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»Eine kleine Revolution«

Hochporöse Beschichtungen für thermische Kühlanlagen und Wärmepumpen

5. Juni 2014, 9:32 Uhr | Corinne Schindlbeck

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE haben Bauteile mit hochporösen metallorganischen Gerüstverbindungen (Metal Organic Frameworks/MOFs) beschichtet. Das soll die Leistungsfähigkeit beim Kühlen oder Heizen steigern und die Geräte deutlich kompakter machen.

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MOFs haben die höchsten inneren Oberflächen aller bisher bekannten Materialien, typischerweise bis zu 4000 Quadratmetern pro Gramm. Sie können bis zu 1,4 Gramm Wasser pro Gramm Material binden und bestehen aus einem Metallkomplex und einem organischen Teil. Dr. Stefan Henninger, Leiter der Gruppe Sorptionsmaterialien am Fraunhofer ISE: »Sie sind modular einsetzbar wie Legobausteine – man kann damit z. B. solare Kühlanlagen oder kompakte thermische Wärmepumpen ausrüsten.«

Bisher wurden die Stoffe nur als Schüttung verwendet. Nun hat das Fraunhofer ISE zwei zum Patent angemeldete Verfahren entwickelt, durch die verschiedene MOFs oder andere Adsorbentien z.B. auf Wärmetauscherstrukturen aufgebracht werden können.
So arbeiten viele Verfahren zur Entfeuchtung von Luft oder anderen Gasen mit Sorption, der Anlagerung von Wasserdampf an die inneren Oberflächen. Dabei entsteht Wärme, die genutzt werden kann oder abgeführt werden muss. In einer Schüttung aus MOF-Granulat ist die Wärmeleitung stark behindert und damit die Geschwindigkeit des Prozesses stark limitiert. Wird das MOF-Material hingegen in einer dünnen Schicht auf Metalllamellen aufgebracht, vervielfacht das die Wärmeableitung und damit die Leistungsfähigkeit des Geräts. Waren bis heute thermisch angetriebene Wärmepumpen so groß wie Gefrierkombinationen, könnte zukünftig die Wandmontage wie bei einer kompakten Gastherme möglich sein.

Nicht nur im Gebäudebereich, auch in anderen Anwendungsfeldern, wo reversibel chemische oder physikalische Reaktionen mit Wärmeumsatz ablaufen, bedeutet das neue Beschichtungsverfahren laut ISE »eine kleine Revolution«. Chemische Prozesse etwa verwenden oft Katalysatoren mit großen inneren Oberflächen. Hier können durch Beschichtungen mit MOFs oder anderen porösen Materialien wie Zeolithe auf gut wärmeleitenden Trägerstrukturen der Durchsatz oder die Konstanthaltung der Temperatur verbessert werden.