LEIBNIZ-INSTITUT für interdisziplinäre Studien e. V. (LIFIS) 11th LEIBNIZ CONFERENCE OF ADVANCED SCIENCE – Solarzeitalter 2011 – 12 - 13. Mai 2010, Lichtenwalde Lutz - Günther Fleischer Reflexionen zur ambivalenten Stellung der Wärme in der Energetik 1 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz-Günther Fleischer Energie Physikalische Kategorie, die alle Eigenschaften von Zuständen und Prozessen beschreibt, die einer ARBEIT äquivalent sind, d.h. mit ihr identisch, ihr gleich, proportional oder auf sie rückführbar. Energien sind als ENERGIEANTEILE wegunabhängige Zustandsgrößen und als ENERGIEFORMEN wegabhängige Prozessgrößen. L.-G. Fleischer LEIBNIZ-INSTITUT für interdisziplinäre Studien e. V. (LIFIS) . Energie ist ein fundamentaler, die Physik strukturierender, ihre Teilgebiete dennoch verbindender, über die Persistenz der Physik universalisierter, anschaulicher Begriff. Sie ist mengenartig, hat einen extensiven Charakter. Für die Gesamtenergie U+Ekin. gilt naturgesetzlich ein Erhaltungssatz. Energie und Entropie sind „competitors“ - competing inclusiv qualities – in der metaphorischen Rolle von ‚Buchhalter und Direktor‘ (R. Emden) und beide eng mit der absolutenTemperatur T verbunden.(Triade) Das Entropieprinzip, der zweite Hauptsatz repräsentiert „ein allgemeines Naturgesetz, für alle bekannten physikalischen und chemischen Prozesse gültig“ (MAX PLANCK „Über den 2. Hauptsatz der mechanischen Wärmetheorie“, Dissertation 1879) „Der allgemeine Lebenskampf … ist ein Kampf um die Entropie“ (LUDWIG BOLTZMANN) A LLE OFFENEN, STRUKTUR- UND FUNKTIONSSTABILEN SYSTEME (DIE LEBEWESEN EXPONIERT) SIND ‚NEGENTROPEN‘, SIE IMPORTIEREN FREIE ENERGIE/EXERGIE UND EXPORTIEREN IM DYNAMISCHEN GLEICHGEWICHT MENGENGLEICH ENTROPIE. 3 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz-Günther Fleischer „ LEIBNIZ-INSTITUT für interdisziplinäre Studien e. V. (LIFIS) Die Thermodynamik ist als Wärmelehre eine klassische, phänomenologische „ Theorie, zu deren Verständnis insbesondere die Begriffe Temperatur und Wärme (gedanklich gelegentlich mit Entropie substituiert - Fl.) eingeführt werden müssen“ … „Sinnvoll definierbar sind sie nur für makroskopische Viel–Teilchen-Systeme“ (Wolfgang Nolting: Theoretische Physik) . Dazu bedarf es der statistischen Thermodynamik. Die axiomatische, klassische Thermodynamik bildet einen strukturell und funktionell .+ charakteristisch vernetzten , ganzheitlichen‚ Organismus‘ ohne natürlichen Anfang. „Es ist ungeheuer schwierig, den Begriff der Wärme im Rahmen der phänomenologischen Thermodynamik mit einem hinreichenden Maß an logischer Exaktheit einzuführen. …In der (phänomenologischen )Thermodynamik bleibt es gewissermaßen bei einem gefühlsmäßigen Selbstverständnis dieses Begriffs“ (Wolfgang Nolting: Theoretische Physik) . Historisch und aktuell resultieren daraus zahlreiche Irrtümer, Ungereimtheiten und, Widersprüche im Begriffssystem (z.B. Wärmekapazität, latente und sensible Wärme, Wärmespeicher, kalorische Zustandsgröße, Wärmestrahlung…) sowie in der Metrologie und der Interpretation der Entropie. 