Beteiligung am bayerischen Klimaforschungsverbund FORETA
Dem fortschreitenden Klimawandel, insbesondere aber den sich abzeichnenden Lücken bei der Energieversorgung ist der neue bayerische Forschungsverbund „Energieeffiziente Technologien und Anwendungen“, kurz FORETA, gewidmet. Die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchen in ausgewählten Branchen energetische Wirkzusammenhänge, um neue Lösungsansätze zur Senkung des Energiebedarfs in Unternehmen zu entwickeln. Der Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik der Universität Erlangen-Nürnberg ist mit einem Projekt von Prof. Dr. Wilhelm Schwieger im Klimaforschungsverbund vertreten, in dem sich neun Universitäten und Hochschulen sowie zahlreiche mittelständische Unternehmen als Partner zusammengefunden haben. Der Freistaat Bayern zahlt über eine Laufzeit von drei Jahren Fördergelder in Höhe von drei Millionen Euro aus dem „Klimaprogramm Bayern 2020“.
Effizientere und umweltschonendere Verfahren zur Energienutzung können einen wichtigen Beitrag dazu leisten, von Menschen verursachte Klimaveränderungen einzudämmen und knappe Energieressourcen nachhaltig einzusetzen. Ein möglicher Weg dazu ist die Verwendung von Abwärme, deren Temperatur unter 100° C liegt. Diese Niedertemperaturabwärme fällt bei verschiedenen Prozessen in erheblichen Mengen an, etwa in Motoren, vor allem aber durch die Sonneneinstrahlung. Sie bleibt jedoch nahezu ungenutzt, weil sie für einen Wärmeaustausch meist nicht direkt geeignet ist oder zur falschen Zeit am falschen Ort entsteht.
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| Aufbau eines potentiellen Wärmetauschers mit Zeolithbeschichtung. Abb.: Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik |
Überschüssige Abwärme muss also umgewandelt und gespeichert werden, um nutzbar zu sein. Bei den Forschungen am Erlanger Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik geht es um Prozesse zur Transformation von Niedertemperatur-
wärme und die Entwicklung von Speichermaterialien für Wärme oder Kälte. Wärmetransformatoren, wie sie bisher im Einsatz sind, sind für die meisten Anwendungsfelder nicht leistungsfähig genug und damit zu groß oder zu schwer. Zum Speichern sind Adsorptionsmittel in Gebrauch, Substanzen, auf deren Grenzflächen Moleküle eines anderen Stoffes haften bleiben, sich dort anreichern und dabei Wärme erzeugen. Derzeit werden Wärmetransformationsprozesse vor allem durch durch die Verwendung von ineffizienten Adsorbentien limitiert.
„Den Fokus unseres Projektes haben wir auf das Sorptionssystem Wasser/Zeolith ausgerichtet, weil dafür ein hohes Potential zur Transformation von Niedertemperaturabwärme bereits nachgewiesen ist“, erklärt Prof. Schwieger. Zeolithe sind natürlich vorkommende oder synthetisierte Kristalle auf der Basis von Aluminium und Silicium. Sie sind von mikroskopisch kleinen Poren und Kanälen durchzogen und können darin beispielsweise Wasser aufnehmen und beim Erhitzen wieder abgeben, ohne dass ihre Kristallstruktur dabei zerstört wird.
Im FORETA-Verbund führen die Erlanger Wissenschaftler grundlegende Untersuchungen mit zeolithischen Materialien der Aluminiumphosphat-(ALPO)-Familie durch. Insbesondere soll der Einfluss unterschiedlicher Porengrößen im Hinblick auf ihre Affinitäten zu Wasser systematisch analysiert werden. Ausgehend von der Entwicklung optimaler Syntheseverfahren ist ein Brückenschlag bis hin zu Anwendungstests vorgesehen. Vor allem sollen die Struktur-Eigenschaft-Wirk-Beziehungen der zeolithischen Aluminiumphosphate für die Wasserdampfsorption erarbeitet werden, um neue Materialien für effektive Wärmepumpen vorschlagen zu können. Kooperationspartner ist die Sortech AG in Halle an der Saale.
In den bayerischen Forschungsverbünden arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus verschiedenen Hochschulen und Unternehmen interdisziplinär zusammen, um komplexe Fragestellungen in zukunftsrelevanten Bereichen zu beantworten. Am Klimaforschungsverbund FORETA sind auf Seiten der Wissenschaft die Universitäten Bayreuth, Erlangen-Nürnberg und die TU München sowie die Hochschulen für angewandte Wissenschaften Ansbach, Aschaffenburg, Ingolstadt, Kempten, Nürnberg und Weihenstephan beteiligt. Sprecher ist Professor Dr. Martin Faulstich, Leiter des Lehrstuhls für Rohstoff- und Energietechnologie der Technischen Universität München.