Treffen der Interessengemeinschaft Eisbrei an der Hochschule Karlsruhe

Eisbrei als Energieträger

Die Idee, Eisbrei (ein pumpfähi­ges Wasser-/Eis-Gemisch) als Energieträger einzusetzen, ist nicht neu. Vor 20 Jahren wurde diese Technik in der Kältebranche bereits intensiv diskutiert und es entstanden seitdem auch eine ganze Reihe an Referenz­anlagen. Doch die Technik geriet etwas in Vergessenheit. Nur wenige Hersteller, Fachfirmen und Forschungseinrichtungen befassen sich in Deutschland noch mit dem Thema Eisbrei. Auf Initiative von Willy Löffler, Seniorchef der Firma Thermofin aus Heinsdorfergrund, und Prof. Michael Kauffeld, Institut für Kälte-, Klima- und Umwelttechnik an der Hochschule Karlsruhe, trafen sich am 16. Januar 2019 etwa 35 Interessierte, um sich über die Erzeugung und Anwendungsmöglichkeiten von Eisbrei zu informieren. Doch nicht nur der fachliche Austausch stand auf der Agenda, es wurde auch gemeinsam beraten, wie man die Eisbreitechnologie wieder beflügeln könnte.

Vorteile von Eisbrei

Im Zusammenhang mit der Energiewende in Deutschland steht bei Politikern und auch in den Medien meist die Strom­erzeugung, dessen Transport und Speicherung im Vordergrund. Dass thermische Speicher viel effektiver und sinnvoller sind als Batteriespeicher, wird viel zu wenig beachtet. So erzielen thermische Speicher lange Speicherzeiten und lassen lange Entnahmezyklen zu. Sie sind bedarfsgerecht in vielen Größen realisierbar, relativ preiswert, erlauben eine große Anzahl an Lade-/Entladezyklen und erzielen hohe Wirkungsgrade. Warmwasserspeicher haben zwar viele noch auf dem Schirm, auch wenn selbst diese Technik und ihre Anwendungsmöglichkeiten mehr Aufmerksamkeit verdient hätten, auf die kalte Seite hingegen schaut fast niemand. Hier wäre Eisbrei neben Kaltwasser- (Vorteil: uneingeschränkt pumpfähig) und klassischen Festeisspeichern (Vorteil: hohe Energiedichte) eine spannende Kälteträger- bzw. Kältespeicheralternative, die die Vorteile beider Systeme in sich vereint. Einsatzmöglichkeiten gäbe es viele: in Brauereien zur Bierkühlung, in Krankenhäusern und im Catering zur Lebensmittel- bzw. Speisenkühlung, in der Fi­schereiindustrie als Scher­beneis­ersatz, zur Gebäudekühlung, aber auch mit Flüssigeis beaufschlagte Luftkühler in Kühlräumen wären eine denkbare Alternative.

Methoden der Flüssigeiserzeugung

Üblicherweise wird Eisbrei mechanisch erzeugt, indem ein Schaber („Scraper“) Eispartikel vom gekühlten Rand eines Behälters abkratzt. Vom Prinzip her ist es die gleiche Methode, mit der man im Haushalt Speiseeis erzeugt. Eine andere Variante ist ein an der Hochschule Karlsruhe entwickeltes und von Prof. Kauffeld vorgestelltes Verfahren, bei dem die Eispartikel abgespült werden, nachdem die gekühlte Rohrwand induktiv kurz erwärmt wurde. Auch die Eisbreierzeugung mit unterkühltem Wasser (ca. –2 °C), in dem sich das Eis an Kristallisationskeimen bildet, ist ein Forschungsthema in Karlsruhe.

Das ILK Dresden beschäftigt sich u.a. mit der Flüssig­eis­erzeu­gung unter Einsatz von Vakuumtechnik durch Direktverdampfung. Dieses Verfahren wurde von Dr. Mathias Safarik, ILK Dresden, vorgestellt. Bei der Eiserzeugung mit dem sogenannten Vakuumeis- oder auch Tripelpunktverfahren wird Wasser aus einer freien Wasseroberfläche bei etwa –0,5 °C im Vakuum verdampft. Dabei wird der umgebenden Flüssigkeit Energie entzogen und es bilden sich Eispartikel. Je mehr Wasser verdampft wird, umso größer wird der Eisgehalt im Wasser-/Eisgemisch. Dabei werden spezielle, vom ILK entwickelte Wasserdampf-Turboverdichter eingesetzt. Eine Herausforderung stellt noch der Einsatz der Technik bei Anwendungen bis –5 °C dar, um auch für industrielle Projekte interessant zu werden. Das ILK Dresden hat bereits mehrere Anlagen mit der Vakuumtechnik realisiert, z.B. an der Hochschule Zwickau (50-kW-Anlage), aber auch schon eine Anlage für ein Rechenzentrum mit 400 kW Leistung. Im Bau befindet sich eine Großanlage im Rahmen des „WindNODE“-Projekts (www.windnode.de) mit 500 kW Leistung. Ziel des Verbundprojekts ist es, in der Modellregion Nordostdeutschland Musterlösungen für eine smarte Energieversorgung mit wachsenden Anteilen erneuerbarer Energien zu entwickeln. Für Eisbreisysteme können seit Anfang 2019 Förderzuschüsse beantragt werden.

