Die Trocknung ist der energieintensivste Prozess in der gesamten Wertschöpfungskette von Holz und Biomasse, ist jedoch für die meisten Anwendungen unumgänglich. In Trockenkammern, aber auch in Trommel- oder Bandtrocknern, kommen vielfach Frischluft-/Abluft (F-/A)-Systeme zum Einsatz. Im Trocknungsverlauf wird Frischluft zugeführt, während die warme, feuchte Abluft an die Umgebung abgegeben wird. Dies bedeutet Energieverluste, welche durch den Einsatz eines thermischen Sorptionsspeichers signifikant verringert werden können.
Das Prinzip eines Sorptionsspeichers basiert auf der Adsorption von (Luft)-Feuchtigkeit an das sorptive Material, wobei gleichzeitig Wärme freigesetzt wird. Bei Anwendung in einer F-/A-Trocknungsanlage kann diese Wärme zum Beheizen der zuzuführenden Frischluft genützt werden. Die Regeneration, also Desorption, des gesättigten Materials erfordert hingegen Wärme (typischer Zyklus siehe Abbildung unten).
Konstruktionsskizze einer F/A Anlage mit außenseitig angebrachtem Sorptionsspeicher (grün)
© Christina Fürhapper, Lukas Krainz
Sorptionsspeicher an der Außenwand
Im durchgeführten Projekt wurde versucht, die hierfür notwendige Wärme mittels solarer Luftkollektoren zuzuführen. Eines der entwickelten Konzepte sieht die Anbringung eines Sorptionsspeichers an der Außenwand einer F/A-Trockenkammer vor, wobei die feuchte Trocknungsluft über steuerbare Klappen durch das Sorptionsmaterial geleitet wird (siehe Abbildung oben). Dieses gibt im Zuge der Feuchtigkeitsaufnahme Wärme ab, die direkt in die Trockenkammer rückgeleitet wird. Zur Regeneration des Materials werden die Klappen verschlossen und mit warmer Luft aus einem nahebei angebrachten solaren Luftkollektor umströmt. Zur Berechnung der verfügbaren solaren Energie wurde auf Basis einer 32 m2 großen Kollektorfläche eine Jahressimulation für den Standort Wels durchgeführt. Im konkreten Beispiel zeigte sich, dass die Solarthermie zur Grundlastabdeckung geeignet ist, jedoch eine zusätzliche Wärmezufuhr, beispielsweise die Abwärme aus sonstigen Industrieprozessen, erforderlich ist, um eine kontinuierliche Regeneration des Sorptionsspeichers zu ermöglichen. Alternativ würde eine größere Kollektorfläche zu höheren Energieausbeuten führen.
Temperatur- und Gewichtsverlauf von Silikagel während der Adsorption (blau) und Desorption (rot)
© Christina Fürhapper, Lukas Krainz
Als geeignete Sorptionsmaterialien erwiesen sich verschiedene Zeolithe und Silikagele. Unter den bei der Trocknung herrschenden Prozessbedingungen zeichneten sich insbesondere die Zeolithe durch eine hohe Wasseraufnahmekapazität, und damit eine hohe Wärmeabgabe aus. Als Nebeneffekt waren sie zudem in der Lage, die in der Abluft vorhandenen flüchtigen organischen Substanzen (VOC) zu adsorbieren, beziehungsweise katalytisch abzubauen, was eine vielversprechende Anwendungsmöglichkeit zur Abluftreinigung eröffnet.
