Die Arbeitsgruppe Thermische Energiespeicher forscht auf dem Gebiet der Wärme- und Kältespeicherung mit Phasenwechselmaterialien (Phase Change Materials, PCM) sowie Sorptionsmaterialien. Der Forschungsansatz geht dabei von der Entwicklung und Optimierung einzelner Speichermaterialien und -komponenten bis hin zur Integration von thermischern Energiespeichern in komplexe Energiesysteme. Es werden Speichermaterialien und Speicher für Heiz-/Kühlsysteme, für effiziente Haushaltsgeräte, zur industriellen Abwärmenutzung sowie für Kfz-Anwendungen untersucht.
Wesentliche Schwerpunkte der Arbeiten sind:
Ansprechpartner:
Gruppenleiter:
Dr. Stefan Hiebler
Walther-Meißner-Str. 6
85748 Garching
Tel.: +49 89 329442-35
Fax: +49 89 329442-12
stefan.hiebler@zae-bayern.de
Stellv. Gruppenleiter:
Dipl.-Phys. Christoph Rathgeber
Walther-Meißner-Str. 6
85748 Garching
Tel.: +49 89 329442-88
Fax: +49 89 329442-12
christoph.rathgeber@zae-bayern.de
Link zum Gruppenflyer
Aktuelle Impfstoffe gegen COVID-19 benötigen eine Lagertemperatur von etwa -70 bis -60 °C. Da die Impfstoffe in großer Menge weltweit verteilt werden müssen, ist die Einhaltung dieser Temperaturgrenzen für die Logistik eine besondere Herausforderung. Eine Temperierung mit Trockeneis ist aus Sicherheits- und Umweltschutzgründen kritisch zu sehen und in Frachtflugzeugen stark reglementiert. Zur unterbrechungsfreien und energieeffizienteren Einhaltung der Kühlkette können spezielle Transportbehälter mit Kältespeichermaterialien (Phasenwechselmaterialien, PCM) eingesetzt werden. Im Rahmen des Vorhabens coCO2vac sollen durch die va-Q-tec AG und dem das ZAE Bayern PCM für den Temperaturbereich von -70 bis -60 °C entwickelt werden. Projektinhalte sind die Untersuchung potentzieller PCM im Labormaßstab, das anwendungsnahe Testen der Materialien in Kühlakkus sowie die Überführung der Ergebnisse auf Produktionsskalen. Das Projekt soll eine trockeneisfreie und energieeffiziente Temperierung potentzieller Impfstoffe gegen COVID-19 sowie anderer Pharmaka mit ähnlichen Temperaturanforderungen während Transports und der Lagerung ermöglichen.
Projektleitung: Stefan Hiebler, stefan.hiebler@zae-bayern.de
Projektzeitraum: 12.2020–12.2021
Eine der grundlegenden Schwierigkeiten, die einen breiteren Einsatz von Latentwärmespeichern auf der Basis von Phasenwechselmaterialien (PCM) verhindern, ist der Effekt der Unterkühlung. Unterkühlung bedeutet, dass die Materialien unter ihre Schmelztemperatur abgekühlt werden können, ohne zu kristallisieren. Im Rahmen des Projektes MINAKRIP wird die heterogene Keimbildung durch Fremdkeime bei PCM untersucht und systematisiert werden. Ziel des Vorhabens ist es, die Keimbildung bei mikroverkapselten und emulgierten PCM zu verbessern und so die Anwendbarkeit dieser Systeme bei der Nutzung verschiedener organischer PCM zu erhöhen. Die dabei verwendeten angewandten Untersuchungsmethoden basieren auf visueller Beurteilung unter Verwendung eines Polarisationsmikroskops sowie molekulardynamischen Simulationen auf atomarer Ebene.
Projektleitung: Stefanie Tafelmeier, stefanie.tafelmeier@zae-bayern.de
Projektzeitraum: 10.2018–09.2022
Aktuell findet die Materialforschung und -entwicklung für innovative thermische Energiespeicher oftmals unabhängig von den tatsächlichen Anforderungen konkreter Anwendungen statt. Dabei sind gerade thermochemische Energiespeicher extrem abhängig von den durch die jeweilige Anwendung vorgegebenen Betriebsbedingungen. Die unter Anwendungsbedingungen erzielte Energiespeicherdichte eines thermochemischen Speichermaterials ist oft deutlich geringer als die aus den Gleichgewichtsmessungen berechnete. Im Sinne einer zielorientierten Forschung und Entwicklung ist es daher sinnvoll, frühzeitig Materialien unter tatsächlichen Anwendungsbedingungen zu testen. Ziel des Vorhabens AMThES ist es, für relevante Anwendungen thermischer Energiespeicherung aus dem Gebäude- und Industriebereich geeignete Sorptionsprozesse zu identifizieren. Geeignet bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Speichermaterial die technischen Anforderungen der Anwendung – Speicherkapazität, Lade- und Entladeleistung und Stabilität – über die zu erwartende Zyklenzahl erfüllt und gleichzeitig einen wirtschaftlichen Einsatz ermöglicht. Zusätzlich soll in AMThES eine Arbeitsgruppe der Internationalen Energieagentur IEA im Bereich Energy Storage ECES geleitet werden, die sich mit neuen Speichermaterialien für thermochemische Energiespeicher- und Latentwärmespeicher beschäftigt.
Projektleitung: Christoph Rathgeber, christoph.rathgeber@zae-bayern.de
Andreas Krönauer, andreas.kroenauer@zae-bayern.de
Projektzeitraum: 01.2021–12.2024
Wir betreiben angewandte Forschung an der Schnittstelle zwischen Grundlagen und Industrie. Dort entwickeln wir Methoden und Systeme, die durch intelligente und effiziente Nutzung erneuerbarer Energien CO2-Neutralität ermöglichen und so dem Klimawandel entgegenwirken.
