Na Alemanha, 55 por cento do consumo final de energia vai para aquecimento e refrigeração. Contudo, muito calor se dissipa sem uso porque não é gerado como e quando necessário. O armazenamento térmico usando material zeólito permite que o calor seja armazenado por longos períodos de tempo sem perder nenhum. Os pesquisadores Fraunhofer agora estão trabalhando para melhorar significativamente a condutividade térmica dos zeólitos.

Muitos telhados hoje em dia hospedam coletores solares que fornecem água quente às residências. Isso funciona muito bem no verão; Contudo, A demanda por aquecimento atinge o pico no inverno, quando as casas precisam de aquecimento. O armazenamento térmico, portanto, deve ser capaz de armazenar uma parte do excesso de calor para uso posterior. Tradicionalmente, grandes tanques de água têm sido usados ​​para esse fim; a água é aquecida nesses tanques e o calor é armazenado diretamente como calor. O problema com este método é que grandes volumes são necessários, e apesar do bom isolamento, o calor também é perdido. Em contraste, o armazenamento termoquímico permite que a energia térmica produzida no verão seja preservada para uso no inverno frio. Os zeólitos são uma dessas soluções de armazenamento. Ao contrário da água, zeólitas não armazenam o calor diretamente - em vez disso, o calor remove a água armazenada no material. No estado energético, os zeólitos estão, portanto, completamente secos; por outro lado, quando o vapor de água passa pelas pelotas, o calor é liberado. A vantagem disso é que a energia não é armazenada na forma de aumento de calor, mas na forma de um estado químico. Isso significa que o calor não é perdido durante o armazenamento de longo prazo. Há uma desvantagem:os zeólitos têm baixa condutividade térmica, o que torna difícil a transferência de calor do trocador de calor para o material e vice-versa.

Revestimento com alumínio

Uma equipe de pesquisadores do Instituto Fraunhofer de Eletrônica Orgânica, Feixe de elétrons e tecnologia de plasma FEP agora resolveram esse problema por meio de seu trabalho no projeto ZeoMet. "Nós revestimos os pellets de zeólita com alumínio - esta condutividade térmica dobrada após apenas a primeira tentativa, sem impactar negativamente a adsorção e dessorção de água. Atualmente, pretendemos aumentar isso em cinco a dez vezes ajustando os revestimentos, "diz o Dr. Heidrun Klostermann, Gerente de Projetos na Fraunhofer FEP. Embora pareça relativamente simples, na verdade, apresenta desafios consideráveis. Isso significa que para um litro de grânulos com um tamanho de grão de cinco milímetros de diâmetro, cerca de dez mil desses minúsculos pellets devem ser uniformemente revestidos com alumínio. Para um tamanho de grão de um milímetro, isso equivale a um milhão de pelotas com uma área de superfície total de 3,6 m ² . Quanto menor o grão, mais desafiador é o processo. Contudo, grãos menores também aumentam a densidade de potência específica dos sistemas de armazenamento térmico. A fim de alcançar condutividade térmica suficiente, o revestimento também deve ter dezenas de micrômetros de espessura - para processos de revestimento a vácuo, isso é muito mais espesso do que o normal.

No entanto, os pesquisadores venceram esses desafios. Para fazer isso, eles olharam para a evaporação térmica, pelo qual o fio de alumínio é continuamente alimentado em uma placa de cerâmica aquecida no vácuo, onde o alumínio é evaporado e depositado nos grânulos como uma camada de alumínio. Os pellets devem ser continuamente circulados em um barril para que fiquem todos cobertos por igual. "A principal dificuldade está em revestir os grânulos enquanto eles rolam, bem como garantir que o revestimento foi aplicado uniformemente em um grau suficiente, "diz Klostermann." A excelente colaboração de nossos engenheiros, físicos e mecânicos de precisão foram o principal trunfo para nos ajudar a alcançar isso. "

Também uma opção para resfriamento

Os zeólitos não são apenas um bom método de armazenamento térmico:eles também podem ajudar a fornecer resfriamento para uso doméstico junto com coletores solares, bem como para aplicações móveis. Por exemplo, em veículos comerciais, o calor perdido da unidade de energia pode ser usado para ar condicionado como parte de um ciclo termoquímico. Do ponto de vista dos pesquisadores Fraunhofer FEP, os materiais híbridos usados ​​para isso apresentam novos desafios. Como resultado, os cientistas estão procurando fortalecer suas conexões com desenvolvedores de materiais e engenheiros de sistemas de pesquisa e indústria, na esperança de soluções avançadas para o fornecimento flexível de aquecimento e resfriamento.