Alle vet at isen på innsjøer tiner om våren. Isflaten tar opp solvarme, nok til at iskrystallene smelter. Etterpå lagrer vannet varmen. Ikke like mange vet at vannet gir varmen tilbake til omgivelsene igjen om høsten. Nærmere bestemt når det fryser til is.
På samme vis smelter og størkner mange andre stoff.
Ved hjelp av egenskapene til et slikt stoff, har vi – en gruppe forskere i Norge – kommet langt i arbeidet med å lage et grønt energilager til oppvarming av boliger og hytter. En liten tank som kan lagre solenergi, og som likner en varmtvannsbereder av utseende.
Får plass “under vasken”
Noe av clouet er at tanken vår er så lite plasskrevende at den får plass “under vasken”. Stoffet vi har i denne tanken kalles “estere“: Molekyler som finnes i rikelig monn i fettholdig avfall, som matrester. De kan gjenvinnes fra brukt frityrolje.
Slik smeltende is gjør, tar også disse molekylene opp varme når temperaturen stiger rundt dem. Så gjemmer de på varmen – og gir den fra seg igjen når det blir kaldt. Som om kvelden.
Lykkes forskerne, kan hus og hytter bli oppvarmet slik på kjølige netter – ved hjelp av solenergi og bestanddeler i fettholdig avfall, som matrester. Illustrasjon: Knut Gangåssæter/SINTEF
Flere før oss har prøvd å lage slike oppvarmingssystem for boligsektoren. Uten å få det til. Ingen har kommet så langt som det vi har. Så langt er vi kommet, at vi nå ønsker å invitere industrien inn i forsknings- og utviklingsarbeidet som gjenstår.
Grønn varme uten elektriske batterier
Lykkes vi, kan du skaffe deg grønn varme uten å være avhengig av store sentrale kraftverk eller elektriske batterier. Til iskalde dager må du riktignok ha en ved- eller panelovn som backup.
Til gjengjeld kan systemet vårt kjøle ned rom på varme dager.
Estermolekylene som er nøkkelen til alt dette, tilhører familien “faseendringsmaterialer”. Slike stoff smelter (og tar opp varme) når temperaturen stiger over en gitt strek. For så å størkne (og gi varmen fra seg) når temperaturen går under den samme streken.
Ideelt stoff for temperaturregulering i hus
Tusenvis av slike materialer finnes. Temperaturen der endringen skjer, varierer fra stoff til stoff. Er de biobaserte, kan det “magiske punktet” ligge mellom minus 50 og pluss 275 grader. Esterne “våre” avgir varme ved 30 grader. Det er ideelt for temperaturregulering i hus.
Evnen mange stoff har til å lagre og så avlevere varme, er brukt i flere oppfinnelser. Deriblant i smarte helikopterdresser for bruk offshore. Når passasjerene ellers ville svettet i dressen, avkjøles de. Dette fordi et faseendringsmateriale i dressen stjeler kroppsvarme for å smelte.
Om helikopteret havarerer og havner i havet, skjer det motsatte. Da størkner dressens “innmat” og gir varmen tilbake til kalde kropper.
Ved Sintef tar vi altså dette et steg lenger – til boligen og hytta di.
To gevinster på en gang
Målet er todelt:
- Kjøle ned rom når det trengs, ved hjelp av “varmetyveriet” esterne begår når de smelter i varme – eksempelvis fra sola.
- Gripe tak i varmen som frigjøres igjen ved størkningen i kjølige kveldstimer, og bruke denne til romoppvarming.
Lagrer energi fra sola
I løsningen vår lar vi solceller, på husets tak eller andre steder, lage strøm som varmer opp vann. Vannet får strømme gjennom den lille tanken i huset. Den rommer også en klump med størknede estere.
Når solkraften varmer opp vannet, smelter esterne og tar vare på solenergien.
Om kvelden, når oppvarming trengs, lar vi kaldt vann renne gjennom tanken. I en lukket rørsløyfe frakter vannet varmen fra esterne videre. I nattkalde rom gir vannet varmen fra seg via varmevifter og radiatorer, helt til all esteren i tanken har størknet.
Kan bruke “til-overs-strøm” fra vindturbiner også
På samme vis kan vi bruke vindkraft når strømbehovet er lavt: La “til-overs-strøm” fra vindturbiner smelte esterne. Lykkes vi, betyr dette at all billig strøm kan brukes sånn når strømprisen varierer.
I en tank som vår ville det vanlige vært å bruke varmevekslere. Altså la vann strømme inne i tanken, atskilt fra esteren med tynne metallvegger. Og så føre den vannbårne varmen over til esterne gjennom disse veggene.
Men slike deler er dyre, tar plass og veier en del. Dette ville økt størrelsen og prisen på anleggene.
I stedet har vi valgt å utveksle varme ved å la vannstrømmen være i direkte kontakt med esterne. Derfor tar tanken vår kun en femdel av plassen en varmtvannsbereder trenger.
Utnytter viten fra oljeforskning
Effekten avhenger av hvor godt blandet de to væskene er. Kjemien i slike system er vanskelig å kontrollere. Det gjelder også strømningsprosessen. Men slike dråper kjenner vi i Sintef fra forskning på den teknologien som gjør at olje kan sendes langt sammen med vann fra oljebrønner, i en og samme rørledning.
Vi er ett av en håndfull miljø som jobber med løsninger uten varmevekslere – og blant de første som har fått det til. Resultatet er altså et energilager som er egnet for bruk i hus og hytter, spesielt der plassen er begrenset.
I tillegg kan systemet brukes i industrianlegg, til lagring og utnyttelse av spillvarme.
Hva så om sola uteblir dag etter dag i fyringssesongen? Vi har tenkt på det også. Bruk en liten elektrisk ovn til å smelte estere når strømmen er billig og det er lite annet å bruke strøm til. Det er den enkle reserveløsningen du trenger.
Innlegget ble første gang publisert i TU.no 20. juni 2023 og gjengis her med TUs tillatelse.
