Sorptionstechnologie

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Engelpracht, Mirko © Urheberrecht: Lehrstuhl fuer Technische Thermodynamik der RWTH Aachen

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Mirko Engelpracht

Gruppenleitung Sorptionstechnologie

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  Foto eines Adsorbermoduls Urheberrecht: © Lehrstuhl für Technische Thermodynamik

Die Forschungsgruppe Sorptionstechnologie untersucht unterschiedliche energie- und verfahrenstechnische Anwendungen mit Fokus auf der Sorptionstechnik. Bei der Sorption werden Fluide (Sorptive) an Flüssigkeiten (Absorption) oder Feststoffe (Adsorption) angelagert. Einerseits kann diese Anlagerung direkt zur Stofftrennung in verfahrenstechnischen Anlagen genutzt werden. Andererseits wird durch diese Anlagerung Wärme frei, welche in energietechnischen Anlagen genutzt werden kann. Die auftretenden Beladungsvorgänge sind z.B. durch Einbringen von Wärme wieder umkehrbar.

Zurzeit liegt der wissenschaftliche Schwerpunkt vornehmlich auf der Erforschung des Adsorptionsphänomens und der Entwicklung und Optimierung der technischen Anwendung. Die untersuchten Adsorbentien umfassen Zeolithe, SWS ("Selective Water Sorbents"), Kieselerden (Silikagel), Aktivkohlen und MOFs (Metal-Organic Frameworks). Die untersuchten Adsorptive umfassen vorrangig Wasser, Ethanol, Methanol, Kohlendioxid, Sauerstoff und Stickstoff.

Die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten der Adsorptionstechnik umfassen unter anderem die Erschließung regenerativer Energien für Heizungs-, Trocknungs-, Kühlungs- und Klimatisierungszwecke sowie zur Gewinnung von Trinkwasser oder zur Stofftrennung. Energietechnische Adsorptionsanlagen können als Wärmepumpe, Wärmetransformator und thermischer Energiespeicher zur Bereitstellung von Wärme und Kälte genutzt werden. Verfahrenstechnische Adsorptionsanlagen können als Adsorptionskolonnen zur Entfeuchtung, Abscheidung von CO2 oder generell zur Gastrennung genutzt werden.

In den Forschungsvorhaben der Arbeitsgruppe Sorptionstechnologie werden sowohl Experimente als auch Modellierung, Simulation und Optimierung zur Entwicklung und Analyse der technischen Anwendungen durchgeführt. Besonderer Fokus liegt derzeit auf der Kältebereitstellung, Wärmetransformation auf höhere Temperaturen und direkten Abscheidung von CO2 aus der Umgebungsluft (engl.: Direct Air Capture, DAC) mittels Adsorption. Die aktuellen Projekte sind durch eine enge Zusammenarbeit mit diversen Industriepartnern geprägt.

Zu den weiteren Zielen der Forschungsarbeiten gehört es, umfassende Kenntnisse über die kalorischen und thermodynamischen Eigenschaften der Adsorbentien zu erlangen. Dies umfasst sowohl die auf dem Markt erhältlichen Adsorbentien als auch Neuentwicklungen. Für diesen Zweck werden die Adsorbentien in eigens entwickelten Prüfständen untersucht und die Ergebnisse in Stoffdatenbanken zusammengetragen sowie zur Modellvalidierung genutzt.

 

Laboreinrichtungen

  • Magnetschwebewaage zur Vermessung von Adsorptionsgleichgewichten
  • Kinetikprüfstand zur Ermittlung der temperaturinduzierten Ad- und Desorptionskinetik für geschlossene Adsorptionsprozesse
  • Modulare Prüfstände zur Untersuchung von Adsorptionswärmepumpen, -kältemaschinen, -wärmetransormatoren und -wärmespeichern
  • Prüfstand zur Vermessung von Verdampfer-Wärmeübertragern für geschlossene Adsorptionsprozesse
  • Analyse mittels Massenspektroskopie
  • Schüttdichte nach DIN EN ISO 60
 

Aktuelle Projekte

DAC-TALES
MoGaTEx: Modellgestützte Auslegung von Adsorptionskolonnen für die Gas-Trennung auf Basis kleinskaliger Experimente
SorpLib: Dynamische Simulation von Adsorptionssystemen
SubSie-NoFrost: Sorptions-Verdampfer für Siedetemperaturen unter 0 °C – Frostschutz durch Additive
 

Abgeschlossene Projekte

CO2-neutrale Klimatisierungstechnologie für Elektrobusse
Dynamische Wasserstoffspeicherung: Ganzheitliches Modell der Elektrolyse und Gaskonditionierung
Entwicklung einer Verfahrenskombination aus Zeolithwärmepumpe, Vakuumeindampfsystem und Blockheizkraftwerk zur energieeffizienten Wärmeversorgung von Brauereien
Experimentelle und modellgestützte Analyse von Adsorptionssystemen zur Speicherung thermischer Energie
INTAS Study of solar assisted adsorption cooling unit using new adsorbent materials
Kapillargestützte Verdampfung von Wasser für thermische Wärmepumpen
Modulare Adsorptionswärmepumpe auf Zeolith-Basis
Offene Sorptionssysteme: Untersuchung unterschiedlicher Adsorbergeometrien und Sorptionsmittel
Sorb-Zero
TailorSorb: Maßgeschneiderte Adsorbentien für stationäre Wärmetransformatoren