4 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz-Günther Fleischer LEIBNIZ-INSTITUT für interdisziplinäre Studien e. V. (LIFIS) Wärme - Energieform, transiente (nicht permanente) physikalische Prozessgröße đQ, Q12. . Masseloser Transport bei der Leitung in Festkörpern (gekoppelte Molekül-Schwingungen und Elektronenensemble in Metallen) Exponierte Energieform, im breiten Temperaturintervall TK bis TH ,genutzt als, zunehmend eingesetzte Klimatisierungskälte, Prozesskälte, Raumwärme, Prozesswärme,, Warmwasser, Heißwasser. Kälte ist Wärmeentzug zum Erreichen und Erhalt der Kühltemperatur TK Transport aufgrund von dT, ΔT, gradT (Triebkraft), thermisches Gleichgewicht heißt dT=0 . Phänomene: conduction.; convection.; radiation.: Wärmeleitung, -übergang, -durchgang, ‚Wärmestrahlung‘ (eigentlich elektromagnetische Energie E=hυ, υ: 3 1011 - 4 1014 Hz, 1333 Oktaven, Struktur nach Frequenzen und Temperaturen: IR-A, 780-1400 nm, IR-B 1400-3000nm, NIR 3700K. MIR- irdische Temperaturen 1000-60K, IR-C 50 103 -106nm, FIR kosmische 3 K-Strahlung) Wenn die Energie und die Entropie als extensive Grundgrößen in die Thermodynamik eingeführt werden, definiert sich die absolute Temperatur als abgeleitete Größe: ∂u ∂U T= = ∂S V, m k ∂s v, n k dUth.= T đS = T đeS +T điS = đQrev.+ TΣskđenk + đWdiss. +Σμk đink Die infolge der Irreversibilitäten unvermeidbar dissipierte Energie đWdiss. Wdiss,12.wirkt ebenso wie eine Wärmemenge gleicher Quantität. ( e-extern, i-intern) 5 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz-Günther Fleischer LEIBNIZ-INSTITUT für interdisziplinäre Studien e. V. (LIFIS) Wärmetransportphänomene Transportgröße Modus (a) Leitung (cond.) jh ,a [W · m-2] X h ,a L h ,a − λ ⋅ ∇T 1 1 ∇ = − 2 ∇T T T α ⋅ ∆T Konvektion (conv.) Strahlungswechselwirkung von Körpersystemen (rad.) ∆T := T″ – T′ , α= T″ > T′, ε12ϕ12σ max ∆T 4 α rad. ⋅ ∆T 4 T1 > T2 , σ S, h 2 λ⋅T 2 1 đ iS ∇T = λ V dt T 1 ∆T T2 α⋅T 2 1 đ iS ∆T = α A dt T 1 ∆T 4 5 T α rad. ⋅ T 5 ( 2 1 đ iS ∆T 4 = α rad. A dt T5 ) 2 Tm = [ 1 (T13 + T12 T2 +T1T22+ T23)]⅓ 4 λ Fluid δ h (Strömungsverh.) Wärmeübergangskoeffizient (W m-2 K-1) α rad. = ε12 ϕ12 σ max Wärmestrahlungskoeffizient (W m-2 K-4) ϕ12 – mittlerer Winkelkoeffizient (A1/A2) ε12 – resultierendes Emissionsverhältnis -8 -2 -4 σ max = 5,6705 · 10 Wm K Stefan-Boltzmann-Konstante 6 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz-Günther Fleischer LEIBNIZ-INSTITUT für interdisziplinäre Studien e. V. (LIFIS) Exergie - (εξ-εργoν) arbeitsfähige (freie, unbeschränkt wandelbare) Energie von Systempaaren, Ganzheiten Ε = {Σ,ΣU}, unter reversiblen (quasistatischen) Bedingungen beim Potenzialausgleich intensiver Zustandsgrößen (Γj ,wie T, p, μ) eines „Kernsystems“ Σ (Teilsystem unterschiedlichster physikalischer und chemischer Struktur) und dem mit ihm stofflich, energetisch sowie informationell interagierenden Referenzsystem ΣU (Reservoir quasi unendlicher Extension bzw. einer Umgebung mit festliegenden - natürliche Umgebung- oder zweckmäßig festgelegten –Modellumgebung intensiven Parametern Γj,u = const). maximal gewinnbare bzw. beim Potenzialaufbau minimal aufzuwendende technische Arbeit. Die Exergie verbindet als Qualitätsmaß der Energien den 1. und 2.Hauptsatz. Exergie = Energie – Anergie Fundamentale natur- und technikwissenschaftliche, mit ökonomischen Kategorien kombinierbare Zustandsgröße 2.Art (totales Differenzial). 7 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz-Günther Fleischer LEIBNIZ-INSTITUT für interdisziplinäre Studien e. V. (LIFIS) Exergie der thermischen Energie đQrev. = TU T − TU đQrev. + đQrev. T T Energie = Exergie E(Q) = + Anergie T − TU T đQ = ∫ 1 − U đQ , T T ∫ đ Q j h ,i = − dAidt (1) B(Q) = ∫ TU đQ T (2) Vektorkomponente i der Wärmestromdichte h (heat), dAi – gerichtetes Oberflächenelement Die im Allgemeinen orts- und zeitabhängigen Wärmeströme sind hinsichtlich der Transportmodi additive Leitungs-, Konvektions-, Strahlungsphänomene j h ,ges. = j h ,cond.