Investigations of the reaction kinetics of thermochemical energy storage materials
Weltweit ist Wärme die am häufigsten vorkommende Energieform. Die hauptsächliche Nutzung aller fossilen Brennstoffe dient zur Wärmeerzeugung, aber Wärme entsteht auch als Nebenprodukt bei der Stromproduktion oder bei industriellen Prozessen. Zur Reduzierung des Kohlendioxidausstoßes und zur Verringerung der gefährlichen langfristigen Folgen der globalen Erwärmung, muss die Verwendung fossiler Brennstoffe drastisch verringert werden. Ein Schlüssel zur Effizienzsteigerung und damit zur Verringerung, ist die Speicherung von Abwärme für die spätere Nutzung. Eine relativ neu entwickelte Technologie, die die Nachteile von Latent- und sensiblen Wärmespeichern überwinden kann, ist die thermochemische Energiespeichertechnologie (TCES). Hauptsächlich wurden Reaktionen zwischen einem festen Speichermaterial und einer gasförmigen reaktiven Komponente aufgrund der relativ einfachen Trennung und ihrer Speichermöglichkeiten untersucht. In TCES wird Energie durch eine chemische Reaktion gespeichert und zurückgewonnen, wenn die Reaktion umgekehrt wird. Viele thermochemische Speichersysteme haben viel höhere Energiedichten als die zuvor erwähnten Energiespeichertechnologien. Hohe Energiedichten erlauben es, große Mengen an Energie in kleinen Volumina zu speichern. Etwa für mobile Anwendungen oder für jene Implementierungen, bei der ein kleines Volumen oder ein geringes Gewicht notwendig ist, kann das entscheidend sein. Ein Hauptvorteil der Speicherung von Energie in thermochemischen Systemen besteht darin, dass die Wärme alschemisches Potenzial gespeichert wird und während der Lagerung nicht verloren geht. Dies ermöglicht eine Langzeitspeicherung, da thermochemische Energietheoretisch unbegrenzt lange bei Umgebungstemperatur gespeichert werden kann, ohne eine Isolierung zu benötigen. Zu den möglichen Materialien gehören Salze und Salzhydrate sowie Übergangsmetalloxide in verschiedenen Oxidationsstufen. Soll die gespeicherte Energie wieder freigesetzt werden, kann die Entladereaktion relativ einfach durch Kombination des Speichermaterials mit der reaktiven Komponente eingeleitet werden. Der zweite große Vorteil thermochemischer Energiespeicher ist die Möglichkeit, die betriebsbedingten Lade- und Entladetemperaturen zu verändern, indem der Partialdruck der reaktiven Gaskomponente verändert und damit das chemische Gleichgewicht in die gewünschte Richtung verschoben wird. Dies ermöglicht auch die Entwicklung einer chemischen Wärmepumpe. Auch der wirtschaftliche Vorteil der Implementierung von TCES-Zyklen in das Energiemanagement wurde durch mehrere wirtschaftliche Machbarkeitsstudien gezeigt, dass zum Beispiel mit der Abwärme der Lenzing AG, die komplette Fernwärme für die Stadt Salzburg geliefert werden könnte.