Mobile Zeolite Heat Storage

Die Nutzung mobiler Speicher stellt in zahlreichen industriellen Bereichen ein besonders interessantes Anwendungfeld dar. Daher will die BKW Kunststoffe GmbH in Kooperation mit der Eiko Anlagenbau und -prüfungsgesellschaft mbH und dem Institut für Kunststofftechnik (IKT) sowie dem Institut für Gebäudeenergetik, Thermotechnik und Energiespeicherung (IGTE) der Universität Stuttgart in diesem Forschungsvorhaben ein modulares, mobiles, thermochemisches, zeolithbasiertes Energiespeichersystem zur Kompensation und Nutzbarmachung von Abwärme in Industrieanlagen entwickeln.

In der Regel bestehen Adsorptionsanlagen aus Festbettschüttungen, in denen kugelförmige Zeolithpartikel zum Einsatz kommen. Ein wesentlicher Nachteil ist, dass Festbettschüttungen bei der Durchströmung einen hohen Druckverlust aufweisen, was die Verwendung leistungsstarker Gebläse notwendig macht und die durchströmbaren Längen limitiert.

Eine deutliche Verbesserung könnte der Einsatz von Zeolith-Wabenkörpern darstellen (Abbildung 1). Sie sind gekennzeichnet durch einen deutlich reduzierten Druckverlust bei der Durchströmung aufgrund der Vielzahl von geradlinigen Kanälen, einem exzellenten Stoffübergang und einer selbsttragenden Struktur. Das Verhältnis von Kanalanzahl pro Querschnittsfläche und Wandstärke kann in weitem Umfang den Anwendungen angepasst werden.

Die Wabenkörper werden durch Extrusion hergestellt. Bei Einsatztemperaturen unter 200 °C könnten die bisher meist verwendeten keramischen Formmassen aber auch durch kostengünstigere kunststoffbasierte Formmassen ersetzt werden. Durch die Forschungsarbeiten des IKT soll die Effizienz der zeolithbasierten Wabenkörper erhöht werden. Zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit sollen in diesem Vorhaben außerdem die aktuell häufig genutzten keramischen Werkstoffe durch Polymerwerkstoffe ersetzt werden.

Die Bayerischen Kunststoff Werke (BKW) soll in diesem Vorhaben erstmalig ein industrielles Herstellungsverfahren zur Produktion der zeolithgefüllten Polymerwabenkörper entwickeln. Der Anteil der EIKO Anlagenbau- und prüfungsgesellschaft bezieht sich auf die Entwicklung eines mobil einsetzbaren Wärmespeichersystems inkl. der Auslegung sämtlicher notwendiger Komponenten (Pumpen, Rohrleitungen, Schnittstellen usw.).

Die Aufgabe des IGTE ist die Entwicklung eines numerischen Simulationsmodells zur vollständigen Beschreibung der Wärme- und Stofftransportvorgänge in einem aus Wabenkörpern aufgebauten Sorptionswärmespeichers.  Mit diesem Simulationswerkzeug erfolgt die numerisch gestützte Optimierung der Speichergeometrie unter Berücksichtigung der thermo-physikalischen Eigenschaften des Speichermaterials. Zusammen mit der Fa. EIKO ist das IGTE für das Design und die Auslegung des Speicher zuständig.

01/2020 - 12/2022

EIKO – Anlagenbau- und prüfungsgesellschaft mbH

BKW – Bayerische Kunststoff Werke

IKT – Institut für Kunststofftechnik, Universität Stuttgart

Das Forschungsprojekt „Mobile Zeolite Heat Storage - Entwicklung eines mobilen, regenerativen, auf innovativen Polymer/Zeolith-Wabenkörpern basierenden Wärmespeichers zur Nutzbarmachung von Abwärme in Industrieanlagen“ ist ein ZIM Kooperationsprojekt, das mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert und von der AIF Projekt GmbH unter dem Förderkennzeichen ZF4693602ST9 betreut wird.