Thermische Speicher aus Polymer-Werkstoffen

Mit thermischen Speichern lassen sich Energien aus große Mengen erneuerbaren Quellen speichern nud nach Bedarf in bestehende Wärmenetze einbinden,
(Bildquelle: Thaut Images – Fotolia.com)

Die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft FFG fördert das Projekt StoreITup-IF zur Forschung und Entwicklung von thermischen Speichern. Unter der Projektleitung des Austrian Institute of Technology (AIT) ist das Projektziel, einen ökonomischen Latentwärmespeicher mit polymeren Phasenwechselmaterialien (Phase Change Material, PCM) in einem Temperaturbereich von 80 bis 400 °C zu entwickeln. Diese Wärmespeicher haben gegenüber herkömmlichen Speichern den Vorteil, dass sie neben der sensiblen Energie auch latente Energie speichern können und somit eine höhere Energiedichte aufweisen. Die latente Energie (verborgene Energie) speichert die bei dem physikalischen Phasenumwandlungsprozess im Werkstoff enthaltende Enthalpie, ohne, dass sich die Temperatur des umgewandelten Stoffes stark verändert. Derzeit werden als Phasenwechselmaterialien meistens Salze oder Paraffinöle eingesetzt. Salze haben den Nachteil, dass sie korrosiv und/oder teuer sind und Paraffinöle können nur im unteren Temperaturbereich eingesetzt werden, wodurch sie für viele industrielle Anwendungen ungeeignet sind.

Bei den wärmeleitfähigen Polymeren konnte sich der Hersteller Geba Kunststofftechnik, St. Veit, Österreich, mit wärmeleitfähigen Polymeren im Vorprojekt StoreITup! durchsetzen. Wärmeleitfähige Kunststoffe haben Vorteile in der freien Formbarkeit, im Preis, im Gewicht und eignen sich somit sehr gut als PCM.

Thermische Speicher aus Polymer-Werkstoffen

Wärmeleitfähige Kunststoffe haben Vorteile in der freien Formbarkeit, im Preis, im Gewicht und eignen sich somit sehr gut als PCM. (Bildquelle: Geba Kunststofftechnik)

Wesentliche Erkenntnisse aus dem Vorprojekt waren neben der Auswahl der Projektpartner, die Identifizierung von sechs potenziell interessanten Polymer-Klassen, die für den Einsatz im Speicher in Frage kommen. Zudem konnte in ersten Versuchen belegt werden, dass durch die Zugabe von geeigneten Additiven die Effizienz der PCMs optimiert werden kann.

Entwicklung und industrielle Großproduktion von optimierten polymeren PCM

Im aktuellen Projekt ist einer der nächsten Schritte die Optimierung der wärmeleitfähigen Kunststoffe für den Speicher. Hierbei stehen Punkte wie die Steigerung der Wärmeleitfähigkeit, Erhöhung der Speicherdichte, Minimierung der Volumenveränderung beim Phasenübergang sowie Langzeitstabilität und Reproduzierbarkeit im Vordergrund. Der Rohstoffhersteller übernimmt in dem Projekt die industrielle Herstellung der in Zusammenarbeit mit der Montanuniversität Leoben und dem Austrian Institute of Technology gemeinsam entwickelten Polymere für die PCM-Speicher. Bei der Herstellung greift das Unternehmen auf die langjährige Compoundier-Erfahrung zurück.

Anwendungstest in der Kunststoff- und Metallindustrie

Der Latentwärmespeicher der im StoreITup-IF- Projekt entwickelt wird, soll in der Produktion der Kunststoff- und Metallindustrie eingesetzt werden um zum Beispiel die Abwärme, die während der Produktion entsteht, zu speichern und sie zu einem späteren Zeitpunkt wieder an die Anlagen zurückzuführen. Die ersten Prototypen werden bei Geba in St. Veit und bei Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen (LKR) aufgebaut und im alltäglichen Betrieb getestet. Allein in Österreich besteht, nach Berechnungen des AIT, bei Speicherung von zehn Prozent der national nutzbaren Abwärme ein Marktpotenzial von 4,5 bis 7,5 Mrd. EUR. Nur mit thermischen Speichern lassen sich  große Mengen erneuerbarer Energien in bestehende Wärmenetze einbinden, indem einerseits Verbrauchsspitzen ausgeglichen und andererseits Zeiten geringer Produktion durch Erneuerbare (zum Beispiel keine Sonneneinstrahlung) überbrückt werden können. Das Marktpotenzial für solare Prozesswärme beziffert das AIT auf 39 bis 65 Mrd.

 

Projekt im Detail

Projektteilnehmer Store-IT-up-IF

Neben dem AIT Austrian Institute of Technology, der Montanuniversität Leoben und geba nehmen noch die Unternehmen technosert electronic,  das LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen, Gruber & Kaja Tech Metals, CTB Automatisierungstechnik und das Austria Solar Innovation Center an dem Projekt teil, das im März 2018 abgeschlossen wird.

 

Über den Autor

Peter Kläne

ist Marketingleiter bei Geba in St. Veit.

peter.klaene@geba.eu