Ob biologisch oder industriell – thermische Prozesse sind fester Bestandteil im menschlichen Leben. Technische Prozesse erfordern Kühlung zur Sicherung von Qualität und Prozess, Lebensmittel werden durch Kühlung haltbar gemacht. Fahrzeuge und Räume werden klimatisiert, um den Aufenthalt angenehmer zu machen.
Bisher laufen viele dieser Prozesse ineffizient ab. Abwärme wird technisch entsorgt und belastet die Umwelt. Parallel dazu erforderliche Kühlung wird unter zusätzlichem Energieeinsatz erzeugt.
Das Institut für Luft- und Kältetechnik Dresden gGmbH (ILK Dresden) arbeitet seit Jahren an der ökologischen und ökonomischen Gestaltung solcher Prozesse entsprechend der Anforderungen und Wünsche der Anwender.
Aktuell nutzt das ILK Dresden ein Phänomen, mit dessen Hilfe nicht nur Kälte erzeugt, sondern auch für die spätere Anwendung nahezu verlustfrei gespeichert werden kann.
Zur Erzeugung von Kälte werden Kältemittel benötigt, wie sie aus der Verwendung im Kühlschrank oder in Klimaanlagen bekannt sind. Die üblicherweise eingesetzten Kältemittel bringen jedoch häufig auch unerwünschte Eigenschaften mit. Je nach Art des Kältemittels wirken diese entweder als Treibhausgas, sind brennbar oder gar giftig. Diese Eigenschaften schränken die Anwendung ein oder erfordern umfangreichere Sicherheitsmaßnahmen.
Das ILK Dresden hat nun eine umweltfreundliche Alternative gefunden und patentieren lassen, um Kälte ohne Temperaturverluste zu erzeugen und zu speichern. Dieses thermische Verfahren verwendet üblicherweise ungenutzte Abwärme im niedrigen Temperaturbereich (≤50°C).
Basis des Verfahrens ist das Phänomen der Lösungswärme. Viele Salze oder Salzgemische sind wasserlöslich. Für den Phasenübergang von fest zu flüssig und umgekehrt wird entweder Wärme aufgenommen oder abgegeben. Wie dieser energetische Prozess genau verläuft, ist abhängig vom jeweiligen Salz oder Salzgemisch, dem vorherrschenden Druck und der Temperatur.
Das Verfahren basiert darauf, dass einer Salzlösung Abwärme mit niederer Temperatur zugeführt wird. Das „Lösungsmittel“ Wasser verdampft, das Salz kristallisiert. Der Wasserdampf wird durch die Zufuhr von Außenluft abgekühlt und somit wieder flüssig. Wird Kälte benötigt, erfolgt die Zufuhr des Wassers zum nun kristallinen Salz. Das feste Salz geht in Lösung und entzieht dem Wasser dabei Wärme. Die entstehende Kälte kann für den industriellen Prozess bzw. die Kühlung bereit gestellt werden. Werden Salze, wie Ammoniumchlorid oder Kaliumchlorid in Wasser gelöst, sind Abkühlungen von 10 bis 12 Kelvin möglich.
Bevorzugte Anwendungsfelder bestehen in der chemischen Industrie, der Mikroelektronik oder in der Papierherstellung sowie in allen Prozessen, bei denen am gleichen Ort Abwärme entsteht und außerdem Kühlung für technologische Prozesse benötigt wird.
Das ILK Dresden ist an Partnern zur Fortentwicklung der Lösung für konkrete großtechnische Anwendungen bis zur Serienreife interessiert. Für diesbezügliche Anfragen steht Herr Dr.‑Ing. Peter Röllig (peter.roellig@ilk-dresden.de) gern zur Verfügung.
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