Innovativer Speicher: Zeolithkügelchen speichern Wärme dauerhaft ohne Energieverlust

Die Durchschnittstemperatur in Deutschland lag im Jahr 2020 bei 10,4 Grad Celsius. Die Unterschiede zwischen Sommer und Winter können allerdings durchaus beachtlich sein. Aus der Sicht von Hausbewohnern und Mietern wäre es am besten, man könnte die Wärme im Sommer speichern, um sie im Winter zum Heizen zu nutzen. Bisher gibt es dafür aber noch keine praktikable Lösung. Heißes Wasser beispielweise verliert selbst in einem isolierten Tank auf Dauer Energie. Ein Team von Wissenschaftlern am Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) könnte nun aber einen Weg gefunden haben. Die Forscher setzten dafür auf Kügelchen aus Zeolith, die auf einen Durchmesser von fünf Millimetern kommen. Diese haben den Vorteil, dass sie viel Energie aufnehmen können und diese auch nicht wieder abgeben. Allerdings handelt es sich um sehr schlechte Wärmeleiter. Bisher mussten die Kügelchen daher direkt mit der Energiequelle in Berührung kommen, um sich zu erwärmen.

Wärmetauscher mit metallisiertem Zeolith.
Bild: Fraunhofer FEP

Das Aluminium erhöht die normalerweise niedrige Wärme-Leitfähigkeit

Deshalb haben die Forscher einen kleinen Trick zur Anwendung gebracht: Sie überzogen die Kügelchen mit einer Schicht aus Aluminium. Das klingt allerdings einfacher als es ist. Denn die Kügelchen müssen extrem gleichmäßig mit Aluminium bedeckt werden. Um dies zu ermöglichen, haben die Wissenschaftler ein eigenes Verfahren entwickelt. Dafür lassen sie Aluminiumdraht in einem Vakuum verdampfen. Anschließend rotieren die Kügelchen in einer Trommel so lange durch den Dampf bis die gewünschte Beschichtung erreicht wird. Durch das Aluminium konnte die Wärmeleitfähigkeit der Kügelchen bisher schon mehr als verdoppelt werden. Dies ermöglicht es, solare Wärme oder auch Abwärme von industriellen Prozessen auch in tieferen Schichten der Kügelchen-Häufung zu speichern. Die Forscher sind zudem optimistisch, zukünftig noch weitere Fortschritte zu erreichen: Sie wollen die Wärmeleitfähigkeit noch um den Faktor fünf bis zehn erhöhen. Dies würde den Prozess der Wärmespeicherung noch einmal attraktiver machen.

Wasser sorgt für die gewünschte Wärmeentwicklung

Doch wie genau funktioniert der neuartige Wärmespeicher? Dazu muss man zunächst wissen, dass Zeolithe porös sind und Wasser in ihrem Inneren einlagern. Will man nun Wärme speichern, werden die Kügelchen erhitzt, sodass das Wasser verdampft. Der gesamte Vorgang findet zudem in einem Wärmetauscher statt. Der entscheidende Punkt: Es darf keine Flüssigkeit eindringen. Denn wenn die Wärme wieder abgerufen werden soll, muss Wasser eingelassen werden. Dieses wird von den Kügelchen aufgesaugt. Der Clou: Dabei erhitzt sich das Zeolith und gibt Wärme an einen Wasserkreislauf ab. Dieser kann dann genutzt werden, um Häuser zu heizen. Der große Vorteil dieses Ansatzes: Theoretisch kann die Wärme so beliebig lange gespeichert werden, ohne dass Energie verloren geht. Theoretisch wäre es also tatsächlich möglich, im Sommer die Wärme der Sonne zu speichern und so im Winter keine zusätzlichen Heizkosten zu haben. Bisher wurde das Verfahren allerdings lediglich im Rahmen der Grundlagenforschung im Labor erprobt.

Via: FAZ