elements36 - Evonik

16 eneRgIeeFFIZIenZ
Zu den Stärken der neuen Arbeitsstoffpaare auf Basis ionischer
Flüssigkeiten gehört, dass sie in einem deutlich breiteren Temperatur­
und Druckbereich einsetzbar sind als die klassischen Varianten
Bedingungen für den Einsatz des Arbeitsstoffpaars Lithiumbromid/Wasser
Wasser (100 Gewichtsprozent)
Ionische Flüssigkeiten von Evonik/Wasser
56 58 80 88 Gewichtsprozent ionische Flüssigkeit
Lithiumbromid/Wasser
50 60 Gewichtsprozent
Kristallisationsgrenze Lithiumbromid (60–70 Gewichtsprozent Lithiumbromid)
Druck [mbar]
70
10
6
0
elements36 Ausgabe 3|2011
10 30 50 70 90 110
Temperatur [°C]
Maßschneidern von Absorptionsmitteln ohne Kristallisationsgrenzen
im Temperaturbereich von –100 °C bis +200 °C
Natriumchlorid (Tafelsalz)
Lithiumbromid
1­Methyl­3­Methylimidazoliumchlorid
1­Buthyl­3­Methylimidazoliumchlorid
Arbeitsstoffpaar von Evonik (nicht chloridbasiert)
Schmelzpunkt [°C]
1.000
800
600
400
200
0
–200
Klassische Arbeitsstoffpaare
haben Kristallisations-, Korrosions-
oder Toxizitätsprobleme
In den meisten Fällen kommt als Kältemittel Wasser
und als Absorptionsmittel Lithiumbromid zum Einsatz.
Wasser/Lithiumbromid gilt als effizientes Arbeitsstoffpaar.
Allerdings hat Wasserdampf ein großes
spezifisches Volumen und unterliegt relativ engen
Temperaturgrenzen, weshalb der Einsatz des Arbeitsstoffpaars
Wasser/Lithiumbromid auf die Klima -
ti sierung oder die Kältebereitstellung oberhalb von
0 °C beschränkt ist.
Das Arbeitsstoffpaar Wasser/Lithiumbromid hat
aber noch weitere Nachteile. Ein großes Problem ist
die Kristallisation des Lithiumbromids. Bei einem Anteil
von mehr als 65 Prozent in wässrigen Lösungen
kristallisiert Lithiumbromid bereits bei 25 °C – ein
Problem, das vor allem in feuchten und heißen Ländern
relevant ist. Dort sind deshalb mitunter teure
Kühlsysteme erforderlich, die die Kristallisation des
Lithiumbromids verhindern.
Darüber hinaus wirkt Lithiumbromid gerade bei
höheren Antriebstemperaturen stark korrosiv. Damit
können die besonders energieeffizienten, weil mehrstufigen
Absorptionskälteprozesse nur dann mit
Lithiumbromid betrieben werden, wenn größere
Mengen an Korrosionsinhibitoren oder teure korrosionsresistente
Werkstoffe verwendet werden.
Ionische Flüssigkeiten –
umwelt freundlich, nicht korrosiv
und nicht kristallisierend
Mitarbeiter des Geschäftsbereichs Advanced Intermediates
von Evonik haben dieses Problem des klassischen
Arbeitsstoffpaars schon vor Längerem erkannt.
In enger Kooperation mit dem Ser vice bereich
Verfahrenstechnik & Engineering des Unter nehmens
entwickelten sie eine neue Systemlösung, die als Arbeitsstoffpaar
in Absorptionskältemaschinen und
Wärmepumpen eingesetzt werden kann.
Ionische Flüssigkeiten sind Salze, also vollständig
aus Ionen aufgebaut, deren Schmelzpunkt unterhalb
von 100 °C liegt. Unterhalb ihrer Zersetzungstemperatur
weisen ionische Flüssigkeiten keinen messbaren
Dampfdruck auf, sie sind thermisch und elektrochemisch
sehr stabil und lösen sich in vielen
organischen, anorganischen und organometallischen
Verbindungen. Ionische Flüssigkeiten bestehen für
gewöhnlich aus organischen Kationen und organischen
oder anorganischen Anionen. Ihre physikalischen
Eigenschaften lassen sich durch die Variation
der Ionenpaarung und -struktur gezielt einstellen.
Darüber hinaus sind sie im Allgemeinen im Vergleich
zu konven tionellen Salzen wie dem Lithiumbromid
nur sehr wenig korrosiv.
Aufgrund der Kompetenz in der großtechnischen
Herstellung von ionischen Flüssigkeiten und von
geeigneten Additiven ist es dem Team von Evonik