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Prototyp einer 50 Liter Kühlbox
© Zeo-Tech GmbH
Forscher entwickeln selbstkühlende Transportbehälter
12.11.2010

Tiefkühlen mit Zeolith und Wasser

Wissenschaftler der Zeo-Tech GmbH in Unterschleißheim haben transportable Gefrierboxen entwickelt, die mit einer aktiven Kühlung längere Kühlzeiten ermöglichen als herkömmliche Boxen mit Eispacks oder PCM-Materialien. Einmal an der Steckdose aufgeladen, lassen sie sich bis zu ihrem Einsatz verlustfrei lagern, um dann „auf Knopfdruck“ den Kühlprozess zu starten. Tiefkühltemperaturen von -18 °C können nach kurzer Abkühlzeit erreicht und über einen längeren Zeitraum gehalten werden. Die lautlose Technik eignet sich auch für stationäre Aufgaben etwa in der Pharmakologie oder für Minikühlschränke in Hotelzimmern.

Für den Kühlprozess machten sich die Wissenschaftler die Verdunstungskälte von Wasser zunutze, kombiniert mit der Fähigkeit von sogenannten Zeolithen, große Mengen von Wasserdampf durch Adsorption aufzunehmen. Der Kühlprozess verläuft nach folgendem Schema:
Das Wasser befindet sich in einem evakuierten Behälter, dem Verdampfer. Dieser ist über ein Ventil mit einem zweiten Behälter verbunden, der Zeolith enthält. Sobald das Ventil geöffnet wird, sorgt die Adsorption des Wasserdampfes im Zeolith dafür, dass ständig weiteres Wasser verdampft. Die Verdampfungskälte kühlt dabei das restliche Wasser bis weit unter den Gefrierpunkt ab. Wenn die Aufnahmefähigkeit des Zeoliths erschöpft ist, kommt der Prozess zum Erliegen.
Zur Regeneration erhitzt eine elektrische Heizung das Zeolith. Das adsorbierte Wasser wird dadurch ausgetrieben und kondensiert im Verdampfer. Wird das Ventil anschließend geschlossen, so kann nach beliebig langer Zeit durch Öffnen des Ventils der Prozess der Kälteerzeugung wieder in Gang gesetzt werden.

Transportbox

Die Forscher setzten das Funktionsprinzip zunächst in einer Transportbox mit 50 Litern Nutzvolumen um, die sie inzwischen zur Serienreife weiterentwickelt haben. Gedämmt von 80 mm Polyurethanschaum werden fünf Wände des „Mobile Freezers“ aktiv gekühlt. Sie sind als Innenwandverdampfer ausgelegt und mit einem Liter Wasser befüllt. Ein integrierter Kühler enthält 13,5 kg Zeolith für den Sorptionsprozess. Für die Regeneration sorgt ein Heizstab mit einer elektrischen Leistung von 1.350 W.

Etwa eine halbe Stunde nach Kühlbeginn erreicht die Innentemperatur der Box – 18° C. Diese kann selbst bei einer Außentemperatur von 28 °C etwa 30 Stunden aufrecht erhalten werden. Die Regeneration dauert 2 Stunden. Anschließend muss das Zeolith noch rund 5 Stunden auskühlen.

Ausblick

„Das Forschungsziel, die seit über 80 Jahren benutzte Ammoniak-Kühltechnik für mobile Anwendungen zukünftig ersetzen zu können, wurde erreicht“, freut sich Dr. Peter Maier-Laxhuber, der das Forschungsprojekt der Zeo-Tech GmbH leitet. „Inzwischen konnten wir sogar zeigen, dass auch ein kontinuierlicher Tiefkühlbetrieb mit reinem Wasser als Kältemittel und Zeolith als Adsorptionsmittel problemlos möglich ist. Somit sind alle Einsatzbereiche, die seit Jahrzehnten nur mit dem problematischen Absorptionsstoffpaar Ammoniak-Wasser realisierbar waren, durch die absolut umweltfreundliche und energiesparende Stoffpaarung Zeolith und Wasser ersetzbar. Der Betrieb der Zeolith-Kühlaggregate ist sowohl mit Elektrizität als auch mit jeder Form von Wärme möglich. Die Energieeinspareffekte gegenüber den alten Systemen liegen zwischen 25 und 50 %. Sehr erfolgreich laufen zur Zeit auch erste Gefriergeräte mit Zeolith-Technik, bei denen rein solarthermisch, ohne zusätzliche elektrische Energie, Eisakkus für beliebige Kühltransportaufgaben gefroren werden.“

Das vom Bundeswirtschaftsministerium geförderte Forschungsprojekt wird demnächst in einem BINE-Projektinfo vorgestellt.

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