Mobile Sorptionsspeicher zur Nutzung industrieller Abwärme / 24.02.2015

Wärme fährt mit dem Sattelschlepper zum Abnehmer

Abb. 1: Der mobile Wärmespeicher fährt die Entladestation beim Nährmittelwerk an. Die Prozessluft wird an der Seite tangential zugeführt und hinten axial abgeführt. © MBH Betriebsführungsgesellschaft
Abb. 2: Schema des mobilen Wärmetransportes: Abwärme der Müllverbrennungsanlage Hamm wird im Sorptionsspeicher zum Nährmittelwerk der Firma Jäckering verbracht und dort im Trocknungsprozess eingesetzt. © ZAE Bayern
Abb. 3: Wechsel der Speicher-Container beim Wärmeabnehmer © MBH Betriebsführungsgesellschaft
Abb. 4: Der mobile Wärmespeicher an der Ladestation bei der MVA Hamm © MBH Betriebsführungsgesellschaft

Wärme aus industriellen Prozessen, die vor Ort nicht weiter genutzt werden kann, wird oft bei Temperaturen über 100 °C, zum Beispiel als Abgasstrom, an die Umgebung abgegeben. Um Primärenergie und CO2-Emissionen einzusparen, wurde im Forschungsvorhaben ein mobiler Sorptionswärmespeicher entwickelt und erprobt. Mit diesem kann industrielle Abwärme von einem Wärmelieferanten über Distanzen von etwa 10 km zu einem Wärmeabnehmer transportiert werden (Abb. 2).

Wärmetransport im Sorptionswärmespeicher

Zur Wärmespeicherung wird ein Sorptionsspeicher eingesetzt. Dieser kann in einem umkehrbaren Prozess thermische Energie aufnehmen und abgeben. Feste Adsorbenzien, wie Zeolithe, adsorbieren Wasserdampf aus einem Luftstrom. Dabei wird das Adsorbens mit Wasser beladen und die sogenannte Adsorptionswärme wird freigesetzt: Das Adsorbens und die Luft heizen sich auf. Diese Wärme kann an einen Verbraucher abgegeben werden. Danach kann das mit Wasser beladene Adsorbens durch Aufheizen mit heißer Luft wieder getrocknet werden. Das aus dem Sorbens ausgetriebene Wasser wird dabei mit dem sich abkühlenden Luftstrom aus der Sorbensschüttung abtransportiert und an die Umgebung abgegeben.

Basierend auf diesem Prinzip wurde ein mobiler Sorptionswärmespeicher entwickelt. In einem wärmegedämmten zylindrischen Stahlbehälter mit einer Länge von 7,5 m (ohne Anbauten) und einem Durchmesser von 2,5 m wurden 14.000 kg Zeolith (Köstrolith 13X) so untergebracht, dass sie mit bis zu 12.000 m³/h Luft durchströmt werden können. Der Stahlbehälter ist auf einer Wechselbrücke montiert, so dass er mit einem Sattelauflieger transportiert und separat abgestellt werden kann (Abb.2). Der Betrieb mit Wechselbrücken erwies sich als zu zeitintensiv. Die Montage der Container auf einen jeweils eigenen Sattelauflieger wäre die ökonomischere Lösung.

Die Demonstrationsanlage macht Wärme mobil

Vom Projektpartner Hoffmeier Industrieanlagen wurde eine Demonstrationsanlage aufgebaut, bestehend aus zwei mobilen Sorptionswärmespeichern (Abb. 3), einer Ladestation bei der Müllverbrennungsanlage Hamm (Abb. 4) sowie einer Entladestation bei der Firma Jäckering (Abb. 1).

An der Ladestation wird Umgebungsluft zunächst in einer Wärmerückgewinnung aufgewärmt, mit Anzapfdampf aus der Mitteldruckschiene des Dampfkreislaufs der Müllverbrennungsanlage auf ca. 135 °C erhitzt und in den Wärmespeicher geblasen. Dort wird Wasserdampf aus dem Sorbens ausgetrieben, wobei sich die Luft abkühlt. Sie kann mit Hilfe der Wärmerückgewinnung jedoch noch zur Vorwärmung der eintretenden Luft genutzt werden. Wesentlich günstiger wäre es, Wärme bei ca. 200 °C aus dem Abgas der Anlage zu entnehmen. Der bauliche Aufwand dafür wäre jedoch erheblich größer gewesen.

An der Entladestation wird feuchte Luft (Temperatur ca. 60 °C, Taupunkt ca. 40 °C) aus dem Abluftstrom eines Trockenprozesses entnommen und in den Wärmespeicher geblasen. Der Wasserdampf aus der Luft wird dort adsorbiert. Die freiwerdende Adsorptionswärme heizt die Luft auf ca. 160 °C auf. Die trockene heiße Luft wird dem Zuluftstrom des Trockenprozesses zugeführt und unterstützt einen Gasbrenner, der die restliche Wärme zum Betrieb der Trocknung liefert.

Ladestation und Entladestation arbeiten automatisiert, alle wesentlichen Betriebsdaten werden aufgenommen und überwacht. Nach Inbetriebnahme und Testphase lief die Anlage zwischen November 2013 und September 2014 im Regelbetrieb - zunächst mit einem Container, ab Mai 2014 mit zwei Containern im Wechsel. Der Betrieb wird über die Projektlaufzeit hinaus mit geringen Umsätzen fortgeführt.

Mehr zum Projekt

Verbundvorhaben:
Mobile Sorptionsspeicher zur industriellen Abwärmenutzung,
Grundlagen und Demonstrationsanlage

Abschlussbericht ist erhältlich als externer Download von der TIB Hannover.

Projektbeteiligte:
Projektleitung:
ZAE Bayern, Garching

Bau der Demonstrationsanlage:
Hoffmeier Industrieanlagen, Hamm Uentrop

Wärmelieferant:
MHB Betriebsführungsgesellschaft mbH, Am Lausbach 2, 59075 Hamm

Wärmeabnehmer:
Jäckering Mühlen und Nährmittelwerke, Hamm

Förderkennzeichen:
0327383B,C

Laufzeit:
2009-2014

Weitere Informationen

BINE-News zur Vorstellung des Projekts

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.