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Titel: Thermodynamische Eigenschaften und Umsatzverhalten von Salzhydraten zur Speicherung und Transformation von Wärme
Sonstige Titel: Thermodynamic properties and conversion behavior of salt hydrates for heat storage and transformation
Sprache: Deutsch
Autor*in: Niermann, Michael
Schlagwörter: Thermochemische Energiespeicherung; Wärmetransformation; Gas-Feststoff-Reaktion; Salzhydrat; Reaktionsenthalpie; Reaktionskinetik; thermochemical energy storage; heat transformation; gas-solid reaction; enthalpy of reaction; reaction enthalpy; reaction kinetics
Erscheinungsdatum: 2020
Tag der mündlichen Prüfung: 2020-11-20
Zusammenfassung: 
Sowohl im privaten als auch industriellen Bereich führt die Wärmeproduktion zu einer hohen Belastung in Form von CO2-Emissionen, wobei die entstehende Abwärme nur unzureichend wiederverwendet wird. Die Nutzung regenerativer Energiequellen sowie die Wiederverwendung von Abwärme wird durch eine diskontinuierliche Bereitstellung erschwert. Eine Lösung stellen thermochemische Energiespeicher dar.
In dieser Arbeit werden thermochemische Energiespeicher in Hinblick auf eine Anwendung bei erhöhten Temperaturen untersucht. Die temperaturabhängigen Reaktionsenthalpien für drei vielversprechende Salzhydrate werden erstmalig bei Temperaturen bis zu 210 °C bestimmt und aus den erhaltenen Daten experimentelle Phasendiagramme aufgestellt. Die Bestimmung der thermodynamischen Daten erfolgt durch ein modifiziertes Kalorimeter, welches Untersuchungen von reversiblen Gas-Feststoff-Reaktionen in einem Temperaturbereich von 30 °C bis 300 °C und absoluten Drücken bis zu 1.5 MPa ermöglicht. Für das vielversprechendste Material Strontiumbromid wird ergänzend das Umsatzverhalten bei erhöhter Temperatur und Druck in einem dafür speziell konstruierten Versuchsstand unter Berücksichtigung unterschiedlicher Parameter systematisch untersucht. Anhand der experimentellen Daten wird ein empirisches Modell erstellt.
Die vorliegende Arbeit stellt eine Weiterentwicklung der Untersuchungsmethoden thermochemischer Speichermaterialien im erweiterten Druck- und Temperaturbereich dar. Die erhaltenen Daten der thermodynamischen Untersuchungen liefern Ergebnisse, welche bisher nicht erhältlich, für eine Beurteilung oder Anwendung der Materialien aber unverzichtbar sind. Die Messmethode ist auf andere Materialsysteme übertragbar. Die entwickelte Methodik der Untersuchungen zum Umsatzverhalten kann ebenfalls zur Analyse weiterer Materialien angewendet werden. Die verwendete Methode ermöglicht eine erste Beurteilung des Umsatzverhaltens und deckt den Untersuchungsbereich zwischen der Mikrokalorimetrie (wenige Milligramm) und einem Prototypen (Kilogramm-Maßstab) ab.

Heat production in both the private and industrial sector leads to a high impact in the form of CO2 emissions, while waste heat is only insufficiently reused. Moreover the use of regenerative energy sources and the reuse of waste heat is affected by discontinuous supply. Thermochemical energy storage is one possible solution.
In this work, thermochemical energy storage systems are investigated with respect to their application at elevated temperatures. The temperature-dependent reaction enthalpies for three promising salt hydrates were determined for the first time at temperatures up to 210 °C and experimental phase diagrams were established from the experimental data. The determination of thermodynamic data was performed by a modified calorimeter, which allows investigation of reversible gas-solid reactions in a temperature range from 30 °C to 300 °C and absolute pressures up to 1.5 MPa. For the most promising material, strontium bromide, the conversion behaviour at elevated temperature and pressure was also systematically investigated in a specially designed test stand, taking various parameters into account. Based on the experimental data, an empirical model was created.
The present work represents a further development of the investigation methods of thermochemical storage materials in the elevated pressure and temperature range. The obtained data of the thermodynamic investigations provide results, which were not accessible so far and are indispensable for an evaluation or application of the materials. The measuring technique is transferable to other material systems. The developed methodology of investigation of the turnover behaviour can also be used for the analysis of other materials. The method allows a first evaluation of the turnover rate and closes the investigation gap between microcalorimetry (a few milligrams) and a prototype scale (kilograms).
URL: https://ediss.sub.uni-hamburg.de/handle/ediss/8725
URN: urn:nbn:de:gbv:18-ediss-88856
Dokumenttyp: Dissertation
Betreuer*in: Steiger, Michael
Enthalten in den Sammlungen:Elektronische Dissertationen und Habilitationen

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