Weniger Kohlenstoff, mehr Kälte: Neuartiger Kühlansatz nutzt PCMs zum Einfrieren und Kühlen verderblicher Waren

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Eine vom Oak Ridge National Laboratory entwickelte Technologie ermöglicht es, Lebensmittel mithilfe von Phasenwechselmaterialien (PCMs) gekühlt zu halten und gleichzeitig den Kohlendioxidausstoß um 30 % zu reduzieren.

Mehr als 100 Millionen Haushaltskühlschränke in den Vereinigten Staaten verbrauchen täglich bis zu 2 Kilowatt Strom. Diese Kühlschränke tragen zum Energieverbrauch und zu den Kohlenstoffemissionen bei, da sie Kompressoren verwenden, die Tag und Nacht ein- und ausgeschaltet werden und Kühlmittel durch Verdampferschlangen pumpen, um niedrige Temperaturen in den Frisch- und Gefrierfächern aufrechtzuerhalten.

Die Innovation von ORNL nutzt moderne Verdampfer mit in jedem Fach installierten PCMs zur Speicherung kalter Energie. PCMs sind zum Heizen und Kühlen nützlich, da sie beim Übergang von Feststoffen zu Flüssigkeiten oder umgekehrt Energie speichern und freisetzen. Die Forscher verwendeten poröse Metalle, Direktkontakt-Abtautechnologie und ein Kühlmittel mit geringem Treibhauspotenzial, um die Leistung zu verbessern und die Umweltbelastung zu minimieren.

„PCMs sind mit Verdampferschlangen integriert, um die Temperatur konstant zu halten. Sie erfordern einen Betriebszyklus und ermöglichen es Kühlschränken, nachts, wenn der Energieverbrauch geringer ist, fast zu 100 % zu arbeiten“, sagte Zhiming Gao vom ORNL. „Das reduziert den Strombedarf, spart Kosten und sorgt für eine hohe Effizienz.“

Erfahren Sie mehr über diese Technologie:

Neuartiger effizienter Kühlschrank mit Kälteenergiespeicher ermöglicht Bedarfsflexibilität

Haushaltskühlschränke verbrauchen normalerweise 1,5 bis 2,0 kWh Strom pro Tag. In US-Haushalten sind über 100 Millionen Kühlschränke im Einsatz, was zu einem erheblichen Primärenergieverbrauch und CO2-Emissionen führt. Bei dieser Technologie handelt es sich um einen neuartigen Haushaltskühlschrank, der moderne Verdampfer mit Phasenwechselmaterial (PCM) zur Langzeitspeicherung kalter Energie, PCM-Wärmeleitungsverbesserung durch Metallschaummaterial, Direktkontakt-Abtautechnologie und ein alternatives Kühlmittel mit geringem Treibhauspotenzial (GWP) verwendet, was eine Effizienzsteigerung von über 20 % und eine Spitzenlastverschiebung ermöglicht.

Beschreibung

Bei dieser Technologie handelt es sich um einen neuartigen Kühlschrank, der 100 Millionen derzeitige Kühlschränke in den USA ersetzen soll. Er verwendet fortschrittliche Verdampfer mit langfristiger Kälteenergiespeicherung auf Basis von Phasenwechselmaterialien (PCM), eine verbesserte Wärmeleitung von PCM mithilfe von Metallschaummaterial, Direktkontakt-Abtautechnologie und ein alternatives Kühlmittel mit geringem Treibhauspotenzial (GWP), um eine flexible Lastbedarfssteuerung und eine Verbesserung der Transformationseffizienz um über 20 % zu erreichen. Dadurch können die CO2-Emissionen um 30 % gesenkt und die Lastverlagerung vom Tag- auf den Nachtbetrieb um fast 100 % verschoben werden. Das PCM basiert auf organischen Stoffen und kann in Verdampfer-Spulen integriert werden und die Temperatur für frische und gefrorene Lebensmittel konstant halten. Im Gegensatz zur derzeitigen Technologie, die sich den ganzen Tag über wiederholt an- und ausschaltet, ist nur ein Ein- und ein Ausschaltzyklus erforderlich. Der Ersatz aller herkömmlichen Kühlschränke in Privathaushalten und Geschäftsgebäuden durch den vorgeschlagenen neuartigen Kühlschrank würde bis zu 167 TBtu Primärenergie einsparen und die CO2-Emissionen um 7,2 Millionen Tonnen reduzieren. Dieser Ersatz würde einen reibungslosen Übergang zur Erreichung der ehrgeizigen Ziele von Netto-Null-Kohlenstoffemissionen bis 2050 direkt unterstützen und gleichzeitig Millionen von Arbeitsplätzen im Bereich saubere Energie schaffen. Darüber hinaus ermöglicht die Lastverschiebungsfunktion des neuartigen Kühlschranks, dass landesweit etwa 0,7 bis 1,0 Prozent des tagsüber benötigten Strombedarfs auf den Nachtbetrieb verlagert werden können.

Vorteile

• Nachhaltig, erreicht 30 % weniger Kohlendioxid-Emissionen
• Durch Effizienzsteigerung wird der Energiebedarf um mehr als 20 % gesenkt
• Nahezu 100%ige Lastverschiebung vom Tag- zum Nachtbetrieb, das spart Energie und Kosten
• Hilft, das Ziel von Netto-Null-Kohlenstoffemissionen bis 2050 zu erreichen

Anwendungen und Branchen

• Kühlung, privat und gewerblich
• Transportkühlung

FORSCHER: Zhiming Gao, Kashif Nawaz. Mingkan Zhang

Bilder und Artikel mit freundlicher Genehmigung von ORNLUS-Energieministerium