Thermochemische Energiespeicherung zur Bereitstellung von Strom, Wärme und Kälte: Der Lamm-Honigmann-Prozess

Forschungsziel ist die Entwicklung und Untersuchung eines thermochemischen Energiespeichers, welcher wahlweise mit Wärme oder mechanischer Arbeit beladen wird. Die Energie wird anschließend zu einem gewünschten Zeitpunkt wieder in Form von Wärme, Kälte oder Strom dem Nutzer zur Verfügung gestellt. Der Speicher soll einen Baustein einer modularen Energieversorgung darstellen, welcher auch eine optimierte Nutzung von zeitlich schwankenden regenerativen Energiequellen oder Abwärme ermöglicht.

Das Grundprinzip des Prozesses beruht auf der Dampfdruckerniedrigung einer konzentrierten Lösung oder eines Adsorbats im Vergleich zum reinen Arbeitsfluid. Darauf aufbauend wurde im Jahre 1883 der sogenannte „Honigmann-Prozess“ erfunden und zum Patent angemeldet. Aufgrund der heute stark veränderten Rahmenbedingungen scheint eine Neubewertung dieses Prozesses sehr vielversprechend. Konzentrierte Lösung (damals Natronlauge) wird thermisch mit einem Wassertank (oder einem anderen geeigneten Arbeitsfluid) verbunden. Die Wärme der heißen Lösung verdampft Wasser im Wassertank. Dieser Wasserdampf bei erhöhtem Druck wird in einer Expansionsmaschine entspannt und leistet mechanische Arbeit. Diese Arbeit stellt den Nutzen dar. Anschließend wird der Dampf in die konzentrierte Lösung geleitet, wo er absorbiert wird. Die dadurch frei werdende Absorptionswärme verdampft wiederum mehr Wasser im Tank. Im Verlauf des Prozesses wird die Lösung immer stärker verdünnt, so dass die Dampfdruckabsenkung abnimmt und der Dampf weniger Arbeit leisten kann. Die Lösung muss nun wieder regeneriert werden – dies ist der Vorgang, bei dem der Speicher „beladen“ wird. Technisch kann dies entweder durch Zufuhr von Wärme oder mit Hilfe eines Kompressors oder auch durch Elektrolyse erfolgen.

Der Prozess kann mit allen bekannten Materialien zur Ab- und Adsorption und mit Hilfe von monovarianten chemischen Reaktionen durchgeführt werden.

Projektziel ist Schaffung einer theoretischen Basis für Honigmann-Prozesse und experimentelle Verifikation und Demonstration. Zunächst wird eine Versuchsanlage mit einem gut bekannten Arbeitsstoffpaar (LiBr/Wasser) gebaut und experimentell charakterisiert. Parallel werden theoretische Untersuchungen zu Betriebsgrenzen und -führung sowie Prozessvarianten durchgeführt. Außerdem werden Prozesskenngrößen definiert und ein mathematisch-physikalisches Modell für die Untersuchung von Regelungsstrategien entwickelt.

Das Projekt wurde bisher von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der KSB-Stiftung gefördert. Im Juli 2020 startet ein neues Forschungsvorhaben mit dem Kooperationspartner Spilling GmbH, gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt.

2019, Anna Jahnke - Untersuchung des Honigmann-Prozesses zur thermochemischen Energiespeicherung [5]