Kälte aus Wärme ohne Strom - Gewecke, Stefan

Technik-Journalismus Prof. Rumphorst JTK SS 2006 14. Juli 2006
Kälte aus Wärme ohne Strom
Eine lange Literaturliste mit Titeln wie "Biogas-Handbuch", "Biogas-
Praxis" oder "Erneuerbare Energien in der Landwirtschaft" sind nur ein
Indiz für die steigende Popularität von Biogasanlagen. Stromgeneratoren
dieser Art werden in vielen Bereichen, allen voran in der Landwirtschaft
eingesetzt. Das ist auch nicht weiter verwunderlich, kommt der Rohstoff
Biogas doch auch vor allem von hier. Die Umwandlung von Abfallprodukten
der Landwirtschaft mit zusätzlicher Einspeisung von Strom
aus dem öffentlichen Netz in Energie ist jedoch nur bedingt wirkungsvoll.
Neue Verfahren nutzen vorhandene Wärme, zum Beispiel industrielle
Abwärme, Sonnenenergie, Erdwärme oder Fernwärme um Kälte zu
erzeugen. Die Forschung auf dem Gebiet der Kälte-Wärme-Technik
steckt allerdings noch in den Anfängen. Die Mitarbeiter des Instituts für
Energiesysteme und rationelle Energieverwendung der Fachhochschule
Gelsenkirchen haben sich zum Ziel gesetzt, ein marktfähiges
absorptionsgestütztes Kältesystem zu entwickeln, welches ressourcenschonende
Restwärme oder Sonnenenergie nutzt.
Die Forschungsräume des Instituts für Energiesysteme an der
Fachhochschule Gelsenkirchen sind nicht wie die schlicht in weiß
gekachelten chlorig feuchten Pumpenräume des öffentlichen
Hallenbads. Sie sind auch nicht wie übertechnisierte Forschungslabore
aus amerikanischen Science-Fiction Filmen mit Arnold Schwarzenegger
als Frankensteins Monster der Moderne, schwarz gefliest, voller Rohre,
Kabel, blinkender Computermonitore und surrender Serverventilatoren.
Die Räume sind auch nicht wie die luftigen Büros hamburgscher Think-
Tanks, kirschholzverkleidet, weitläufig und trotzdem gemütlich, mit
überdimensionalen Drucken von Mondrian oder Paul Klee an den
Wänden. Ganz so sind die Räume nicht, aber ein bischen schon.
Das Büro von Wolfgang Stürzebecher ist klein. Gerade mal drei Meter
breit, dafür aber gute acht Meter lang, mit einem großen Fenster an
der schmalen Hinterseite, die den Raum hell und freundlich machen.
Volle Aktenregale im grauen Einheitsstil auf der einen Seite, das reichlich
bestückte schwarze Brett direkt über dem Schreibtisch auf der
gegenüberliegenden Seite, kleine Schrift, amtliche Stempel, kurze Sätze,
teils in Englisch. Als Schmuck hängen an der Wand höchstens technische
Zeichnungen und Schaltpläne. An der Decke Neonröhren zur
Beleuchtung. Nüchtern, rational, beschäftigt, aber nicht ungemütlich.
Hier gibt es keinen Grund, sich einen Mondrian an die Wand zu hängen,
die Zeit ihm die gebührende Aufmerksamkeit zu schenken ist nicht
vorhanden, wird aber auch nicht vermisst.
Wolfgang Stürzebecher, Diplom Ingenieur auf dem Weg zum Doktor,
abgesehen von seinem Doktorvater Professor Braun hauptverantwortlich
für das Projekt "Kälte aus Wärme mit Sorptionskältetechnik", erläutert
das Prinzip. Routiniert zwar, doch fällt es nicht immer leicht ihm zu folgen.
Der Jungwissenschaftler ist absolut vertieft in die Materie, es bereitet
ihm kein Vergnügen geläufige Fachbegriffe lang und breit zu erklären.
