ORCent Dampfexpansionsmotor | Neue Arbeitsfluide zur Nutzung industrieller Abgase (Heft 30)

An der Schnittstelle zwischen Forschung und Fernwärmebranche übernimmt der AGFW |  Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e.V. durch die Bereitstellung der Ergebnisse von öffentlich geförderten Forschungsprojekten Verantwortung. Im Rahmen der Veröffentlichungsreihe „Forschung und Entwicklung“ werden branchenrelevante Abschlussberichte bereitgestellt.

Die in diesem Bericht zugrunde liegenden Arbeiten wurden mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) innerhalb des Förderkonzeptes „EnEff:Wärme“ mit dem Förderkennzeichen 0327436E gefördert und vom Projektträger Jülich (PtJ) betreut.

Das Projekt „Entwicklung neuer Arbeitsfluide für den ORCent Dampfexpansionsmotor zur Nutzung industrieller Abgase“ wurde von der Evonik Industries AG sowie der Schott AG durchgeführt und ist Bestandteil des Forschungsverbunds „EnEff:Wärme – ORC“ in welchem neben der Abwärmenutzung an BHKW`s, diversen Feldtests und Wärmetauscherentwicklungen auch Arbeitsfluide Gegenstand der Forschung waren.

Ausgangspunkt der Überlegungen zu den verschiedenen Vorhaben des Verbunds war der Bedarf, industrielle Abwärmeströme, die auf einem Temperaturniveau von 90 bis 200 Grad Celcius anfallen, energetisch sinnvoll zu nutzen. Im vorliegenden Teilvorhaben wurden neue, effiziente Arbeitsfluide für den ORCent Dampfexpansionsmotor von DeVeTec entwickelt. Das häufig verwendete Arbeitsfluid Ethanol beschränkt die Anwendung des Dampfexpansionsmotors auf Temperaturen von 250 Grad - während der Motor durch Weiterentwicklungen Abwärmeströme bis 450 Grad nutzen kann. Die im Forschungsvorhaben entwickelten Arbeitsfluide entscheiden maßgeblich über eine Verbesserung des Wirkungsgrades und damit über die Effizienz des Gesamtprozesses.

Im Projekt wurde im Grundlagenteil zunächst der Stand der Forschung und die Patentlage analysiert und ein Lastenheft für zukünftige Arbeitsfluide erstellt. Anschließend erfolgte die Identifikation und Auswahl potentieller Arbeitsfluide deren Stoffdaten im nächsten Schritt ermittelt wurden. Durch ein Screening konnten neun Fluide gefunden werden, welche die definierten Anforderungen in einem ausreichenden Maß erfüllen. Diese Medien wurden anschließend auf ihre thermische und zyklische Stabilität bei verschiedenen Temperaturniveaus und Versuchslaufzeiten analysiert. Diese Stabilitätsversuche wurden anschließend durch Korrosionsversuche und Dauerstabilitätsversuche ergänzt. Mit dem Fluid „ORCENT111“ konnte ein Arbeitsmedium gefunden werden, das bei einer Verdampfertemperatur von 130-150 Grad Celcius einen um mehr als 170 % erhöhten Wirkungsgrad erzielt. Somit können durch die Verwendung des ORC Dampfexpansionsmotors und diesem neuen Arbeitsfluid Abwärmequellen von 130 bis 150 Grad Celcius ökonomisch und ökologisch bestmöglich zur KWK-Stromerzeugung herangezogen werden.