AbSorbEnt - Entwicklung einer neuen Generation von Sorptionsmitteln und Optimierung des Absorptionswärmepumpen-Kreislaufs

In Absorptionswärmepumpen wird zur Überwindung des Druckunterschieds zwischen Verdampfungs- und Kondensationsdruck ein sogenannter „thermischer Verdichter“ eingesetzt, in welchem ein „Wärmekraftprozess“ stattfindet. In diesem liegt das Kältemittel (z. B. Wasser) während der Überwindung des Druckunterschieds absorbiert in einem flüssigen Lösungsmittel (z. B. wässrige Lithiumbromid-Lösung) vor. Dadurch benötigen Absorptionswärmepumpen nur eine vernachlässigbare elektrische Leistung zum Betrieb einer Lösungsmittelpumpe und ermöglichen sehr große Temperaturhübe zwischen Wärmequelle und -senke. Der „thermische Verdichter“ wird dabei größtenteils mit Energie in Form von Wärme weit über der Nutztemperatur „angetrieben“. Dadurch ermöglichen Absorptionswärmepumpen die Verwertung „minderwertiger“ Energie wie z. B. Abwärme industrieller Prozesse und sind aufgrund hoher thermischer Effizienzen essentiell, um die Gesamtenergieeffizienz thermischer Anlagen und Prozesse zu erhöhen. Insbesondere bei hohen Antriebstemperaturen kann jedoch die Verwendung von Lithiumbromid zu Leistungsverringerungen und Betriebsproblemen sowie zu irreparablen Anlagenschäden durch Kristallisation sowie Korrosion und damit einhergehender Fremdgasbildung führen. Deswegen werden Absorptionswärmepumpen meist nur selten, oder unter hohem Wartungsaufwand, in Hochtemperatur-Anwendungen (Senkentemperaturen über 100 °C) eingesetzt. In diesem Projekt werden mögliche alternative Absorptionsmittel auf der Basis ionischer Flüssigkeiten und stark eutektischer Lösungen zum Ersatz von Lithiumbromid entwickelt und hinsichtlich ihrer Sorptions- und Materialeigenschaften analysiert und bewertet. Auf Basis der Ergebnisse werden das vielversprechendste Absorptionsmittel ausgewählt und ein Hochtemperatur-Absorptionswärmepumpen-Funktionsmuster, zum Betrieb mit dem Absorptionsmittel, simulationsgestützt entwickelt. Zur Bestimmung der Betriebseigenschaften des Funktionsmusters wird dieses in einen Prüfstand eingebunden und experimentell vermessen (Antriebstemperaturen bis etwa 200 °C und Senken-Temperaturen von mindestens 100 °C). Basierend auf den gewonnenen Daten werden die angewandten Methoden und das Potenzial des neu entwickelten Absorptionsmittels sowie der Hochtemperatur-Absorptionswärmepumpe durch ökologische und ökonomische Analysen bewertet und schließlich die Verbesserungen im Vergleich zu H2O/LiBr-Absorptionswärmepumpen quantifiziert.