Ein Ausdruck soll helfen, das Prinzip der Kälte-Wärme-Technik zu
verdeutlichen.
Stefan Gewecke Matr. Nr. 2004247442 s.gewecke@web.de

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Eine DinA4-Seite, querformat, mit dicken Linien und jeder Menge "Ms"
und "Zs". Das "M" steht als Symbol für den Kühler, die Außenseite des
Systems. Gasförmiger Dampf wird eingeleitet und umstreicht ein
Rohrgeflecht durch welches die um ein paar Grad kühlere Außenluft
fließt. Der Dampf kondensiert. Die abgeführte Wärme wird als
überschüssige Energie nach Außen abgeführt. Das Kühlmittel fließt in
den Verdunster. Für ihn steht das "Z". Hier findet der umgekehrte Prozess
statt: Der kühle, flüssige Stoff wird eingeleitet, durch ein getrenntes
Rohrsystem kommt die warme Luft aus dem Kühlhaus hinzu, gibt ihre
Wärme ab und verlässt den Verdunster gasförmig. Die dabei
entstandene kühle Luft wird zurück ins Kühlhaus geleitet. Im Kreislauf
hinter dem Verdampfer sitzt ein Kompressor, der das gasförmige
Kühlmittel verdichtet und dabei stark erwärmt. Dieses warme Gas wird
wieder in den Kühler geleitet, der Kreislauf ist geschlossen.
Im Prinzip ist das ein großer Kühlschrank, und wie jeder Kühlschrank
verbraucht er haufenweise Energie. Die Energie braucht vor allem der
Kompressor, der das Gasgemisch verdichtet. Er ist es auch, der bei den
heimischen Kühlschränken den Lärm verursacht. Diese Energie wird bei
unseren Kühlschränken aus dem Stromnetz genommen.
Bei Biogasanlagen werden verschiedene Rohstoffe, wie Gülle,
Klärschlamm, Fette oder Pflanzen in einen luftdicht verschlossenen
Fermenter eingebracht. Dort entsteht durch Fäulnisprozesse das Biogas.
Die Fermenter sind oft größer als 100 Kubikmeter. Das sind die großen
schwarzen Kuppeln, die man in der Nähe von Bauernhöfen sieht, die
eine Biogasanlange betreiben. Das Gas wird mit etwas Sauerstoff aus
der Luft angereichert und dient als Treibstoff für einen
Verbrennungsmotor. Der produzierte Strom wird in das Stromnetz
eingespeist und kann ganz normal verwendet werden. Auch die Wärme,
die der Verbrennungsmotor erzeugt, soll im günstigsten Fall nicht einfach
an die Umwelt abgegeben werden, sondern zum Trocknen von Stroh
als Futter für die Tiere und zum Heizen verwendet werden. Anlagen,
die heutzutage im Einsatz sind generieren bei einer Effizienz von circa
40 Prozent zwischen 30 Kilowatt bis zu fünf Megawatt Strom. Damit
könnten zehn 4-Personenhaushalte oder eben der Kompressor eines
Kühlhauses von einem Bauernhof mit Strom versorgt werden.
Wir verlassen das Büro des Doktoranden. Vor der Tür erwartet uns eine
Dreiergruppe chinesischer Studentinnen, die auf der Suche nach
Professor Braun sind. In nicht ganz akzentfreiem aber effizienten deutsch
kommt die Frage im Chor: "Ist hiel Plofessol Blaun?" Nein, der ist gerade
nicht da, auf Dienstreise. Es geht hinab in den Keller des Instituts, der
Sorptionstechnik auf den Grund.
