SaltMe

SaltMe: Salz-Metallsysteme als neue Speichermaterialien mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit zur Speicherung thermischer Energie

Kurzbeschreibung

Bei solarthermischen Kraftwerken wird die Sonnenstrahlung gebündelt und zur Erhitzung eines Wärmeträgermediums genutzt. Dieses dient der Erzeugung von Wasserdampf, der in einer konventionellen Dampfturbinen-Generator-Einheit zur Stromerzeugung genutzt wird. In zunehmendem Maße kommen Salze als Wärmeträger zum Einsatz, denn diese können sowohl zum Wärmetransport, als auch zur Wärmespeicherung verwendet werden und ermöglichen hohe Betriebstemperaturen bis aktuell ca. 400°C. Um in Zukunft noch effizienter und damit kostengünstiger Strom mit solarthermischen Kraftwerken erzeugen zu können, muss die Betriebstemperatur weiter gesteigert werden. Die, nach aktuellem Stand der Technik, verwendeten Nitratsalze sind bei höheren Temperaturen jedoch instabil, weshalb andere Salze, wie zum Beispiel Chloridsalze, verwendet werden müssen. Reine Chloridsalze sind wiederum ungeeignet, denn sie weisen eine niedrige Wärmeleitfähigkeit auf und verstärken Korrosionsprozesse deutlich. Die Idee, die diesem
Projekt zugrunde liegt, ist, Metalle zu den Salzschmelze hinzuzugegeben. Von diesen Metall-Salz-Systemen wird erwartet, dass sie eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit und gleichzeitig eine geringere Korrosivität aufweisen. Da es unendlich viele Möglichkeiten gibt, Chloridsalze miteinander und mit Metallen zu mischen, sollen thermochemische Berechnungen potentiell geeignete Stoffgemische für den Einsatz in solarthermischen Kraftwerken vorhersagen. Leider existieren für derartige Stoffsysteme nicht ausreichend verfügbare Daten, weshalb es zunächst erforderlich ist, grundsätzliche Untersuchungen durchzuführen, um diese Stoffdaten zu ermitteln.

Das Projekt SaltMe findet in Kooperation mit dem Forschungszentrum Jülich statt. Dort werden zunächst verschiedene Salzsysteme und später Metall-Salz-Systeme hergestellt und thermochemisch charakterisiert. Anschließend erfolgt an der TU Dresden die Messung der Wärmeleitfähigkeit von deren Schmelzen unter Anwendung des Heizdrahtverfahrens (Transient Hot Wire) in einem eigens dafür entwickelten Versuchsstand. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass nur wenige Parameter messtechnisch erfasst werden müssen und dadurch hohe Genauigkeiten erzielt werden können. Ein schematischer  Versuchsaufbau ist in Abbildung 1 dargestellt. Die beiden Heizdrähte, welche sich in der Schmelze befinden, werden dabei sowohl als Wärmequelle, als auch zur Messung der lokalen Temperatur verwendet. Somit wird nur die zeitabhängige Änderung der elektrischen Spannung bei konstantem Strom gemessen und daraus die  Wärmeleitfähigkeit berechnet. Die erhobenen Daten zu den untersuchten Salz- und Metall-Salz-Systemen sollen anschließend für Simulationen verwendet werden, um treffsicher Stoffgemische mit möglichst guter Wärmeleitfähigkeit und hoher thermischer Stabilität zu finden. Aus ökonomischen und technischen Gründen werden kombinierte Schmelzen aus Lithium-, Natrium-, Kalium-, Magnesium- und Calciumchlorid, sowie den entsprechenden Metallen (Li, Na, K, Mg und Ca) untersucht.