Energie speichern und bei Bedarf wieder abgeben

Foto: Die Forscher der TU Darmstadt arbeiten daran, Phasenwechselmaterialien besser zu verstehen und als Baustoffe nutzbar zu machen. Foto: Die Forscher der TU Darmstadt arbeiten daran, Phasenwechselmaterialien besser zu verstehen und als Baustoffe nutzbar zu machen.

Ein Team der TU Darmstadt arbeitet an einem Dämmstoff der nächsten Generation, der in Gebäuden eine aktive und passive Energiespeicherung erlaubt. Möglich wird das durch den Einsatz eines funktionalen Kompositmaterials, bestehend aus einem nanomodifizierten mineralischen Schaum, integriert mit Phasenwechselmaterialien. Das Forschungsprojekt hat einen Gesamtumfang von 6,8 Millionen Euro und wird von der EU mit 5,6 Millionen Euro gefördert.

Phasenwechselmaterialien (PCM, für Phase-change materials) sind Stoffe, die über einen besonderen Wärmespeicher verfügen. Führt man ihnen thermische Energie zu, wird diese gespeichert, ohne dass sich die Temperatur des Materials selbst erhöht. Erst beim Phasenwechsel, also zum Beispiel dem Übergang von fest zu flüssig, wird die gespeicherte Energie wieder abgegeben. Dieses Prinzip macht sich die Forschergruppe Eddie Koenders, Christoph Mankel und Antonio Caggiano am Institut für Werkstoffe im Bauwesen (WiB) zu Nutze.

Dämmen mit PCM

„PCM stehen bei uns schon länger im Fokus“, erklärt Koenders. „Wir arbeiten daran, ihre besonderen Eigenschaften genau zu verstehen und PCM gezielt für Baustoffe nutzbar zu machen.“ Da am WiB ebenfalls an zementösen Dämmstoffen geforscht wird, entstand der Plan, beides zu verbinden. „PCM können Energie speichern. Dämmstoffe sollen brandsicher, wirtschaftlich und nachhaltig sein. Also haben wir das miteinander kombiniert“, erklärt Mankel die Idee des Projekts.

In einem groß angelegten Forschungsprojekt, das über vier Jahre laufen soll und von der TU Darmstadt koordiniert wird, arbeiten 13 Forschungseinrichtungen aus Europa und Argentinien gemeinsam an der Entwicklung eines neuartigen, ultraleichten, zementartigen und nicht brennbaren Dämmstoffs, der gleichzeitig Wärme speichern und wieder abgeben kann.

Aktive und passive Energiespeicherung möglich

Fungiert ein Dämmstoff gleichzeitig als Wärmespeicher, kann die Wärme nicht so schnell ins Innere des Gebäudes dringen (im Sommer) oder nach außen entweichen (im Winter). Die zwischengespeicherte Energie wird dann zeitversetzt wieder abgegeben. Das führt dazu, dass das Dämmmaterial in geringerer Dicke aufgebracht werden kann. „So lassen sich erhebliche Kosten und Ressourcen einsparen“ erklärt Caggiano.

Der Prozess der Energiespeicherung und –abgabe der PCM in der Dämmschicht wird durch verschiedene Randbedingungen wie Temperatur oder Luftfeuchtigkeit beeinflusst. Greift man nicht in diese ein, spricht man von passiver Energiespeicherung. Durch den gezielten technischen Einsatz beispielsweise von Lüftungstechnik kann dieser Prozess auch aktiv gesteuert und gestaltet werden. Ziel des Forschungsteams ist es, in den nächsten Jahren ein Dämmsystem zu entwickeln, das eine aktive und passive Energiespeicherung erlaubt. Ausgangsprodukt für das neue Material ist dabei ein mineralisierter Schaum als leichter, zementartiger Dämmstoff, der am WiB entwickelt wurde und dem PCM zugefügt wird. Das daraus entstehende Produkt, der so genannte eNeRGy-Schaum (NRG-Foam) weist hervorragende Wärmedämmeigenschaften und gleichzeitig eine hohe Wärmespeicherfähigkeit auf.

Welche PCM für den Einsatz im eNeRGy-Schaum geeignet sind, wie sie sich herstellen und präzise anwenden lassen, muss nun von den Forschungspartnern erforscht und optimiert werden. Schon jetzt lässt sich abschätzen, dass der neue Dämmstoff eine mehr als 25 Prozent verbesserte Dämmfähigkeit sowie eine zehn Prozent höhere Energiespeicherkapazität gegenüber herkömmlichen synthetischen Materialien wie Glasfasern oder Steinwolle aufweisen wird.

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