Eisbreianlage der Karlsruher Mensa

Eine beeindruckende Eisbrei-Referenzanlage konnten die Teilnehmer des Treffens in Karlsruhe gleich vor Ort in Augenschein nehmen. Dort werden die kälte­technischen Anwendungen in der Mensa des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), in der täglich bis zu 10.000 Personen essen gehen, mit einer Eisbreianlage versorgt. In einem 40-Fuß-Container sind drei getrennte Propan-Kältekreisläufe mit je 10 kg Füllmenge untergebracht, die die Kälte für sechs Eis­erzeuger (mit Schabern) mit je 14 kW Kälteleistung bereitstellen. Jeder Eiserzeuger kann ca. 3,5 t Eis am Tag produzieren. Dies geschieht im Zeitraum von 15:00 Uhr nachmittags bis 9:00 Uhr morgens. Neben dem Con­tainer befindet sich ein 40 m³ fassender Speichertank für den erzeugten Eisbrei. Diverse Kühlstellen in der Mensa werden aus diesem über ein Eisbrei-Leitungsnetz versorgt. Die Erfahrungen im Betrieb sind sehr positiv, wie Claus Konrad, Leiter der Hochschulgastronomie des Studierendenwerks Karlsruhe, ausführte. Bau und Betrieb dieser Anlage wurden von der Hochschule Karlsruhe wissenschaftlich begleitet.

Fazit

Den Teilnehmern des Treffens ging es in Karlsruhe neben der Wissensvermittlung darum, das Thema Eisbrei einer breiteren Fachöffentlichkeit ins Bewusstsein zu rücken. So wurde der Vorschlag befürwortet, eine↓

Interessensgemeinschaft ins Leben zu rufen, um die Eisbreitechnologie zu fördern. Denn wenn nur eine Handvoll Idealisten das Thema begleiten und potentielle Kunden nur wenige Hersteller und Fachbetriebe als Anbieter zur Auswahl haben, wird die Technik das Nischendasein nie verlassen. Die Teilnehmer riefen daher dazu auf, dass sich alle Planer und Fachfirmen, die Interesse daran haben, Eisbreianlagen zu planen und zu errichten und diese Technologie in ihrem Unternehmen zu einem strategischen Geschäftsfeld aufzubauen, bei Prof. Kauffeld melden sollen. Er wird die weiteren Schritte koordinieren: .

Info

Eisbrei

Ice Slurry, Eisbrei, Flüssigeis, Binäreis, Flow Ice – bei diesen Begriffen handelt es sich mehr oder weniger um das gleiche Produkt: eine pumpfähige Mischung aus kleinen Eis­partikeln (0,1 bis 1 mm), Wasser und einem Gefrierpunkt senkenden Zusatzstoff (z.B. Salz oder Ethanol). In Abhängigkeit des Zusatzes und dessen Konzentration wird der Gefrierpunkt auf eine bestimmte Temperatur unter 0 °C gesenkt. Die Mischung ermöglicht den Einsatz des Kälteträgers Wasser bei Einsatztemperaturen unterhalb des Gefrierpunkts. Eisbrei ist ein umweltfreundlicher Kälteträger mit einer hohen Energiedichte und einem bis zu 100 % höheren Wärmeübergang, der pump- und lagerfähig ist. Zum Transport ist im Vergleich zu einem flüssigen, einphasigen Kälteträger eine um den Faktor 8 geringere Pumpleistung erforderlich und aufgrund der hohen Energiedichte können kleinere Rohre verwendet werden. Knackpunkt der Technik ist die Eiserzeugung, bei der das Entstehen zu großer Eispartikel vermieden werden muss, um ein pumpfähiges Gemisch zu erhalten. Auch den Eisanteil muss man im Blick behalten. Zwar steigt die Energiedichte, je mehr Eis vorhanden ist, mit normalen Pumpen ist der Eisbrei aber nur bis 30 % Eisanteil förderbar; bei 60 % Eisanteil ist auch mit Verdrängerpumpen das Ende der Fahnenstange erreicht.

Thematisch passende Artikel:

Ausgabe 2017-06

Verdichtertechnologie in Karlsruhe

Privatwirtschaftliche Förderung von Forschung und Lehre

Die von The Schaufler Foundation gestiftete W3-Professur ermöglicht es der Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft, für den Verdichter als „Herzstück“ einer jeden Kälte­anlage eine...

mehr

Valerius-Füner-Preis verliehen

Auszeichnung an der Hochschule Karlsruhe

Während eines Besuchs von Studenten der Fakultät Maschinenbau und Mechatronik beim Hersteller von Kältemittelverdichtern Bitzer (www.bitzer.de) in Sindelfingen hat die Hochschule Karlsruhe –...

mehr

Marktplatz der Ideen

„Energy4u : Connect Ideas2Business“ am 27. September 2018

Am Donnerstag, 27. September 2018, verwandelt sich die Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft, Moltkestraße 30, 76133 Karlsruhe, zwischen 9.00 und 18.00 Uhr bereits zum dritten Mal zu einem...

mehr
Ausgabe 2017-10

Einsatz natürlicher Kältemittel

Zweiter Platz für Bayerischen Frühstücks-Bereiter

Den zweiten Platz mit einem Preisgeld von 1.500 € ging an die Studenten Dennis Lerch und Stefan Brinkmöller von der Hochschule Karlsruhe. Sie hatten sich für eine Projektarbeit im 6. Semester...

mehr
Ausgabe 2017-12 Effiziente Warmwasserspeicherung

Energiespeicherzentrale

Durch Einsatz der Oventrop-Energiespeicherzentrale „Regucor WHS Typ 500“ mit A-Label kann Warmwasser energieeffizient gespeichert und verteilt werden. Die modular aufgebaute Energiespeicherzentrale...

mehr