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Direkte Wandlung von Abwärme in elektrischen Strom

Verantwortlicher Autor: Friedrich Scheuerecker Zorneding, 27.12.2017, 15:45 Uhr
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Zorneding [ENA] Die Nutzung industrieller Abwärme birgt herausragende Energieeffizienzpotenziale für Unternehmen. Die Deutsche Energie-Agentur „dena“ schätzt das Potenzial allein in Deutschland auf rund 125 Terawattstunden (TWh) im Prozesstemperaturbereich ab 60°C – das entspricht Energiekosten in Höhe von ca. 5 Milliarden Euro. Allein Prozesswärme, mit einem Anteil von 57 % am industriellen Gesamtendenergieverbrauch mit Abstand das

energieintensivste Anwendungsfeld, weist Einsparpotenziale von häufig 30 % auf. Diese können über Energieeffizienzmaßnahmen der Abwärmenutzung erschlossen werden. Da bei fast jedem thermischen oder mechanischen Prozess unerwünschte Wärme entsteht, ist die tatsächliche Bandbreite möglicher Abwärmequellen groß. Die einfachste und auch häufigste Nutzung dieser Verlustwärme ist die Verwendung zu Heizzwecken oder zur Erwärmung von Trinkwasser. Auch eine Umsetzung für Kühlungsaufgaben ist mittels entsprechender Maschinen, welche den Phasenübergang eines Kältemittels zur Umsetzung der Wärme nutzen, Stand der Technik. All diesen Anwendungen liegt jedoch die Notwendigkeit eines Bedarfes zugrunde und dieser ist sehr häufig nicht gegeben.

Eine Energieform steht jedoch auf der Wunschliste ganz oben und diese heißt elektrischer Strom. Leider sind nun häufig die Temperaturen zu niedrig oder die Mengen der anfallenden Wärmeströme zu klein, um mit der etablierten Turbinentechnik auf Wasserdampfbasis arbeiten zu können. Die bereits verfügbaren ORC-Anlagen (Organic Rankine Cycle) können auch geringere Temperaturen nutzen, da sie mit Medien arbeiten, welche eine niedrige Verdampfungstemperatur besitzen. Die Summe der Nachteile bei Anwendung dieser Technik ist leider respektabel hoch. Und letztlich ist bei all diesen Anwendungen eine dazwischen geschaltete Energiewandlung erforderlich, um den Generator anzutreiben, welcher dann Bewegungsenergie in elektrischen Strom wandelt.

Die technische Lösung

Zwei Entwickler aus Bayern haben unter dieser Bedarfsbetrachtung und den erkennbaren Restriktionen der verfügbaren Technik einen komplett anderen Ansatz verfolgt. Ziel war es, eine Methode zu finden, Abwärme relativ niedriger Temperatur (zwischen 100 und 200 Grad Celsius) direkt in elektrischen Strom zu wandeln. Zudem sollte dieses Energie-Wandlungs-System (EWS) wartungsfrei und langlebig sein. Die erarbeitete Lösung beruht auf der Anwendung von Thermogeneratoren, welche in erheblicher Anzahl nach elektrotechnischen Prinzipien verschaltet sind. Thermogeneratoren gleichen in ihrem Aufbau Peltierelementen.

Während diese jedoch dem Herstellen einer Temperaturdifferenz dienen, wandeln Thermogeneratoren aufgrund des „Seebeck-Effekts“ eine vorhandene Temperaturdifferenz direkt in elektrische Energie um. Die lange Lebensdauer und der wartungsfreie Betrieb ohne bewegliche Teile sind starke Argumente für die Stromerzeugung mittels Thermogeneratoren. Der Betrieb erfordert eine thermische Quelle im Temperaturbereich von 100 bis 200 Grad Celsius, sowie eine Wärmesenke, die in der Lage ist, eine möglichst große Temperaturdifferenz zu erreichen. Bei industriellen Prozessen findet sich diese Wärmesenke idealerweise in den Prozessabläufen selbst. Die Temperaturdifferenz bestimmt die Wandlungsleistung des Generators in elektrische Energie.

Die Verfügbarkeit

Mit der praktischen Verfügbarkeit des "EWS" steht den potentiellen Nutzern nun eine völlig neue Option zur Verfügung. Die Geräteentwicklung ist abgeschlossen und derzeit werden Pilotprojekte bei unterschiedlichen industriellen Anwendungen installiert, um die verschiedenen anlagentechnischen Einbindungen zu testen. Mit dem baldigen Abschluss dieser Pilotphase beginnt die Vermarktung. Herstellung und Vertrieb behalten die Entwickler als Brancheninsider im eigenen Haus. Der Autor informiert über den Fortgang der Entwicklung mit deren Verfügbarkeit auf: www.energiefritz.de.

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