En Alemania, El 55 por ciento del consumo de energía final se destina a calefacción y refrigeración. Sin embargo, una gran cantidad de calor se disipa sin usar porque no se genera como y cuando se requiere. El almacenamiento térmico con material de zeolita permite que el calor se almacene durante largos períodos de tiempo sin perderlo. Los investigadores de Fraunhofer ahora están trabajando para mejorar significativamente la conductividad térmica de las zeolitas.

Hoy en día, muchos techos albergan colectores solares que proporcionan agua caliente a los hogares. Esto funciona bastante bien en verano; sin embargo, la demanda de calefacción alcanza su punto máximo en el invierno cuando las casas necesitan calefacción. Por lo tanto, el almacenamiento térmico debe poder almacenar una parte del exceso de calor para su uso en una fecha posterior. Tradicionalmente, se han utilizado grandes tanques de agua para este propósito; el agua se calienta en estos tanques y el calor se almacena directamente como calor. El problema con este método es que se requieren grandes volúmenes, y a pesar de un buen aislamiento, también se pierde calor. A diferencia de, El almacenamiento termoquímico permite conservar la energía térmica producida en verano para utilizarla en el frío invierno. Las zeolitas son una de esas soluciones de almacenamiento. A diferencia del agua, las zeolitas no almacenan el calor directamente, sino que el calor elimina el agua que se almacena dentro del material. En el estado energético, por tanto, las zeolitas están completamente secas; en cambio, cuando el vapor de agua pasa a través de los gránulos, se libera calor. La ventaja de esto es que la energía no se almacena en forma de aumento de calor sino en forma de estado químico. Esto significa que no se pierde calor durante el almacenamiento a largo plazo. Hay un inconveniente:las zeolitas tienen poca conductividad térmica, lo que dificulta la transferencia de calor del intercambiador de calor al material y viceversa.

Recubrimiento con aluminio

Un equipo de investigadores del Instituto Fraunhofer de Electrónica Orgánica, Tecnología de haz de electrones y plasma FEP ahora ha resuelto este problema a través de su trabajo en el proyecto ZeoMet. "Cubrimos los gránulos de zeolita con aluminio, lo que duplicó la conductividad térmica después del primer intento sin afectar negativamente la adsorción y desorción de agua. Actualmente, nuestro objetivo es aumentar esto de cinco a diez veces mediante el ajuste de los recubrimientos, "dice la Dra. Heidrun Klostermann, Responsable de proyectos en Fraunhofer FEP. Si bien esto suena relativamente simple, de hecho, plantea desafíos considerables. Esto significa que para un litro de gránulos con un tamaño de grano de cinco milímetros de diámetro, alrededor de diez mil de estos diminutos gránulos deben recubrirse uniformemente con aluminio. Para un tamaño de grano de un milímetro, esto equivale a un millón de pellets con una superficie total de 3,6 m ² . Cuanto más pequeño es el grano, cuanto más desafiante es el proceso. Sin embargo, los granos más pequeños también aumentan la densidad de potencia específica de los sistemas de almacenamiento térmico. Para lograr una conductividad térmica suficiente, la capa también debe tener decenas de micrómetros de espesor, para procesos de recubrimiento al vacío, esto es mucho más grueso de lo normal.

Sin embargo, los investigadores conquistaron estos desafíos. Para hacerlo buscaron la evaporación térmica, mediante el cual el alambre de aluminio se alimenta continuamente en una placa de cerámica calentada en el vacío, donde el aluminio se evapora y se deposita sobre los gránulos como una capa de aluminio. Los pellets deben circular continuamente en un barril para que estén todos cubiertos uniformemente. "La principal dificultad radica en recubrir los gránulos mientras ruedan y en garantizar que el recubrimiento se aplique de manera uniforme en un grado suficiente, "dice Klostermann." La excelente colaboración de nuestros ingenieros, los físicos y la mecánica de precisión fue el principal activo para ayudarnos a lograrlo ".

También una opción para enfriar

Las zeolitas no solo son un buen método de almacenamiento térmico:también pueden ayudar a proporcionar refrigeración para uso doméstico junto con colectores solares, así como para aplicaciones móviles. Por ejemplo, en vehículos comerciales, el calor perdido de la unidad de potencia podría usarse para aire acondicionado como parte de un ciclo termoquímico. Desde el punto de vista de los investigadores de Fraunhofer FEP, los materiales híbridos utilizados para esto presentan nuevos desafíos. Como resultado, los científicos buscan fortalecer sus conexiones con desarrolladores de materiales e ingenieros de sistemas de la investigación y la industria, con la esperanza de avanzar en soluciones para el suministro flexible de calefacción y refrigeración.