+ j h ,conv.+ j h ,rad. , T − TU j e , therm.= T jh j h ,rad. unterliegt außer der Orts- und Zeitabhängigkeit den für elektromagnetische Strahlung typischen spektralen Verteilungen. Die Temperatur der IR-Strahlung (Temperaturstrahlung) ist gleich der Temperatur des Körpers, mit dem sie im thermischen Gleichgewicht steht. Temperaturintervall natürlicheer Phänomene : 3 K ≤ T ≤ 2 · 104 K. Die solar induzierte jahresmittlere Exergiestromdichte liegt in Deutschland – abhängig von der geografischen Breite – zwischen 90 W/m2 und 140 W/m2 8 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz-Günther Fleischer LEIBNIZ-INSTITUT für interdisziplinäre Studien e. V. (LIFIS) . 9 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz-Günther Fleischer LEIBNIZ-INSTITUT für interdisziplinäre Studien e. V. (LIFIS) Gibbs’sche Fundamentalgleichung (GFG) Synthese des Energie- und Entropiesatzes charakteristische Funktion (enthält alle Aussagen der Thermodynamik zu dem Gleichgewichtssystem) beschreibt reversible (quasistatische) Prozesse GFG in der Energiedarstellung U = U (S, V, mk); U = U (S, li, mk) (mit zusätzlichen Arbeitkoordinaten li) U = U (Pj) (generalisiert) dU = TdS – pdV + Σµkdmk = Σ Γj dPj U = TS + Σ Li li + Σµk mk = Σ Γj Pj (1) (Energieformen) (2) (Energieanteile) (3) (Erhaltungssatz) veralgemeinerte Euler-Gleichung dU = TdS + Σ Li dli + Σµk de mk + Σ μ k di nk = Σ Γj dPj dUges. = dU + dEkin = m(du + wdw ) = const. (Gesamtenergiebilanz für den differentiellen Zeitbereich dt eines ruhenden Systems) dS = đeS + điS = dQ T + Σsk de mk + điS ∂ (ρ ⋅ h ) = − div jh + σ h ∂t 10 (4) (Entropiebilanz) (5) (lokale Enthalpiebilanz) Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz-Günther Fleischer LEIBNIZ-INSTITUT für interdisziplinäre Studien e. V. (LIFIS) Explizite Bilanzen • Differentielle Zeitbereichsbilanzen der ENERGIE (U) dU = TdS – pdV + Σµkdmk dU = đQ – pdV + Σhkđemk + Σ μ k đink • Differentielle Zeitbereichsbilanzen (dt) der EXERGIE (Mo) der inneren Energie lokal (für Dichten der Zustandsfunktionen ∆Z Z V : = lim = ρz = c ⋅ z ) ∆V ∆V →0 dMoV = (T – TU)dSV – (p – pU) + Σek·ρ·đeξk + Σ (μ global (für Z = ∫ Z V (V ) dV = m ⋅ z = n ⋅ z k ) − μ k , U c đi x k ) dMo = (T – TU)dS – (p – pU)dV + Σ (µk – µk,U)dmk [ ] T − TU ( p − p U ) dV + Σ h k − h k , U − TU (Sk − Sk , U ) đemk + Σ(µk − µk , U )đi nk dMo = đQrev. − T đW t,rev. dMo = đeMo + điMo = 11 T − TU T ek đQrev. + đWt,rev. + Σekđemk + Σ(μ k − μ k, U ) đink – TUđiS Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz-Günther Fleischer LEIBNIZ-INSTITUT für interdisziplinäre Studien e. V. (LIFIS) Explizite Bilanzen Zeitpunktbilanzen ⇒ Strombilanzen (dt → 0)der EXERGIE der inneren Energie [Mo(tivity)] n dMo T − TU đ Q dV đ m = − (p − p U ) + Σe k e k + Σ(μ k − μ k, U ) đi k − TU бS dt dt dt dt T dt T − TU J mo = J h − (p − p U )J V + Σe k ⋅ J k − Σ(A r − A r , U ) ωr T ( Jj - Ströme) für jede Reaktion r gilt: A r : = − Σ ν k, r μ k, r (Affinität), (k ) νk,r – stöchiometrische Koeffizienten, ωr = dζ r 1 d i n k,r = [mol · s-1] (Reaktionsgeschwindigkeit) dt ν k,r dt ζr – Reaktionslaufzahl Irreversible (natürliche) Prozesse (TIP) ji = Σ LijXj ( ji - volumen- bzw. flächennormierte Stromdichten) ε = -TUσS = -Σ jiXi*, σS = Σ jiXi, 12 ε – lokale Exergieextermination, lokale Entropieproduktion: thermodynamische Kräfte: Xi* = TUXi kinetische Koeffizienten: бS ∆ji L ij = ∆X j ∆X ( k ≠ j) Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz-Günther