um Energiequellen wie Abwärme oder solartechnisch erzeugte Wärme nutzen zu können. Solare Meerwasserentsalzung, die Aufkonzentrierung von Industrieabwässern, sorptive Wassergewinnung aus Luftfeuchte und die Rückgewinnung von Lösemittel sind hier Beispiele für Anwendungen, die im Fraunhofer IGB bearbeitet werden.

Ein weiterer wichtiger Baustein für die zukünftige Entwicklung sind Systeme, mit denen sich Wärme effizient speichern und wenn nötig transportieren lässt. Dazu sind aufgrund geänderter Anforderungen an Speicherkapazitäten, Effizienz und Flexibilität neue Systemansätze gefordert, die das Fraunhofer IGB mit der Entwicklung von sorptiven Wärmespeichersystemen verfolgt.

Forschungsthemen

  • Steigerung der Energieeffizienz durch sorptive Wärmespeicherung
  • mehr Info
  • Sorptionssysteme für die Bindung von Wasserdampf
  • mehr Info
  • Thermische Verfahren zur Wasseraufbereitung
  • mehr Info

Wissenswertes

  • Verdampfung mit gravitativer Vakuumerzeugung
  • mehr Info
  • Chemische und sorptive Wärmespeicherverfahren und die Funktionsweise der sorptiven Wärmespeicherung
  • mehr Info

Projekte

HeatSaver – Thermochemisches Wärmespeichersystem

  • Das HeatSaver Projekt hat zum Ziel eine Wärmespeichertechnologie zu entwickeln, die auf einem Sorptionsprozess basiert und sich durch eine hohe Speicherdichte, flexible Arbeitstemperaturen und geringe Wärmeverluste auszeichnet.

WaLu – Trinkwassergewinnung aus Luftfeuchtigkeit

  • In Gebieten mit trockenem oder überwiegend trockenem Klima ist die Gewinnung von Trinkwasser ein existenzielles Problem. Um Wasserressourcen als Trinkwasserquelle zu erschließen, arbeitet das Fraunhofer IGB in Zusammenarbeit mit Partnern an einem neuartigen Prozesskonzept.

DeSol ­­– Meerwasserentsalzung mit einer solar betriebenen Vakuumverdampferanlage

  • Zusammen mit europäischen Partnern aus Industrie und Forschung entwickelt das Fraunhofer IGB eine energieeffiziente und kostengünstige Technologie zur Meerwasserentsalzung. Dabei ermöglicht ein mehrstufiges Vakuumverdampfungsverfahren den effizienten Einsatz von Wärme bei niedrigen Temperaturen. Obwohl es sich um einen Vakuumprozess handelt werden keine Vakuum- oder Strahlpumpen benötigt.

Niederdruckverdampfung von Industrieabwässern

  • In vielen kleinen und mittleren Industriebetrieben fallen stark verunreinigte Abwässer an, die entsprechend den geltenden Richtlinien aufbereitet oder entsorgt werden müssen. Dabei wird bei kleineren Abwassermengen üblicherweise eine Entsorgung durch externe Dienstleister gewählt. In diesem Fall bietet die Vakuumverdampfung deutliche Einsparpotenziale.

Solaris – Neuartiges und modulares Solar-Luftwärmepumpensystem

  • Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer neuartigen, effizienten und kostengünstigen kombinierten Solar-Luftwärmepumpe, die effizient und effektiv ganzjährig zur Beheizung europäischer Privathaushalte genutzt werden und hierbei zur CO2-Reduktion beitragen kann.

Leistungen

  • Markt- und Technologieanalysen
  • Machbarkeitsstudien und Voruntersuchungen im Labor- und Technikumsmaßstab
  • Prozessentwicklung durch ein interdisziplinäres Team aus den Bereichen Verfahrenstechnik, Maschinenbau, Chemie, Mikrobiologie und Elektrotechnik
  • Optimierung und Anpassung von thermischen und sorptiven Verfahren zur Effizienzsteigerung
  • Kundenspezifische Entwicklungen im Bereich thermische Stoffaufbereitung, Ab- und Adsorption
  • Spezifizierung der Anlagentechnik inklusive der Automatisierung bis hin zum industriellen Prototypen
  • Umfangreiche Labor- und Technikumsausstattung als Schlüsselkomponenten zu einer erfolgreichen Projektdurchführung

Ausstattung

  • Laboranlagen für die Charakterisierung und Untersuchung von Adsorbentien und Elektrolyten / Absorptionsmitteln
  • Umfangreiche Analysemethoden zur Wasseranalytik
  • Konstruktions- und Simulationssoftware: SolidWorks, CST Microwave Studio, COMSOL MultiPhysics®, Design-Expert Workstation
  • Laboraufbauten zur Untersuchung von thermischen Trennprozessen
  • Technikumsanlage zur Aufkonzentrierung von (Industrie-)Abwässern
  • Technikumsanlage für die Untersuchung von Feststoffwärmetauschern für Adsorbentien und zur Untersuchung von sorptiven Wärmespeicherprozessen
  • Messmethoden zur Wärmeleitfähigkeitsmessung von Schüttungen unter Vakuum
  • Analysemethoden bezüglich der Beschaffenheit von Adsorbentien (z. B. BET-Messung)

Publikationen

Blicker, M., Sorptive water production from air humidity – decentralised water production in arid regions, Forum der Fraunhofer-Allianz SysWasser: Forschung für die Wassernutzung von morgen, IFAT Entsorga 2010, 13.-17. September 2010, München, Deutschland

Lass-Seyoum, A., Blicker, M., Borozdenke,D., Langhof, T., Friedrich, T.,
Experimental characterization and technical evaluation on zeolites in different sized sorption thermal energy storage systems,
5th International FEZA (Federation of European Zeolite Associations) Conference, 3.-7. Juli 2011, Valencia, Spanien