Bei der Sorptionstechnik muss der Bereich zwischen Verdampfer und
Kompressor genauer betrachtet werden, wir zoomen ein. An dieser
Stelle befindet sich nämlich der Absorber. Der Absorber wird mit einem
Gemisch aus Ammoniak und Wasser betrieben. Anfänglich ist das
Ammoniak-Wasser-Gemisch eine sogenannte "Starke" Mischung. Der
Ammoniakanteil liegt bei 45 Prozent. Das flüssige Gemisch wird mit
Stefan Gewecke Matr. Nr. 2004247442 s.gewecke@web.de

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einer kleinen Pumpe in den Desorber, eine Art Kocher, gepumpt. Hier
wird von Außen Wärme zugefügt. Das kann Sonnenwärme, Fernwärme,
Abwärme, Erdwärme oder irgendeine Art von Wärme sein, die zur
Verfügung steht. Wichtig dabei ist, dass diese Wärme nicht erst extra
produziert werden muss, sondern schon vorhandene Wärme genutzt
wird. Die Temperatur sollte mindestens 90 Grad Celsius betragen. Hierbei
wird das Ammoniak vom Wasser getrennt. Das Wasser bleibt flüssig,
das Ammoniak ist nun gasförmig. Im angeschlossenen Kondensator
wird das Ammoniak wieder verflüssigt, und gibt dabei seine Wärme
ab. Dieser Effekt wird in herkömmlichen Systemen durch den Kompressor
erreicht. Die nun "schwache" Mischung aus Ammoniak und Wasser im
Verhältnis 40 zu 60 Prozent fließt zurück in den Absorber. Dieser
Energiekreislauf ist als eigenes System innerhalb des Kreislaufes von
vorher zu betrachten. Sozusagen ein Kühlschrank im Kühlschrank. Der
Vorteil hierbei ist aber, dass die kleine Pumpe, die die "starke" Ammoniak-
Wasser-Mischung vorwärts bewegt, mit nur einem Zehntel der Energie
betrieben werden muss, die der Kompressor in dem herkömmlichen
System benötigt. Die antreibende Kraft dieses Systems ist die zusätzliche
Wärme von Außen.
Ein Prototyp der Absorptionskältemaschine existiert bereits. Sie wurde
von Prof. Braun und dem Dresdener Institut für Luft- und Kältetechnik
realisiert. Geplant ist der Bau einer weiteren, leistungsfähigeren Maschine,
wie so oft fehlen dafür momentan noch die Gelder. Die WestLB-Bank
unterstützt das Projekt. Die deutsche Industrie verfolgt die Forschung
mit Interesse, könnte sich die neue Technologie doch zu einem
Exportschlager entwickeln. Ziel könnte ist es, vor allem für den
südeuropäischen Markt Wärme-Kälte-Maschinen mit einer angestrebten
Leistung von 25 Kilowatt zu bauen. Vor allem sonnenreiche Länder
zeigen großes Interesse an der neuen Technik. Hier ist der Bedarf an
Kühlung größer und die Primärenergie, Wärme ist reichlich vorhanden.
Die neuen Maschinen können aus der Ferne per ISDN-Leitung oder
über das Internet kontrolliert werden, wodurch wiederum Personal zu
Überwachungs- und Wartungszwecken gespart werden kann.
Das ist aber nicht der Traumjob, den sich Wolfgang Stürzebecher
vorstellt. In seiner Unruhe spürt man den Forscherdrang. Er möchte
Forschen und Entwickeln, die Technik verbessern und vorantreiben.
Vielleicht als Doktor in der Geschäftsführung eines Betriebes für Kälte-
Wärme-Maschinen. Momentan gilt es jedoch von dem kleinen Büro
aus Geld aufzutreiben. Dazu muss jede Menge Papierkram erledigt,
Anträge geschrieben, und Überzeugungsarbeit geleistet werden.
Auf einmal ist das kleine Büro wieder nur ein Büro mit vielen
Aktenordnern, Zetteln und leeren Anträgen die noch ausgefüllt oder
ausformuliert werden müssen. Raus aus der Wärme der sparsamen und
ressourcenschonenden Zukunft, rein in die kalte Realität.
Stefan Gewecke Matr. Nr. 2004247442 s.gewecke@web.de