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Industrie
Massgeschneiderte Wärmepumpen liefern Prozesswärme auf mittlerer Temperatur!
Die Versorgung mit industrieller Prozesswärme wird, wann immer möglich, elektrifiziert, ebenso wie der Heizungs- und Mobilitätssektor. Das erfordert effiziente Hochtemperatur-Wärmepumpen. Die Forscher im Labor von André Bardow nutzen die Raman-Laserspektroskopie, um schnell optimale Mischungen von Arbeitsmittel zu finden.
Wenn es um die Dekarbonisierung unserer heutigen Gesellschaft geht, denken Sie wahrscheinlich am meisten an Ihr eigenes tägliches Leben. Das ist grossartig – Sie können sofort handeln! Doch 20% des gesamten Energieverbrauchs in der Schweiz stammen nicht aus den Haushalten, sondern aus der Industrie. Raten Sie mal, wofür die Industrie Energie braucht: Für die Beleuchtung in den Büros? Um die Angestellten warm zu halten? Nein, 55% des Energieverbrauchs der Industrie geht in die sogenannte industrielle Prozesswärme.
Der Grund, warum Prozesswärme so wichtig ist, liegt darin, dass sie ein breites Spektrum an Aktivitäten umfasst: Von der Trocknung von Papier über die Zubereitung von Lebensmitteln bis hin zur Veredelung von Oberflächen (z. B. Galvanik, Emaille) und sogar dem Schmelzen von Rohstoffen wie Glas oder Metallen – kein Wunder, dass die industrielle Prozesswärme beispielsweise im Jahr 2016 86 PJ an Energie verbrauchte. Dies entsprach im Jahr 2016 etwa 2,5 Millionen Tonnen CO2. Was können wir tun, um diese Zahl zu senken?
Um diese Frage zu beantworten, sollten wir uns zunächst einen Überblick darüber verschaffen, welcher Temperaturbereich in diesen industriellen Prozessen benötigt wird. Zunächst einmal gibt es einige Prozesse wie das Waschen oder Galvanisieren, für die Temperaturen von unter 100 Grad ausreichen. Diese können mit Hochtemperatur-Wärmepumpen erreicht werden, die Temperaturunterschiede aus der Umgebungsluft, dem Wasser oder dem Erdreich nutzen, die dann auf eine Flüssigkeit wie Wasser übertragen werden, wobei die thermodynamischen Prinzipien zur Komprimierung einer Flüssigkeit genutzt werden, um ihre Temperatur zu erhöhen. Am anderen Ende des Spektrums gibt es Prozesse wie die Zementherstellung, die extrem hohe Temperaturen von bis zu 1500 Grad erfordern. Hier haben Wärmepumpen keine Chance! Stattdessen müssen wir auf Beton mit geringerem Zementanteil umsteigen, andere Brennstoffe wie Holz anstelle von Kohle in Betracht ziehen und das CO2 abscheiden, das wir nicht vermeiden können.
In der Mitte liegt jedoch ein Temperaturbereich von 100-200 Grad, der mit Wärmepumpen noch erreicht werden kann… Aber man muss clever sein! Genau auf diesen Sweet Spot hat sich die Gruppe von Professor André Bardow an der ETH spezialisiert. Sein Team erforscht die Effizienz von Wärmepumpen von der molekularen bis zur Systemebene.
Sie nehmen nicht nur die Theorie der Thermodynamik wieder auf und überlegen, wie zeotopische Mischungen den sogenannten Rankine-Kreislauf effizienter machen. Darüber hinaus nutzen sie computergestütztes Moleküldesign, um neue Materialien digital zu erforschen, die richtigen Moleküle für ihre Wärmepumpen-Arbeitsflüssigkeiten auszuwählen und diese schliesslich in Laborexperimenten zu testen! Schicken Sie ihnen eine E-Mail, um die Raman-Spektroskopie in Aktion zu erleben!