Ziel des Vorhabens „Chemischer Wärmespeicher“ (CWS) war es, ein neuartiges Konzept für das Thermomanagement von Abgasnachbehandlungssystemen zu untersuchen. Dabei wird durch eine chemische Reaktion in einem Wärmetauscher (CWS) Energie freigesetzt, die zum Aufheizen oder Warmhalten von AGN-Komponenten verwendet werden kann. Im Bereich Nachhaltigkeitsforschung Energie in Lüneburg wurde mittels Literaturrecherche
und unter Einbezug thermodynamischer Daten potentieller Materialien ein Abgleich der zu erfüllenden Parameter zusammengetragen und eine Liste potentieller Speichermaterialien erstellt. Diese Auswahl wurde für weitere mikroanalytische Untersuchungen verwendet, in denen die Prozesszyklen im kleinen Maßstab simuliert wurden, wobei Calciumoxid/Calciumhydroxid als vielversprechendstes Prozesspaar für die Anwendung hervorstach. Am Institut für Verbrennungskraftmaschinen (IVB) in Braunschweig wurden zu diversen An-
wendungsfällen Potentialanalysen durchgeführt. Es zeigte sich, dass das Unterstützen des Aufheizens der AGN-Komponenten theoretisch realisierbar ist. Die vollständige Umkehrung der chemischen Reaktion (Regeneration) war jedoch nur im Anwendungsfall eines BHKWs sowie eines Diesel-Triebwagens möglich. In den anderen Anwendungsfällen konnte das Speichermaterial innerhalb diverser Fahrzyklen nicht regeneriert werden. In Lüneburg wurde das Materialpaar Calciumoxid/Calciumhydroxid in mehreren Experimenten unter Variation von Druck und Reaktionstemperatur hochskaliert und Daten für die Konstruktion und den Betrieb eines späteren Prototypen gesammelt. Die alternative Veredelung
aller Materialien durch Mischung oder Imprägnierung zeigte keine ausreichenden Ergebnisse, um hier ebenfalls eine Hochskalierung durchzuführen. Am IVB wurde im letzten Projektteil der Prototyp eines CWS konstruiert und an einem Motorprüfstand vermessen. Es zeigte sich, dass die Energiefreisetzung langsamer und unvollständiger ablief als erwartet, sodass das Aufheizen des Katalysators in den Versuchen nicht unterstützt werden konnte. Zurückzuführen ist dies vermutlich auf Limitierungen des Stofftransports. Die Regeneration des Speichermaterials gestaltet sich aufgrund der langsamen Reaktionskinetik bei der Rückreaktion als schwierig. Für eine vollständige Rückreaktion sind über einen langen Zeitraum hohe Abgastemperaturen erforderlich. Für den zukünftigen Einsatz sollte eine Stoffpaarung mit geringerer Gleichgewichtstemperatur ausgewählt werden. Ferner sollte der Wärmeübergang zwischen Speichermaterial und Wärmetauscher durch geeignete Maßnahmen verbessert werden. Bei der Energiefreisetzung ist eine detaillierte Analyse des Stofftransports vonnöten.
Weiterhin ist die Kenntnis der Reaktionskinetik erforderlich. Die Wärmefreisetzung sollte mit Hilfe von CRFD-Simulationen berechnet werden.