Fleischer LEIBNIZ-INSTITUT für interdisziplinäre Studien e. V. (LIFIS) PRIMÄRENERGIE ηI GEBRAUCHSENERGIE ηI I NUTZENERGIE NATURGEGEBEN ANWENDERGERECHT PROZESSWIRKSAM VERMÖGENSENERGIE EINKOMMENSENERGIE ELEKTROENERGIE, CHEM. ENERGIE (S, L,V) THERMISCHE ENERGIE (L,V) ELEKTRISCHE, KINETISCHE, THERMISCHE ENERGIE 14.061 EJ (0.611) 8.585 EJ (Endenergie) Deutschland 2007 (AG Energiebilanzen) (ca. 0.512) ca. 4.402 EJ Einkommensenergien: primäre und sekundäre (Wind,Wasser,Biomasse) Sonnenenergie, Erdwärme, Erdrotation: Die optimale Gestaltung der Wandlungskette (E3) erweist sich als maßgebliche – gemessen am naturgesetzlich Möglichen – noch ungenügend ausgeschöpfte Quelle der komplexen Energie-Effizienz (Wirkkraft). Unter dem Aspekt der Effektivität (Wirkvektor) bedarf es gesellschaftlich gewichteter energiepolitischer sowie energietechnischer Gesamtziele und Teilziele in den NutzenAufwand-Verhältnissen, zielsicherer Stimuli, wie Zuschüsse, Zinsvergünstigungen, Einspeisevergütungen, Vorrangregelungen für die Einspeisung von Ökostrom, Abnahmegarantien und ‚nachhaltiger‘ politischer Entscheidungen. In der Energetik werden bisher die direkte Inanspruchnahme des Wasserdargebotes und die aufgewendeten Mengen virtuellen Wasser ungenügend beachtet . 13 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz-Günther Fleischer LEIBNIZ-INSTITUT für interdisziplinäre Studien e. V. (LIFIS) Entwicklung des Energiebedarfs bei der Rübenzuckerproduktion in Deutschland 8000 Energiebedarf in kWh/t Zucker 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 Jahr Primärenergiebedarf Spezifischer Elektroenergiebedarf x 5 Ein überzeugender energieökonomischer Beleg für die Technologieführerschaft Quelle: IPRO 14 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz-Günther Fleischer LEIBNIZ-INSTITUT für interdisziplinäre Studien e. V. (LIFIS) Wenn die Energiepolitik verstärkt auf erneuerbare Energien (RE, EE) setzt, dann sind zentrale und dezentrale hierarchische und heterarchische Netze/Speicher wegen der dezentralen Einspeisung, der volatilen Fluktuationen und der zeitlichen Divergenzen, der Nichtübereinstimmungen zwischen den Bedarfs- und Deckungsbilanzen, wichtig. Nachhaltige prospektive Orientierung für Subsysteme mit erneuerbaren Energien, Systemverbünde, Vefahrenskopplungen, Gewichtung der Effektivität (Wirkvektor, ‚das Richtige tun‘) und Effizienz (Wirkkraft, Wirkungsgrad, ‚das Richtige ‚bestmöglich tun‘). Erneuerbare Energien sind vorwiegend intermittierende PE, optimale Konversion /Transformation in GE (Elektroenergie, Raum- und Prozesswärme, Kälte Agrotreibstoffe /kraftstoffe) oder direkt in NE nötig. Nutzung primärer Sonnenenergie (Solarkonstante 1370 W / m2 ) ) über photothermische, photovoltaische, photochemische, photoelektrochemische Transformationspfade (1.6 % Solarthermie, 1.1 % Photovoltaik), ca. 90% im Spektralbereich λ 0,1 bis 1 Mikrometer) Nutzung sekundärer Sonnenenergie: Wind- (15.3 %) und Wasserkraft (9.9 %), Biomasse (42.1% Brenn-, 20.2 % Kraftstoffe, 8.8 % Strom) , Nutzung der Erdrotation- Gezeiten,Geothermie (1%). In Klammern stehen die Anteile an den 8 % der RE für GE 2007. Steigende Inanspruchnahme der RE in Deutschland: 2004 3.6 % am PE-Verbrauch, 2006 5.4 %, 2007 6,6 % ,2010 12%, Ziel: 2020 16% 15 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz-Günther Fleischer LEIBNIZ-INSTITUT für interdisziplinäre Studien e. V. (LIFIS) • Die Zielenergie der 2. Wandlungsstufe ist prozesswirksame Nutzenergie