Junge Forscherin will innovative Langzeitwärmespeicher aus Salzmischungen entwickeln

„In unseren Breiten verfügen wir im Sommer über viel Sonnenenergie, im Winter brauchen wir aber mehr Wärme“, verdeutlicht Issayan. Um Wärme längerfristig zu speichern, fokussierte sich die Forschung in den letzten Jahren stark auf synthetisch hergestellte Zeolithe, silikathaltige poröse Mineralien.

Auf der Suche nach optimalen Salzmischungen zur nachhaltigen Wärmespeicherung
Die Speicherung von Wärme funktioniert folgendermaßen: Zeolithe werden mit Solarwärme getrocknet, gelagert und mit Feuchtigkeit bzw. Wasserdampf bei Bedarf reaktiviert, um so die gespeicherte Wärme wieder zurück zu gewinnen. Ihre poröse Struktur bietet ideale Bedingungen zur Bindung von Wassermolekülen. Künstliche Zeolithe eignen sich gut für Prototypen und Funktionsmuster da sie stabil und kommerziell verfügbar sind, aber sie sind relativ energieintensiv und teuer in der Herstellung. Für eine breitere Anwendung als Wärmespeicher bedarf es neuer Materialien die preisgünstiger sind und einen geringeren Primärenergieaufwand haben.

Salze funktionieren ähnlich wie Zeolithe, sind aber teilweise als industrielle Reststoffe verfügbar, weshalb sie auch günstiger sind. Allerdings nehmen Salze bzw. Salz-Hydrate so viele Wassermoleküle in ihre Kristallstruktur auf, bis sie sich schließlich auflösen. Zudem können sie nicht beliebig oft hydriert und dehydriert werden, da bei oftmaligem Zyklieren Veränderungen in der Kristallstruktur auftreten. „In Vorversuchen der Energieforschungsgruppe ASIC der FH Oberösterreich konnten wir bereits erproben, dass sich gewisse Salzmischungen besser eignen als Einzelsalze und durch den Mix andere Eigenschaften erhalten.Lithiumchlorid und Kalziumchlorid haben bereits gute Ergebnisse geliefert“, erklärt Dissertationsbetreuer Dr. Bernhard Zettl.

Ihre Stärke sieht die studierte Physikerin Gayaneh Issayan eindeutig in der Materialentwicklung, die sie für ihr Energieprojekt mit chemischen Anwendungen verbindet. „Um die Salze für Speicher besser nützen zu können, sind wir dabei für die Salzmischungen eine Art Trägermatrix aus natürlichen Zeolithen zu entwickeln. Die positiven Eigenschaften der porösen Struktur der Zeolithe, die gute Dampfaufnahmestruktur der Salze und Binder, die beide zusammenhalten, könnten eine effiziente und nachhaltige Basis schaffen“, so die Dissertantin. Ideal wäre, die Materialien zu granulieren, da eine runde Struktur Wasserdampf gleichmäßiger aufnehmen kann.

Nicht nur weil es sich teilweise um die Verarbeitung von Reststoffen handelt, sondern auch weil die Materialien zugleich relativ günstig sind, könnte diese Entwicklung breite Anwendung finden. Obendrein ist die Herstellung klimaneutraler als etwa synthetische Zeolithe da die Rohstoffe in ihrer Herstellung weniger CO2 verbrauchen.

Stipendiatin des Dissertationsprogramms der Fachhochschule Oberösterreich
„Als eine von acht Nachwuchsforscherinnen und Nachwuchsforschern konnte sich die engagierte Wissenschaftlerin Gayaneh Issayan, die bereits zwei Jahre an der Fachhochschule Oberösterreich im Energiebereich arbeitet, mit ihrem interdisziplinären Projekt im Dissertationsprogramm der Fachhochschule Oberösterreich durchsetzen“, freut sich FH-Prof. PD DI Dr. Johann Kastner, Vizepräsident für Forschung & Entwicklung der FH OÖ. Gefördert werden die jungen Forscher*innen für die Dauer ihrer Dissertationsprojekte vom Land Oberösterreich und der FFG. Wie das Endergebnis der Doktorarbeit mit dem Arbeitstitel „TCMix - Untersuchung von Misch-Salz-Systemen als Composite-Materialien für thermochemische Speicheranwendungen“ tatsächlich aussieht und auf welche Phänomene Gayaneh Issayan in ihrer Forschungsarbeit noch stößt, bleibt spannend. Noch steht sie am Beginn ihrer dreijährigen Dissertation, die offiziell im März 2021 beginnt, und für die sie eng mit dem Institut für Polymerwissenschaften der JKU zusammenarbeitet, wo sie auch promovieren wird. Betreut wird Issayan seitens der Linzer Universität von Univ.-Prof. Dr. Sabine Hild.