Wärmeübertragung und -wandlung

Lamm-Honigmann Prozess

Das Grundprinzip des Prozesses beruht auf der Dampfdruckerniedrigung einer konzentrierten Lösung oder eines Adsorbats im Vergleich zum reinen Arbeitsfluid. Darauf aufbauend wurde im Jahre 1883 der sogenannte „Honigmann-Prozess“ erfunden und zum Patent angemeldet. Aufgrund der heute stark veränderten Rahmenbedingungen scheint eine Neubewertung dieses Prozesses sehr vielversprechend. Konzentrierte Lösung (damals Natronlauge) wird thermisch mit einem Wassertank (oder einem anderen geeigneten Arbeitsfluid) verbunden. Die Wärme der heißen Lösung verdampft Wasser im Wassertank. Dieser Wasserdampf bei erhöhtem Druck wird in einer Expansionsmaschine entspannt und leistet mechanische Arbeit. Diese Arbeit stellt den Nutzen dar. Anschließend wird der Dampf in die konzentrierte Lösung geleitet, wo er absorbiert wird. Die dadurch frei werdende Absorptionswärme verdampft wiederum mehr Wasser im Tank. Im Verlauf des Prozesses wird die Lösung immer stärker verdünnt, so dass die Dampfdruckabsenkung abnimmt und der Dampf weniger Arbeit leisten kann. Die Lösung muss nun wieder regeneriert werden – dies ist der Vorgang, bei dem der Speicher „beladen“ wird. Technisch kann dies entweder durch Zufuhr von Wärme oder mit Hilfe eines Kompressors oder auch durch Elektrolyse erfolgen.
Der Prozess kann mit allen bekannten Materialien zur Ab- und Adsorption und mit Hilfe von monovarianten chemischen Reaktionen durchgeführt werden.

Experimentelle und theoretische Untersuchung der Honigmann-Prozesses für die thermochemische Speicherung von Wärme, Kälte und Arbeit (2011-2018)

Forschungsziel ist die Entwicklung und Untersuchung eines thermochemischen Energiespeichers, welcher wahlweise mit Wärme oder mechanischer Arbeit beladen wird. Die Energie wird anschließend zu einem gewünschten Zeitpunkt wieder in Form von Wärme, Kälte oder Strom dem Nutzer zur Verfügung gestellt. Der Speicher soll einen Baustein einer modularen Energieversorgung darstellen, welcher auch eine optimierte Nutzung von zeitlich schwankenden regenerativen Energiequellen oder Abwärme ermöglicht.

Im Projekt soll eine theoretischen Basis für Honigmann-Prozesse geschaffen und experimentell verifiziert werden. Zunächst wird eine Versuchsanlage mit einem gut bekannten Arbeitsstoffpaar (LiBr/Wasser) gebaut und experimentell charakterisiert. Parallel werden theoretische Untersuchungen zu Betriebsgrenzen und -führung sowie Prozessvarianten durchgeführt. Außerdem werden Prozesskenngrößen definiert und ein mathematisch-physikalisches Modell für die Untersuchung des Betriebsverhaltens entwickelt.

Die ersten Messungen bestätigen grundsätzlich, dass das Speicherkonzept funktioniert. Weiterreichende Forschungsarbeiten erscheinen sinnvoll. Das Projekt wurde gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und von der KSB-Stiftung.

Flexible Sektorkopplung mittels Wandlungsspeicher - Weiterentwicklung des „Lamm-Honigmann-Prozesses“ zur thermochemischen Energiespeicherung und Nutzung von regenerativer Energie und industrieller Abwärme (2020-2024)

Projektziel ist es, das nötige Know-How für die Errichtung und den Betrieb einer sinnvoll dimensionierten Demonstrationsanlage in Einsatzumgebung (im Sinne des TRL5) zu entwickeln. In Kooperation mit der Spilling Technologies GmbH wird eine effiziente Expansionsmaschine in den Prozess integriert. Spilling konstruiert und baut einen zur Pilotanlage passenden Kolbendampfmotor. Konkret sind folgende Arbeiten geplant:

  • Entwicklung eines reproduzierbaren Testbetriebs zur Ermittlung sinnvoller Betriebsweisen an der bestehenden Versuchsanlage;
  • Erweiterung des Simulationsmodells zur kostengünstigen Vorhersage des Prozessverhaltens in anderen Betriebsbereichen und bei Verwendung anderer Arbeitsstoffe als im Experiment;
  • Quantitative Einordnung des Speicherkonzeptes durch Untersuchung der Dynamik und die Ermittlung charakteristischer Kennzahlen als Grundlage für eine Wirtschaftlichkeitsanalyse.

Das Projekt wird gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt.

Ansprechpartner

Im Rahmen des Projektes entstandene Forschungsarbeiten

Promotionen

Journalpublikationen

Publikationen

2022

Thiele, Elisabeth
The Lamm-Honigmann Thermochemical Energy Storage
In Luiza F. Cabeza, Editor, Band 2
Seite 159-172
2022
159-172
Thiele, Elisabeth; Ziegler, Felix
Thermal Operation Maps for Lamm–Honigmann Thermo-Chemical Energy Storage - A Quasi-Stationary Model for Process Analysis
processes
2022

2020

Thiele, Elisabeth; Jahnke, Anna; Ziegler, Felix
Efficiency of the Lamm-Honigmann thermochemical energy storage
Thermal Science and Engineering Progress, 19
2020

2019

Thiele, Elisabeth; Jahnke, Anna; Ziegler, Felix
Efficiency of the Reversible Honigmann Energy Storage
Prooceedings of the 5th International Conference on Polygeneration (ICP 2019), Seite 65–66
Herausgeber: Fukuoka
2019

2017

Jahnke, Anna; Thiele, Elisabeth; Norden, Markus; Ziegler, Felix
Experimental investigation of the Honigmann-process for thermo-chemical energy storage and conversion
International Sorption Heat Pump Conference 2017, Seite AB–YR4–1049
Herausgeber: Tokyo
2017

Forschungsberichte

Abschlussarbeiten

Mit freundlicher Unterstützung von