NE (kinetische Energie, thermische Energie bei unterschiedlichen Temperaturen - mit lokalen Maxima bei 1400-1500 °C(396 PJ), 800-900°C(151 PJ), 100-200°C(280 PJ), bis 100°C(208PJ) - Kälte, elektromagnetische Strahlung). Die Mengen, Temperaturen und Exergien bieten Ansatzpunkte für regenerative Nutzungen, Einsatz von Wärmepumpen, Verstromung…. • Die energieökonomische Optimierung im Energiemix betrifft hinsichtlich des Wirkungsgrades ηI alle regenerativen Energien und Systemwirkungsgrade, exponiert solare Versorgungssysteme vor allem wegen der mäßigen Energiedichte UV und der zeitlichen sowie lokalen Disproportionen zwischen den Bedarfs- und Deckungsbilanzen. Die kooperative bzw. competetive stoffliche und/oder energetische Nutzung von Biomassen – solarer Wirkungsgrad (1 bis 2,4)·10-2 – (insbesondere von Agroprodukten als Lebensmittel/Agrotreibstoffe) erfordert über die Wirtschaftlichkeit hinausgehende politische und sozioökonomische Entscheidungen. • Der metabolischen Nutzung agrarischer Biomasse gebührt das absolute Primat. Bei einer sehr großen globalen Differenzierung beträgt die deutlich wachsende, durchschnittliche, nicht metabolische Leistungsaufnahme eines Weltbürgers gegenwärtig ca. 2250 W/Einwohner– bei einem fast konstanten mittleren biotischen (metabolischen) Leistungsbedarf ( mit ernährungsphysiologisch genauer stofflicher Spezifikation) von 120 W/Einwohner. 16 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz-Günther Fleischer LEIBNIZ-INSTITUT für interdisziplinäre Studien e. V. (LIFIS) 17 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz-Günther Fleischer LEIBNIZ-INSTITUT für interdisziplinäre Studien e. V. (LIFIS) Die Vielfalt und Funktionsweise vorwiegend dezentraler solarer Energiesysteme bedürfen der weitgehend ganzjährigen (Ideal:8760 h) Leistungsabsicherung über dezentrale (darunter autarke) und hybride zentrale Systeme: vermaschte Netze zum Erfassen und Verteilen der Energie sowie effektiver Speichertechnologien. Die Erforschung und Entwicklung leistungsfähiger und kostengünstiger Energiespeichertechniken hoher Energiedichten UV, HV bilden – noch vor dem Netzausbau im Nieder-, Mittel- und Hochspannungsbereich - angesichts der zeitlichen Verfügbarkeit (Nutzungsstunden) regenerativer Energien (RE,EE) in Deutschland (vor allem solar, direkt und indirekt) für deren umfassendere und effektivere Nutzung eine wesentliche Bedingung. Verfügbarkeit: Nutzungsstunden über Solarthermie (ca. 1600 h/a), über Photovoltaik (ca. 790 h/a), von Windenergie (ca. 1740 h/a), von Wasserkraft (ca. 5000 h/a),von Geothermie und als Integrator Biomasse (8760 h/a). 18 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz-Günther Fleischer LEIBNIZ-INSTITUT für interdisziplinäre Studien e. V. (LIFIS) Die Weiterentwicklung und der Aufbau von Energiespeichern für STROM- und ‚WÄRME‘ (thermische Energie TS) sind essenziell für den Ausgleich der divergierenden Bedarfs- und Deckungsbilanzen in der Ebene der PE und GE. Thermische Energie lässt sich weitaus effizienter und kostengünstiger speichern als Elektroenergie und ist energietechnisch präferiert. Kriterien für die Auswahl: •Speicherkapazitäten und -energiedichten •Speicherwirkungsgrade, •Speicherdauer •Speicherbe- und entladezeiten •spezifische Speicherkosten •gesellschaftliche Akzeptanz (siehe z.B Trassierung von Leitungen und Errichtung von Pumpspeicherwerken, Standortwahl von Windanlagen, Kohlendioxidspeichern und adiabatischen Druckluftspeichern in unterirdischen