Beschreibung

Im Rahmen dieses abgeschlossenen Forschungsprojektes wurde die Stabilität von Sorptionsmaterialien für thermisch angetriebene Wärmespeicher- und Wärmetransformationssysteme hinsichtlich hydrothermaler wie auch mechanischer Belastungen untersucht.

In einer ersten Literaturrecherche wurden bestehende Arbeiten zu diesem Thema zusammengefasst. Es zeichnete sich hier bereits die Notwendigkeit intensiver Untersuchungen ab, da nur wenige relevante Dokumente gefunden werden konnten.

Im Folgenden wurden Untersuchungen an reinen Sorptionsmaterialien im Form von Pulvern, an verpressten oder mit Binder versetzten Materialien in Form von Pellets sowie an Kompositproben bestehend aus dem aktiven Sorptionsmaterial sowie einem metallischen Träger durchgeführt.

Diese Untersuchungen spiegeln zum einen die unterschiedlichen Entwicklungsstufen eines neuen Sorptionsmaterials, beginnend bei kleinen Probenmengen in Vorstufen bis hin zu großtechnisch hergestellten Materialien, zum anderen die unterschiedlichen Anwendungsbereiche wie langsam zyklierender Wärmespeicher und schnell zyklierende Wärmepumpe wider.

Des Weiteren können bereits Kurzzyklentests erste Hinweise auf die Stabilität des Sorptionsmaterials liefern, was durch die Untersuchungen eindrucksvoll bestätigt wurde. So zeigten einige Materialien bereits nach wenigen Zyklen starke Verluste der Adsorptionskapazität von bis zu 40 % innerhalb weniger Zyklen. Zusätzlich konnte der Einfluss von Schadgasen auf bestimmte Proben untersucht werden. So zeigte sich bei einigen Materialien eine starke Degradation nach Exposition mit CO2. Insgesamt wurden über 20 Proben untersucht.

Neben dieser Kurzzyklierung, die eine schnelle Einschätzung der Stabilität neuer Materialien ermöglicht, wurde im Hinblick auf die Anwendung in Wärmepumpen eine Langzeitzyklierung an Kompositproben mit über 50.000 Ad- und Desorptionszyklen durchgeführt. Hier konnten zahlreiche Defekte und Degradationen beobachtet werden, die die Notwendigkeit derartiger Untersuchungen verdeutlichten. So zeigten alle untersuchten Proben eine Degradation im Vergleich zur Startkapazität, die bei einigen Proben zu einem Kapazitätsverlust von bis zu 25 % führte. Ergänzt wurden diese Untersuchungen durch mechanische Belastungstests, die beispielsweise in Form von Druckschwankungen auftreten können. Diese Druckwechseltests wurden an Kompositen durchgeführt.