Die thermochemische Energiespeicherung bietet aufgrund vernachlässigbarer Wärmeverluste ein hohes Potenzial für die saisonale Wärmespeicherung. Konventionelle Reaktorkonzepte sind jedoch durch Agglomeration, langsame Reaktionsraten und unzureichenden Wärme- und Stofftransport limitiert. Diese Arbeit untersucht einen Mehrphasen-Suspensionsreaktor für Wärmespeicherung im Nieder- bis Mitteltemperaturbereich (80-220°C), in dem Salzhydrat- und Borsäurepartikel (100-600 μm) in einem Thermoöl suspendiert werden, um eine homogene Temperaturverteilung zu schaffen und Agglomeration zu reduzieren. In Laborversuchen in Batchreaktoren wurden geeignete Materialien ausgewählt, relevante Betriebsbedingungen untersucht und Erkenntnisse für die zukünftige Prozessauslegung gewonnen.Ein Screening von 17 thermochemischen Materialien identifizierte H3BO3, CaCl2·2H2O, K2CO3·1.5H2O, CuSO4·5H2O, MgSO4·7H2O und K2Zn(SO4)2·6H2O als geeignete Materialien. Diese erreichten Dehydratationsumsätze von > 82%, Temperaturhübe von > 10 K bei einem Feststoffgehalt von 30 wt% sowie Zyklenstabilität über bis zu 30 Zyklen (CuSO4·5H2O).Die Hydratation mit flüssigem Wasser ermöglichte eine schnelle Wärmefreisetzung mit Temperaturhüben von bis zu 66,5 K (60 wt% CuSO4·5H2O), abhängig von Feststoffgehalt und Isolierung. Eine Druckabsenkung auf 50 mbar reduzierte die Dehydratationstemperaturen auf ≤ 100°C und erhöhte die Reaktionsraten um das 1,5- bis 2-Fache, während die Hydratation bis 8 bar weitgehend druckunabhängig blieb. Die Flash-Dehydratation von CuSO4·5H2O erzielte Umsätze von über 98% innerhalb ≤ 5 Minuten bei 130°C. Silikonöl und Silikon-Mineralöl-Gemische mit ≥ 20 wt% Silikonöl reduzierten die Agglomeration und Schaumbildung gegenüber reinem Mineralöl. Suspensionen mit einem Feststoffgehalt von ≥ 70 wt% erreichten volumetrische Energiedichten von bis zu 1,22 GJ m-3susp. (MgSO4·7H2O) mit Wasserdampf und 0,27 GJ m-3susp. (H3BO3) mit flüssigem Wasser und liegen damit im Bereich volumetrischer Energiedichten einer Schüttung.Die Ergebnisse zeigen, dass die Suspension Agglomeration wirksam reduziert und gleichzeitig hohe Umsätze sowie Zyklusstabilität ermöglicht. Für die weitere Reaktorauslegung sind geeignete Hydrodynamik, effiziente Wärmeeinbringung, präzise Druckregelung und korrosionsbeständige Werkstoffe entscheidend, um das Potenzial von Mehrphasen-Suspensionsreaktoren für die Wärmespeicherung vollständig auszuschöpfen.
Lena Schmieder (Wed,) studied this question.