Thermische Kälteerzeugung: Die Zukunft der industriellen Energieeffizienz und Abwärmenutzung.
In Zeiten steigender Energiekosten und strenger Klimaziele gewinnt die industrielle Kälteversorgung an Bedeutung. Weltweit werden etwa 17 % des jährlich produzierten Stroms für die Kälteerzeugung verwendet, was einen CO2-Ausstoß von etwa 2,24 Gt CO2e/a (6 % der weltweiten Emissionen) verursacht. Adsorptionskältemaschinen (AdKM) bieten hier eine zukunftsweisende Lösung, indem sie ungenutzte Prozessabwärme direkt in nachhaltige Kälte umwandeln. Damit senken Unternehmen nicht nur ihre Betriebskosten, sondern leisten einen aktiven Beitrag zur Dekarbonisierung ihrer Produktion.
Wie funktioniert Adsorptionskühlung physikalisch?
Die Adsorptionskältemaschine (AdKM) operiert auf Basis eines thermochemischen Prinzips, das vollständig auf den Einsatz mechanischer Verdichter verzichtet. Der Prozess stützt sich auf die wechselseitige Adsorption und Desorption von Wasserdampf an einer festen, porösen Oberfläche – typischerweise Silicagel oder Zeolithe.
Im Verdampfer wird Wasser unter Vakuumbedingungen bei niedrigen Temperaturen zwischen 8 °C und 15 °C zur Verdampfung gebracht, wobei die entstehende Verdampfungswärme dem zu kühlenden Medium entzogen wird. Der entstehende Wasserdampf wird anschließend vom Adsorbens im Adsorber gebunden, wodurch ein kontinuierlicher Unterdruck im Verdampfersystem aufrechterhalten bleibt. Zur Regeneration des mit Wasserdampf gesättigten Adsorbens wird externe Antriebswärme (zwischen 55 °C und 90 °C) zugeführt. Dies treibt das Wasser aus dem Sorptionsmittel aus, welches im Kondensator verflüssigt wird, sodass der Kreislauf von Neuem beginnen kann. Ein wesentlicher physikalischer Vorteil dieses Prozesses ist die thermische Verdichtung, bei der Wärme auf einem mittleren Temperaturniveau frei wird, die über ein Rückkühlsystem abzuführen ist. Da der Verdichtungsprozess thermochemisch erfolgt, sind keine beweglichen Teile in den Modulen nötig, was für extreme Robustheit sorgt.
Adsorption: Wasserdampfmoleküle werden von einem Adsorbens (z. B. Silicagel oder Zeolith) gebunden. Durch diesen Bindungsvorgang entsteht Unterdruck, der Wasser im Verdampfer zum Sieden bringt und so Kälteleistung erzeugt.
Desorption: Das gesättigte Adsorbens wird durch Zufuhr von Antriebswärme (Drive Heat zwischen 55 °C und 90 °C) getrocknet, um den Kreislauf zu schließen.
Nachhaltigkeit durch natürliche Kältemittel
Anders als bei klassischen Kompressionskältemaschinen ist das Kältemittel in Adsorptionsanlagen reines Wasser. Mit einem GWP-Wert (Global Warming Potential) von 0 ist es die umweltfreundlichste Alternative zu synthetischen Kältemitteln mit hohem Treibhauspotenzial. Zudem spart der Prozess bis zu 90 % des elektrischen Stroms im Vergleich zu konventionellen Anlagen ein.
Kopplung von Druckluftabwärme und Prozesskühlung
AdKM entfalten ihr Potenzial durch die Integration in bestehende industrielle Infrastrukturen, wie etwa bei Druckluftkompressoren. Bis zu 75 % der eingesetzten Energie in einem Kompressor gehen als Abwärme verloren; diese lässt sich zur Erzeugung von Prozesskälte nutzen, was die Gesamteffizienz der Anlage signifikant steigert.Effiziente Kälteerzeugung ganz ohne mechanischen Verdichter: So funktioniert das thermodynamische Prinzip der Sorptionskälte.
80 % der elektrischen Energie in Druckluftanlagen eingespart werden.
Technische Spezifikationen und Systemauslegung
| Leistungsmerkmal | Wert / Bereich |
| Antriebstemperatur | 55 °C – 90 °C |
| Kaltwassertemperatur | 8 °C – 19 °C |
| Thermischer COP (Thermal COP) | bis 0,58 |
| Elektrischer EER | bis 30 |
| Kälteleistung | 10 kW – 600 kW |
Skalierbare Lösungen: HybridChiller und Kaskadierung
Für hohe Leistungsanforderungen können SorCool-Aggregate einfach kaskadiert werden. Ergänzend dazu bieten HybridChiller die Kombination aus Adsorptionskälte und moderner Kompressionskältetechnik (mit Propan R290), um bei schwankender Abwärme stets eine präzise Klimatisierung zu gewährleisten.
