Solare Wärme für den Winter: Zeolith-Speicher lässt einen Traum wahr werden

Hoch poröse Keramiken mit einer inneren riesigen Oberfläche, Zeolithe genannt, sind exzellente Wärmespeicher. Sie nehmen dreimal mehr auf als etwa Wasser, das vielfach zur Langzeitspeicherung von solarer Wärme genutzt wird. Dazu kommt, dass auch nicht das kleinste bisschen Wärme verlorengeht, und das über Monate oder noch länger. Das liegt daran, dass die Wäme kalt gespeichert wird. Solarenergie erhitzt die Zeolithe, sodass das in den Poren gespeicherte Wasser verdunstet. Die Wärme wird wieder frei, wenn die Zeolith-Partikel wieder mit Wasser in Berührung kommen. Mit dieser Technik kann man also im Prinzip Solarenergie in den Winter herüberretten, um zu heizen und warmes Wasser zu bereiten.

Aluminium löst ein Wärmeübertragungsproblem

Dass das kaum geschieht liegt ebenfalls an einem Wärmephänomen. Die Übertragung der Infrarotstrahlen auf die Zeolith-Kristalle ist gar nicht so einfach, weil sie selbst Wärme kaum leiten. Nur die Partikel, die sich an der Oberfläche befinden, verlieren ihr Porenwasser, speichern also Energie. Um auch die tiefer liegenden Teilchen zu erwärmen hat man metallische Wärmeleiter in der Schüttung versenkt, die die Solarenergie in die Tiefe transportiert. Das funktioniert, hat aber den Nachteil, dass pro Volumeneinheit weniger Zeolith aufgeschüttet werden kann. „Unter dieser Bauweise leidet die Kapazität“, sagt Heidrun Klostermann, die am Fraunhofer Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik in Dresden eine Arbeitsgruppe leitet, die die Zeolith-Partikel mit einer hauchdünnen Schicht aus Aluminium überzieht. Sie sorgt dafür, dass die Teilchen Wärme an ihre Nachbarn abgeben, verhindert aber nicht die Verdunstung des Porenwassers und die spätere Wiederaufnahme der Flüssigkeit zur Wärmefreisetzung.

Leitfähigkeit soll um das Zehnfache steigen

Im ersten Anlauf konnte das Team die Wärmleitfähigkeit bereits verdoppeln. Das reicht Klostermann noch lange nicht. „Wir streben eine Steigerung um den Faktor fünf bis zehn an“, so die Teamleiterin. Was so einfach klingt, birgt durchaus große Herausforderungen. Denn bei einem Liter Granulat mit einer Korngröße von fünf Millimetern Durchmesser müssen etwa zehntausend dieser winzigen Pellets gleichmäßig mit Aluminium bedeckt werden. Ziel ist eine viel kleinere Korngröße, um die Kapazität des Speichers zu steigern. Das gelingt in einem Vakuum-Beschichtungsofen, der eigens für das Projekt ZeoMet entwickelt worden ist. Darin verdampft Aluminiumdraht. Er setzt sich gleichmäßig auf den Partikeln ab, weil diese in einer Trommel kontinuierlich umgewälzt werden, bis die erforderliche Schichtdicke erreicht ist.

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