Mit HItze kühlen

Mit Abwärme kühlen? Was widersprüchlich klingt, ist Wirklichkeit. Denn das AIT (Austrian Institute of Technology) wirkte an einem EU-Projekt mit, wodurch Forscher herausfanden, dass im industriellen Ausmaß Abwärme für das Kühlen möglich ist.

Das Problem - Abwärme

Um ein gutes Beispiel zu nennen: Das Erwärmen des Mittagessens. Bei der Erwärmung landet häufig nur ein Bruchteil der investierten Energie im Nahrungsmittel selbst. Der Großteil heizt dagegen nur die Umgebung auf. Dies verhält sich beispielsweise bei Heimcomputer, einen riesigen Serverpark, einer heißen Dusche oder dem eigenen Auto, ähnlich. Fakt ist, dass fast immer die Energie in Form von unerwünschter Abwärme verloren geht.

Der Forschungsanstoß

Es stellt sich die Frage, wie man die Abwärme nutzen kann und ob diese für die Kühlung ausreicht. Diesem Thema widmete sich das Projekt der IBM Research Zurich. Das Ziel dabei war, eine Adsorptionswärmepumpe zu erschaffen, die genau dieses Problem löst.

Absorptionswärmepumpe

Adsorptionswärmepumpen nutzen Hitze, um Kühlleistung zu erzeugen. In der Kühlzone der Anlage verdunstet Wasser und sorgt für Kühlung. Der Wasserdampf wird in der warmen Zone der Anlage von einem Absorbermaterial aufgefangen. Wenn das Absorbermaterial gesättigt ist, wird es durch Hitze von außen wieder getrocknet und steht für einen weiteren Kühlzyklus zur Verfügung.

Das Ergebnis des Forschungsprojekts THRIVE (Thermally driven absorption heat pumps for substitiution of electricity and fossil fuels) war anfangs eine Forschungswärmepumpe mit einer Leistung von 1 Kilowatt und später ein Prototyp einer Adsorptionswärmepumpe mit zehnmal größerer Leistung. Umgerechnet reicht eine Pumpe aus, um ein Einfamilienhaus in Südeuropa im Sommer zu klimatisieren.

Die Adsorptionswärmepumpen können an verschiedenen Aufgaben angepasst werden. Um eine effiziente Kühlleistung zu erhalten, muss das erwünschte Kälteniveau an das Absorbermaterial abgestimmt werden. Hierzu gibt es seit 2018 ein EU-Forschungsprojekt namens „HyCool“. Es entstand eine sogenannte Hybrid-Wärmepumpe–Kombination zwischen der herkömmlichen Wärmepumpe und der Absorptionswärmepume. Diese verbraucht zusätzlich Strom, ist dafür aber flexibel. Die Idee kam auf, da zwei spanische Industriepartner Ihren Kühlbedarf so weit als möglich mit Hilfe von Solarenergie und Abwärme decken wollten.

Solare Kühlung

Klimaanlagen verbrauchen gerade dann viel Energie, wenn die Sonne viel davon liefert. Ungefähr 10 Prozent des weltweiten Stromverbrauchs entfallen auf Klimaanlagen, wie die IEA (Internationale Energieagentur) berichtet. Sie prognostizieren, dass bis 2050 eine Verdreifachung des Stromverbrauchs auf 6.200 Terawattstunden zu erwarten ist. Die Vorhersage des Weltklimarats IPCC ist, dass die Menschheit im Jahr 2100 dreißigmal so viel Energie für Kühlung aufwenden wie im Jahr 2000.

Die Lösung wären Solarthermie-Anlagen, denn diese eignen sich nicht nur zum Heizen oder zur Erwärmung des Nutzwassers. Kombiniert man diese mit einer Adsorptionsanlage, lässt sich solare Wärme auch zur Kühlung nutzen. Grundsätzlich sind Solarthermie-Anlagen für die Übergangszeiten ausgelegt und produzieren in den Sommermonaten überschüssige Wärme. Genau in diesen Monaten ist der größte Klimatisierungsbedarf.

Für einige Forscher und Energieexperten steckt hinter der solarthermischen Kühlung die Chance, den weltweit rasant wachsenden Energiebedarf für Klimaanlagen abzufangen.