Kavernen) 19 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz-Günther Fleischer LEIBNIZ-INSTITUT für interdisziplinäre Studien e. V. (LIFIS) Speichertypen: •Nutztemperaturniveau im Nieder-, Mittel-, Hochtemperaturbereich, •Kurz- und Langzeitspeicher, •atmosphärische Speicher, druckbehaftete Speicher für Heizmittelkreisläufe, Kältemittelkreisläufe, Trinkwassererwärmung (kleine Volumina ca. 5 m3). •thermodynamische Wirkprinzipien der Speicherung Erforschung und Entwicklung leistungsfähiger Energiespeichertechniken mit hohen volumenbezogenen Energiedichten UV J/m3 , generell: ZV= originär ρ= • Z= m z= V ZV Z extensive Zustandsgröße, ZV Eigenschaft eines Massepunktes(Feldgröße) speziell: UV = ρ u, 20 HV= ρ u + p , T SV= T ρ s , EV= ρ ( h – TU s) Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz-Günther Fleischer LEIBNIZ-INSTITUT für interdisziplinäre Studien e. V. (LIFIS) Wirkprinzipien der Speicherung 1.thermische Energie thermophysikalische Speicherung: ‚sensibel‘ - Wasser, synthetische Öle, Salzschmelzen, Beton, Erdsonden, ΔH=m cpΔT (ΔT= T-TU ) mit herausragenden thermo- und fluiddynamischen bzw. Festköper- Eigenschaften, effizienzsteigernde Volumina gefragt: 500 -10 000 m3, optimierte Außen-Wärme-Dämmung bis Superisolationsmaterialien. Problem: Investkosten vermindern, Thermostabilität. ‚latent‘- PCM, vor allem s,l : Wassereis, Trockeneis, Paraffine (ev. mikroverkapselt), Salzhydrate (ev. makroverkapselt in Kunststoffen, Folienbeutel), Versuche mit PCM-Suspensionen l,v wegen Δρ technisch sehr schwer beherrschbar . Probleme: Zyklenstabilität, Phasenseparation, Unterkühlung der Schmelzen, Materialkosten, Verbundmaterialien mit größerem λ und cp, gefragt, Konstruktion der aktiven Flächen für die Wärmeübertragung, Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik. 21 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz-Günther Fleischer LEIBNIZ-INSTITUT für interdisziplinäre Studien e. V. (LIFIS) thermochemische Speicherung: hohe Speicherdichten UV , HV , SV , EV näherungsweise reversible chemische Konversion und Absorption insbesondere von Feuchtigkeit in Gelen (z.B Silikagel) und extrem porösen Strukturen (Zeolithe, Aktivkohle...) – Physi- und Chemosorption,. Dissoziationsreaktionen mit großem Molzahldifferenzen der Produkte und Edukte - ΔS. Problem: Steuerung, Regelung, Systemintegration, eng begrenzte Auswahl von Reaktionen. 22 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz-Günther Fleischer LEIBNIZ-INSTITUT für interdisziplinäre Studien e. V. (LIFIS) 2. chemische, elektrochemische Energie Wasserstoff, Biomasse als Integrator, Erdgassubstitut - SNG, (SNG - Substitute Natural Gas – aus der katalytischen Konversion von H2 (Oxyfuelkraftwerke) mit CO2 ) Vorteile: Transport und Einsatz in weit gehend vorhandenen Anlagen, hohe Energiedichten, Kompatibilität stofflicher und energetischer Nutzungen. 3.Potenzielle, mechanische Energie Pumpspeicherwerke ΔUpot.= m g Δx3 , adiabatische Druckluftspeicher (CAES) , PV=H-U, Schwungradspeicher. Alle Varianten haben spezifische Vor- und Nachteile und bedürfen bestimmter technologischer Konditionen (Betriebssicherheit, Kopplungsfähigkeit, Kompatibilität, Zyklenstabilität, Toxizität und Korrosivität der Speichermedien, Laufzeiten, Transporteigenschaften, Exergieniveau, wie Nutztemperaturniveau) sowie geographischer, geologischer, ökologischer (Umweltverträglichkeit, Nachhaltigkeit) Voraussetzungen. 23 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz-Günther Fleischer