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Wärmetransformation durch Adsorption Grundlagen und neue Materialien Gerrit Füldner Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE DPG-Jahrestagung,

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Präsentation zum Thema: "Wärmetransformation durch Adsorption Grundlagen und neue Materialien Gerrit Füldner Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE DPG-Jahrestagung,"—  Präsentation transkript:

1 Wärmetransformation durch Adsorption Grundlagen und neue Materialien Gerrit Füldner Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE DPG-Jahrestagung, AKE4 München, 20. März 2006

2 Gerrit Füldner, AKE_2006_München 2 Wärmetransformation durch Adsorption Gliederung 1.Grundlagen Einführung Carnotscher Vergleichsprozess Adsorptionswärmepumpen und –kältemaschinen Nutzbare Materialien 2.Materialoptimierung durch Simulation Methoden der Computersimulation Gittergassimulationen im Ising-Modell

3 Gerrit Füldner, AKE_2006_München 3 Wärmetransformation durch Adsorption Großer Anteil fossiler Energieträger zur Bereitstellung von Niedertemperaturwärme und Kälte genutzt Reduktion möglich durch thermisch betriebene Adsorptionswärmepumpen und –kältemaschinen Insbesondere in Kombination mit Solarenergie Warum Adsorptionstechnik? Quelle: MSE

4 Gerrit Füldner, AKE_2006_München 4 Wärmetransformation durch Adsorption Auch: (saisonale) Adsorptions- Wärmespeicher Größere Speicherdichten (>130 kWh/m 3 ) als z.B. Wassertanks (ca. 58 kWh/m 3 ) Pilotprojekt im Solarhaus Freiburg Weitere Nutzungsmöglichkeit Fläche nutzbar für Bild / Graph Quelle: ISE Freiburg

5 Gerrit Füldner, AKE_2006_München 5 Wärmetransformation durch Adsorption Carnotscher Vergleichsprozess Exergie Ex=(1-T 1 /T 2 )Q Bei T2: Ex(Q 2 )=W => Q1 =Q 2 – W Bei T 0 wird W zugeführt => Q1 =Q 0 + W => Q 1 =Q 0 +Q 2 steht bei T 1 zur Verfügung Fläche nutzbar für Bild /Graph

6 Gerrit Füldner, AKE_2006_München 6 Wärmetransformation durch Adsorption

7 Gerrit Füldner, AKE_2006_München 7 Wärmetransformation durch Adsorption

8 Gerrit Füldner, AKE_2006_München 8 Wärmetransformation durch Adsorption Mögliche Sorptionsmaterialien Silikagele: Amorphe Form fester Kieselsäure, Modifizierung durch Metall-Ionen Zeolithe: Typen A, X und Y, Modifizierung durch Ionenaustausch Aluminophosphate: besonders aussichtsreich Alpo 18, teuer in der Herstellung (Template) Aktivkohlen: Oberflächenmodifizierung nötig (Hydrophilierung)

9 Gerrit Füldner, AKE_2006_München 9 Wärmetransformation durch Adsorption Experimentell charakterisierte Adsorbentien Beladungshub in g/g bei zwei verschiedenen Zyklenbedingungen (Verdampfung immer 10°C, Kondensation 35°C): Vorne: Desorption bei 95°C, niedrigste Adsorptions- temperatur 30°C Hinten: Desorption bei 140°C, niedrigste Adsorptions- temperatur 40°C Quelle: Dr. Ferdinand Schmidt, ISE Freiburg

10 Gerrit Füldner, AKE_2006_München 10 Wärmetransformation durch Adsorption Methoden der Computersimulation Molekulardynamische Simulationen (MD): Gleichgewichts- und Transporteigenschaften eines klassischen Vielkörpersystems durch Lösung der Bewegungsgleichungen Monte Carlo Simulationen (MC): Gleichgewichtseigenschaften eines statistischen Systems durch Sampling und Mittelung boltzmannverteilter Konfigurationen

11 Gerrit Füldner, AKE_2006_München 11 Wärmetransformation durch Adsorption Wasseradsorption in Simulation und Experiment: GCMC-Simulationen Y-Zeolith bei 56 mbar und 413 K, SPC-Wassermodell Quelle: Stefan Henninger, ISE Freiburg

12 Gerrit Füldner, AKE_2006_München 12 Wärmetransformation durch Adsorption x y z Gittergassimulationen mit der Monte Carlo Methode L N mit

13 Gerrit Füldner, AKE_2006_München 13 Wärmetransformation durch Adsorption Mögliche Phasenübergänge von Wasser in Poren Isothermen nach IUPAC Layering, Wetting und Kapillarkondensation, Brovchenko et al (BMBF Netzwerk-Projekt) Parameter im Gittergasmodell: Surface-Site-WW, Site-Site-WW, Porenweite

14 Gerrit Füldner, AKE_2006_München 14 Wärmetransformation durch Adsorption Zusammenfassung Adsorptionsprozesse gut geeignet zur Nutzung thermischer Solarenergie Materialoptimierung und –Upscaling nötig, aber aussichtsreich Sowohl experimentell in Zusammenarbeit mit Synthesegruppen als auch im Rahmen von Computersimulationen Gittergassimulationen zum grundlegenden Verständnis der Adsorption geeignet, aber keine quantitativen Aussagen möglich Theorie: Wetting Transition und v.a. Kapillarkondensation geeignete Phasenübergänge

15 Gerrit Füldner, AKE_2006_München 15 Wärmetransformation durch Adsorption Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!


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