Hydrothermale Stabilität von 13X-Zeolithen: Experimentelle Untersuchung und Modellierung

Thermische Energiespeicher können die Effizienz eines Energiesystems verbessern und so zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen beitragen. Der reversible Vorgang der Adsorption und Desorption von Wasserdampf an einem Zeolith kann zur Speicherung thermischer Energie genutzt werden. Allerdings kann sich die kristalline Struktur von Zeolithen unter den hydrothermalen Bedingungen, die im Betrieb eines Speichers vorherrschen, zersetzen. Als Folge wird weniger Wasser adsorbiert und die Energiespeicherdichte der Zeolithe ist reduziert.

In dieser Arbeit wurde die hydrothermale Stabilität verschiedener Zeolithe des Typs 13X zur thermischen Energiespeicherung in Abhängigkeit relevanter Temperaturen und Wasserdampfdrücke untersucht. Neben der Überprüfung der Stabilität der Zeolithe durch die Ermittlung ihrer Wasserbeladung wurden Änderungen in ihrer Struktur und chemischen Zusammensetzung mit Hilfe von XRD, REM, EDX und der Molybdat-Methode analysiert.

Die größte Schädigung trat bei der geringsten Temperatur von 200 °C und dem höchsten Wasserdampfdruck von 31 kPa auf. Eine Stabilisierung der Zeolithe gegenüber einer weiteren Zersetzung wurde festgestellt. Ein globales kinetisches Modell wurde entwickelt, welches die Ergebnisse eines hydrothermal behandelten 13X-Zeolithpulvers beschreibt. Die in dieser Arbeit erstellten Methoden können gemeinsam mit dem entwickelten Modell für die Überprüfung weiterer Zeolithtypen verwendet werden.