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Portrait | 26.11.2013
Kompositwerkstoffe

Sonnenenergie mit neuen Materialien speichern

Die Nachwuchsforschergruppe NEOTHERM (v. l. n. r.): Dr. Alexandra Lieb, Dr. Ulf Betke, Diplom-Chemikerin Jane Venus und M.Sc. Jakob Eggebrecht entwickeln neue Werkstoffe für die thermische Energiespeicherung.
© OVGU

Die interdisziplinäre Nachwuchsforschergruppe NEOTHERM an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg entwickelt neue Werkstoffe zur Speicherung thermischer Energie. Die Wissenschaftler der Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik wollen mit neuen Kompositwerkstoffen ungenutzte solare Wärmeenergie und Abwärme aus der Industrie rückgewinnen und speichern. Diese Energie ließe sich künftig beispielsweise für die Erwärmung von Brauchwasser oder zur Raumheizung nutzen.

Die Chemiker und Werkstoffexperten der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (OVGU) wollen neue Kompositwerkstoffe mit einer großen Oberfläche und hoher Energiespeicherdichte entwickeln, die sehr viel Wasser aufnehmen können. Die Nachwuchsforschergruppe NEOTHERM will dazu neue Werkstoffe als Trägermaterialien entwickeln, mit hochporösen Pulvern beschichten und die sorptiven Eigenschaften der Komposite optimieren.
Die Wasseraufnahme, die sogenannte Sorption, führt zur Fähigkeit, Wärme zu speichern. „Moleküle, die sich an einer Oberfläche anlagern, verlieren ihre Beweglichkeit und setzen Energie frei. Durch Zuführung von Energie kann die Oberfläche wieder aktiviert werden. Der Vorgang ist vergleichbar mit der Wasserverdunstung an meinem Arm. Beim Trocknen verschwinden die Wassermoleküle, die Energie dafür wird der Haut entzogen. Durch den Verdunstungsvorgang fühlt sich der Arm kalt an“, erklärt Dr. Alexandra Lieb das Grundprinzip. „Die mit Wasser getränkten Stoffe, die wir entwickeln wollen, werden von heißer Luft durchströmt, dadurch entsteht feuchte, kalte Luft. Die Wärme bleibt indes im Stoff und wird gespeichert.“ Sobald die Wärme, also die Energie, wieder benötigt wird, werde das Wasser - als Wasserdampf - einfach wieder hinzugefügt, fügt Lieb hinzu. Die Entwicklung der Trägermaterialien geschieht in enger Kooperation mit dem Institut für Werkstoff- und Fügetechnik.

Kompositwerkstoffe für die thermochemischen Speicherung

In der interdisziplinären Nachwuchsforschergruppe „Neuartige Kompositwerkstoffe für die thermochemische Energiespeicherung“ (NEOTHERM) sollen mikro-makro-poröse Kompositmaterialien für die thermochemische Energiespeicherung entwickelt, charakterisiert und bewertet werden. Ziel ist es, Sorptionsmaterialien für das Sorbat Wasser mit hoher Speicherdichte, effektivem Wärmeübergang und applikationsangepasster Sorptionstemperatur (»20 bis 500 °C) und geeignetem Temperaturhub sowohl für die Speicherung solarer Wärme als auch für die Energierückgewinnung aus technischen Prozessen bereitzustellen. Dazu sollen zellulare Werkstoffe als Trägermaterialen entwickelt und bezüglich ihrer chemischen, morphologischen und thermischen Eigenschaften optimiert werden. Parallel dazu sollen als Aktivkomponente der Wärmespeicherung mikroporöse kristalline Verbindungen (metal organic frameworks = MOFs und Zeolithe) entwickelt und/oder modifiziert und auf dem Träger fixiert werden, beispielsweise mittels in-situ-Kristallisation oder Träger-Linker-Reaktion.

Folgende Aspekte der Werkstoffverbunde werden bearbeitet:

  • Synthese neuer beziehungsweise modifizierter mikroporöser Materialien (Aktivkomponente)
  • Entwicklung von Herstellungsverfahren für makroporöse monolithische Materialien mit variierbaren oberflächenchemischen und thermischen Eigenschaften und gezielt eingestellter, offener Porosität (Träger)
  • Beschichtung/Oberflächenmodifizierung von offenzelligen Schäumen zur Einstellung der Sorptionseigenschaften des Verbundmaterials
  • Steuerung von Ad- und Desorptionsvorgängen in porösen Festkörpern durch Steuerung der Porengröße und -form
  • Evaluierung des Langzeitverhaltens der Wärmespeichermaterialien. Die Entwicklung der neuartigen Materialien erfolgt von Beginn an mit Blick auf den technischen Einsatz bezüglich der Arbeitstemperatur, des Lade-/Entladeverhaltens, der Langzeitstabilität, der Speicherdichte, und der Kosten und Sicherheit.

Die Grundlagenforscher aus der Universität Magdeburg arbeiten mit einem Industriepartner SorTech zusammen, einem mittelständischen Unternehmen aus Sachsen-Anhalt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt NEOTHERM mit rund 2,5 Millionen Euro für die nächsten fünf Jahre.

Gefördert durch die Bundesregierung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

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