Süße Lösung für das Wärmeenergiespeicherproblem

Forscher haben Zuckeralkohole mit Kohlenstoff-Nanoröhren kombiniert, um ein Material zu schaffen, dass erneuerbare Energie in Form von Wärme speichern kann.

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Wissenschaftler und Forscher sind weiterhin auf der Suche nach neuen Wegen aus der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und zur Verringerung der Kohlendioxidmengen (CO2), die in die Luft abgegeben werden. Doch dabei wird ein Bereich manchmal übersehen – und zwar, wie Wärme gespeichert wird. Obwohl bereits viel Forschung in die Gewinnung und Nutzung von Sonnenenergie und Windkraft eingeflossen ist, wurde nur wenig zur Beantwortung der Frage getan, auf welche Weise überschüssige Energie für die Zeit gespeichert werden kann, wenn die Sonne bereits untergegangen ist oder kein Wind weht.
 
 Traditionell war die Antwort auf diese Frage die Nutzung von Speicherbatterien oder, in einigen Fällen, Pumpspeicherwerken – zwei Lösungen, die bei weitem nicht perfekt sind. In der Tat kann ihre Ineffizienz jeden ökologischen Nutzen, der in erster Linie aus Solar- und Windenergie gewonnen wurde, wieder zunichtemachen. 
 
 Eine mögliche Lösung für die Speicherfrage ist, die Energie in Wärmeenergie umzuwandeln und sie in thermischen Energiespeichern zu speichern. Sie hat sich als generell effizienter sowie besser für die Rückgewinnung von verschwendeter Wärme erwiesen und kann kostengünstigere Energie bereitzustellen. Bevor wir jedoch thermische Energie allgemein verwenden können, muss die Entwicklung einer kostengünstigen, hochdichten Speichertechnologie erforscht werden.
 
 Und genau das haben die Forscher aus dem EU-geförderten Projekt SAM.SSA getan.    
 
 Quer gedacht
 
Das Ziel des Projekts war es, neue Phasenwechselmaterialien (phase change material, PCM) für saisonale thermische Energiespeicheranwendungen (seasonal thermal energy storage, STES) für den mittleren Temperaturbereich zu entwickeln. Die Forscher wollten, dass diese Materialien kostengünstig, umweltverträglich, sicher und einfach zu bedienen sind. Darüber hinaus könnten die Materialien als eine langfristige Speicherlösung dienen, die wesentlich geringere Wärmeverluste als die derzeit verfügbaren Optionen bietet.
 
 Das war ein innovativer Ansatz für das Problem, da PCM nicht typischerweise als eine STES-Option angesehen wird. Grund dafür sind deren unzureichende Energiedichten und hohes Verfestigungsrisiko während der Speicherung, wobei dieses Phänomen durch eine unzureichende Isolierung verursacht wird, um die Temperaturen über dem Schmelzpunkt zu halten. 
 
 Magisches Material
 
Für SAM.SSA war das magische Material zur Überwindung des PCM-Problems Zuckeralkohol, ein übliches und reichlich vorhandenes Abfallprodukt aus der Lebensmittelindustrie. Dieses Material, das auch als molekulare Legierung auf Basis von Zuckeralkoholen (MASA) bekannt ist, kann den Schmelzpunkt beeinflussen, und damit die Energiedichte signifikant erhöhen. Laut einem kürzlich erschienenen Artikel über das Projekt, der in der Zeitschrift „The Journal of Physical Chemistry“ veröffentlicht wurde, bilden Zuckeralkohole, wenn sie mit Kohlenstoffnanoröhren gemischt werden, ein Material, das erneuerbare Energie als Wärme speichert.
 
 Das Projekt konzentrierte sich auf Zuckeralkohole, da sie ein hohes Maß an Unterkühlung ermöglichen, die das Risiko einer spontanen PCM-Verfestigung minimiert. Sie reduzierten auch die Anforderungen an die Isolierung, sowie den Wärmeverlust während der Langzeitspeicherung. Mit der Anwendung eines lokalen thermischen Schocks oder Ultraschalls, werden Kernbildung und anschließende Kristallisation induziert, so dass eine einfache und effiziente Entladung der Energie aus dem Speichersystem möglich ist.
 
 Grundlagen legen
 
Werden Kohlenstoffnanoröhren in verschiedenen Größen mit zwei Arten von Zuckeralkoholen (Erythritol und Xylitol) vermischt, wird, wie die Forscher herausfanden, die Wärmeübertragung innerhalb einer Mischung mit sinkendem Nanoröhrchendurchmesser mit einer Ausnahme verringert. Die Forscher stellte außerdem fest, dass allgemein eine höhere Dichtekombination eine bessere Wärmeübertragung bedeutet. Diese Erkenntnisse sind bedeutsam, da sie die Grundlage für die zukünftige Gestaltung von Energiespeichersystemen auf der Basis von Zuckeralkoholen legen.
 
 Zum Zeitpunkt des Projektabschlusses hatten die Forscher einen frühen Prototyp zur Behandlung von reinem Zuckeralkohol oder Zuckeralkoholmischungen geschaffen, um die Kristallisation zu erreichen. Da grundlegende Konzepte für weitere Prototypen zusammen mit Verwertungsstrategien bereits in Arbeit sind, sehen die SAM.SAA-Forscher optimistisch in die Zukunft, was die Verwendung von MASA als Antwort auf die Probleme der thermischen Energiespeicherung betrifft.
 
 Weitere Informationen finden Sie auf der:
SAM.SSA Projekt-Website

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