Teilprojekt „SorpTro“ - Sonnengetrocknet bei jedem Wetter

Das Projekt „SorpTro“ beschäftigt sich mit energieeffizienten Trocknungsprozessen von Pflanzen.

Um nach der Ernte lagerfähig zu sein, müssen landwirtschaftliche Güter wie Heu, Kräuter und Getreide einen niedrigen Feuchtegehalt aufweisen. Dafür ist ein Trocknungsprozess erforderlich, der in der Regel sehr energieintensiv ist. Herkömmliche Trocknungsanlagen werden mit fossilen Energieträgern beheizt, die nicht nur klimaschädlich, sondern wegen steigender Energiepreise auch immer weniger wirtschaftlich sind. Dies und die erwarteten mittelfristigen klimatischen Veränderungen in Nordhessen und in anderen Regionen sorgen dafür, dass der Einsatz von erneuerbaren Energien auch für Trocknungsprozesse und weitere neue Anwendungen zunehmend attraktiv wird.

Für viele landwirtschaftliche Produkte ist die schonende Trocknung bei relativ niedrigen Temperaturen (Nahe der Umgebungstemperatur) vorteilhaft. Zur Bereitstellung der trocknen Luft kommt im KLIMZUG-Nordhessen Teilprojekt „Experimentelle Untersuchungen und Demonstration von Sorptionsspeicheranlagen für die solargetriebene Niedertemperaturtrocknung (SorpTro)“ eine offene Absorptionssanlage zum Einsatz. Das Forschungs- und Umsetzungsprojekt wird vom Fachgebiet Solar- und Anlagentechnik der Universität Kassel in Kooperation mit dem Fachgebiet Agrartechnik sowie der Staatsdomäne Frankenhausen, einem landwirtschaftlichen Versuchsbetrieb des Fachbereichs Agrarwissenschaften der Universität Kassel, durchgeführt.

In der Absorptionsanlage strömt Umgebungsluft zunächst durch einen sogenannten Absorber entlang einer Salzlösung (LiCl). Durch den Kontakt mit der hygroskopischen (wasseranziehenden)  Salzlösung wird die Luft während des Absorptionsprozesses gleichzeitig entfeuchtet und erwärmt.

Um der verdünnten Salzlösung wieder das Wasser zu entziehen, wird sie anschließend in einem Regenerator an einem weiteren Luftstrom entlang geführt und gleichzeitig durch warmes Wasser aus einer thermischen Solaranlage erwärmt. Dabei werden der Salzlösung die Wassermoleküle wieder entzogen und dem Abluftstrom zugeführt. Die so aufkonzentrierte Salzlösung dient nun als Energiespeicher, der in Kontakt mit (feuchter) Umgebungsluft wiederum Wärme bereitstellen kann. Es handelt sich somit um einen nahezu verlustfreien, kompakten Speicher.

Auf diese Weise erlaubt das System eine kontinuierliche Trocknung über Nacht und während Schlechtwetterperioden.

Ergebnisse
Im Rahmen des Forschungs- und Umsetzungsprojekts SorpTro wurden Prototypen für die Absorber- und Regeneratorkomponenten entwickelt, gebaut und in den Laboren des Fachgebiets Solar- und Anlagentechnik an der Universität Kassel getestet. Mit Hilfe von mathematischen Simulationsmodellen konnte die Leistungsfähigkeit der Prototypen errechnet und die Anlagenkomponenten ausgelegt werden.

Darüber hinaus wurden am Fachgebiet Agrartechnik der Universität Kassel Trocknungsversuche mit Heu-Rundballen durchgeführt, um die Strömungsverteilung innerhalb der Heuballen zu untersuchen. Dabei hat sich herausgestellt, dass neben dem Aufbau des Trockners eine gleichmäßige Pressdichte der Heuballen eine entscheidende Rolle für ein effizientes Trocknungsverhalten spielt und somit die gesamte Heu-Produktionskette von Bedeutung ist.

Eine Pilotanlage des Sorptionstrockners wird zurzeit an der Staatsdomäne Frankenhausen errichtet. Die Anlage besteht aus:

• Einer solarthermischen Anlage mit 126 m² Flachkollektoren und 50 m³ Warmwasserspeicher, die die Sorptionsanlage sowie ein angeschlossenes Gebäude mit Wärme versorgt;

• Einer kompakten Sorptionsanlage, bestehend aus Absorber, Regenerator und hydraulischen Komponenten;

• Einer Ballentrocknungsanlage mit 20 Trocknungsplätzen, die von der Sorptionsanlage mit trockener Luft versorgt werden soll.

Ausblick
Im Sommer 2012 soll zunächst einer der Heuballen-Plätze mit konditionierter Luft aus der Sorptionsanlage versorgt und so die Absorptionsanlage im praktischen Einsatz erprobt und messtechnisch erfasst werden. Darüber hinaus ist geplant, die Solaranlage mit dem Hauptgebäude der Domäne Frankenhausen zu verbinden, um die Heizungs- und Trinkwarmwasseranlagen zu unterstützen. Es wird erwartet, dass die Solaranlage in den Sommermonaten den Wärmebedarf des Gebäudes (einschließlich Trinkwarmwasserbedarf) vollständig deckt.

Text: Prof. Dr. Ulrike Jordan
Fotos und Abbildungen: Universität Kassel, Fachgebiet Regenerative Prozesswärme