Donnerstag ist Techniktag. Heute geht es um eine vielversprechende Studie zu CO2-Hochtemperatur-Wärmepumpen. Vor allem in der Wärmeerzeugung für industrielle Trocknungsprozesse sieht das Konsortium internationaler Wissenschaftler unter Beteiligung des DLR großes Potenzial, CO2-Emissionen einzusparen. Im Idealfall sollen mehr als 90 % möglich sein.
Die industrielle Wärmeversorgung dürfte derzeit für rund 40 % der globalen energiebedingten CO2-Emissionen verantwortlich sein. Dafür ist auch die derzeit noch starke Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen wie Erdgas und Kohle verantwortlich, die sich nicht ohne weiteres durch den Einsatz von Wärmepumpen auflösen lässt. Denn Während Wärmepumpen für Temperaturen unter 100 °C längst etabliert sind, ist ihr Einsatz zur Wärmeerzeugung in industriellen Prozessen mit hohen Temperaturen und großem Temperaturgleit weiterhin mit besonderen Herausforderungen verbunden.
Eine vielversprechende Lösung könnten CO2-basierten Hochtemperatur-Wärmepumpen (HTWP) sein, wie eine aktuelle Studie der Universität Waikato (Neuseeland), der Universität Paderborn und des Instituts für CO2-arme Industrieprozesse, Zittau, des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) zeigt. Als Kältemittel ermöglicht CO2 (R744, GWP 1) durch sein transkritisches Verhalten eine effiziente Wärmeübertragung. Es ist ferner weder brennbar, noch toxisch. Damit ist CO2 für die Autoren der Studie ideal für Industrielle Trocknungsprozesse geeignet, etwa in der Lebensmittel- oder Chemieindustrie.
Die Studie untersucht drei CO2-basierte HTWP-Kreisläufe:
- Kreislauf mit Expansionsarbeitsrückgewinnung – hoher COP, aber technisch anspruchsvoll.
- Split-Stream-Kreislauf – optimiert für sehr hohe Temperaturen durch Aufteilung des Gaskühlermassenstroms.
- Kaskadierter Kreislauf – besonders geeignet für Extremtemperaturen bis 280 °C.
Ergebnis: Im Idealfall ließen sich durch den Einsatz von CO2-HTWPs mehr als 90 % der CO2-Emissionen einsparen – selbst beim Strommix wie durchschnittlich in Deutschland. Welche Herausforderungen technischer Art dafür noch zu bewältigen sind und welche Maßnahmen sie dafür empfehlen, erläutern die Autoren der Studie ausführlich unter Artikelnummer cci319456 in cci Wissensportal.
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