Effizienzsteigerung durch Kältespeicher - Eisbreierzeugung aus unterkühlten Fluiden (SUPERCOOL)

Im Projekt SUPERCOOL (Effizienzsteigerung durch Kältespeicher - Eisbreierzeugung aus unterkühlten Fluiden) entwickelt die Hochschule Karlsruhe eine Technik, mit der sich Eisbrei als umweltschonendes Kühlmittel und thermischer Energieträger kostengünstig und energiesparend herstellen lässt. Das Projekt ist im Februar 2019 gestartet und wird von Prof. Dr. Michael Kauffeld geleitet. 

Herausforderung

Eisbrei ist ein Gemisch aus Wasser und Eiskristallen, das sich hervorragend als Kühlmittel und Energieträger eignet, denn es entzieht der Umgebung beim Schmelzvorgang Energie in Form von Wärme. Gleichzeitig ist Eisbrei fließ- und pumpfähig und dadurch flexibel einsetzbar. Allerdings sind die etablierten Herstellungsprozesse recht wartungsintensiv oder nicht effizient genug: Eisbrei lässt sich zum Beispiel mechanisch herstellen, indem - ähnlich wie in einer Speiseeismaschine - ein Schaber laufend Eiskristalle von einer Oberfläche abschabt. Die Technik funktioniert gut, verursacht jedoch Verschleiß an den mechanischen Teilen. Alternativ lässt sich Eisbrei auch mit unterkühlten Fluiden herstellen, also Flüssigkeiten, die unterhalb ihres eigentlichen Gefrierpunktes abgekühlt werden, ohne zu erstarren. In den entsprechenden Anlagen kommt es jedoch oft zu unkontrollierter Kristallisierung der Fluide, wodurch die Anlage regelmäßig vereist und damit an Effizienz verliert. 

Ziele und Vorgehen

Im Projekt SUPERCOOL will die Hochschule Karlsruhe erforschen, wie sich die Herstellung von Eisbrei aus unterkühlten Fluiden effizienter gestalten lässt.  Ziel ist es, einen fehlerfreien Betrieb der Anlagen und eine stabile Kristallisation zu ermöglichen. Dazu erweitert das Projektteam eine bestehende Versuchsanlage mit einer Analyseeinheit, um den Temperaturverlauf des Fluids beobachten und den Kristallisationszeitpunkt genau bestimmen zu können. In den geplanten Messreihen werden dann jeweils einzelne Parameter wie Strömung, Oberfläche oder Zusatzstoffe variiert, während die anderen Bedingungen konstant bleiben. Zudem entwickelt das Projektteam eine Simulation der Temperaturverläufe im Inneren des Unterkühlers, um eine direkte Messung - und damit mögliche Störungen des Systems - zu umgehen. Bei idealem Projektverlauf soll der Labor-Prüfstand gemeinsam mit dem Wirtschaftspartner zu einem Prototyp für eine entsprechende Kälteanlage weiterentwickelt werden.

Innovationen und Perspektiven                                                                                           

Langfristiges Ziel des SUPERCOOL-Projekts ist die Entwicklung eines Energiesystems, in das eine fehlerfrei arbeitende Eisbreierzeugung auf Unterkühlungsbasis sowie ein Energiespeicher integriert sind. Eine solche Anlage existiert bislang weder in der Industrie noch in der Forschung und wäre somit eine bedeutende Innovation auf dem Gebiet der Kältetechnik. Die Technik stellt zudem eine energieeffiziente, kostengünstige und umweltschonende Möglichkeit dar, thermische Energie zu speichern - ein Ansatz, der in Zeiten des Klimawandels und der Energiewende große Bedeutung erlangt. Zudem kann er die Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Kältetechnik-Industrie stärken, die weitgehend auf dem wirtschaftlichen Erfolg von kleinen und mittleren Kältetechnik-Unternehmen basiert. Die kontrollierbare Kristallisation in der Eisbreiherstellung aus unterkühlten Flüssigkeiten wäre ein Alleinstellungsmerkmal für deutsche Firmen auf dem Weltmarkt.