Absorptionsprozesse zur Umwandlung von Wärme sind wohl seit über 100 Jahren bekannt und technisch realisiert worden. Trotzdem ist bis heute der breite Durchbruch dieser Technik nicht gelungen, obwohl gerade im Zuge der zunehmenden Diskussion der Energie- und Klimaproblematik verstärkt nach sinnvollen Methoden des rationellen Energieeinsatzes gesucht wird.
Der Hauptgrund hierfür ist der Mangel an technisch effizienten, ungefährlichen und betriebssicheren Arbeitsstoffpaaren (leichtflüchtiger Arbeitsstoff – Absorptionsmittel) für diese Art von Prozessen.
In einer Vielzahl von Forschungsarbeiten wurden immer wieder neue mögliche Arbeitsstoffpaare experimentell untersucht sowie Prozesse mit den ermittelten Gemischdaten modelliert und simuliert.
Für den praktischen Betrieb von Absorptionskältemaschinen (AKM) haben sich letztendlich bis heute nur zwei Stoffsysteme durchgesetzt, nämlich LiBr – Wasser und Ammoniak – Wasser, wobei letzteres überwiegend in AKM Verwendung findet. Alle bisher untersuchten Stoffpaarungen mit organischen Komponenten wurden aus technischen, ökologischen oder sicherheits-relevanten Gründen verworfen.
Beide Stoffsysteme haben allerdings auch gravierende Nachteile. So ist im Absorptionskreislauf beim Stoffsystem Ammoniak – Wasser ein Rektifikator zur annähernd vollständigen Trennung beider Stoffe erforderlich, der die Gesamteffizienz des Prozesses verringert.
Das Stoffsystem LiBr – Wasser weist wie alle salzhaltigen Systeme eine ausgeprägte Mischungslücke auf. Bei zu tiefen unteren Temperaturniveaus kann das Salz auskristallisieren. Außerdem ist LiBr bei erhöhten Temperaturen sehr korrosiv.
Seit einigen Jahren stehen ionische Flüssigkeiten (IL) als neue Stoffklasse zur Verfügung. Dabei handelt es sich um bei Temperaturen unter 100 °C flüssige organische Salze, deren Eigenschaften durch Auswahl geeigneter Kationen und Anionen bzw. durch Einbau von funktionellen Gruppen in die organischen Kationen und Anionen variiert werden können. Die untersuchten Wasser-IL-Lösungen sind vollständig ineinander mischbar, nicht toxisch und kaum korrosiv.
In einem kürzlich abgeschlossenen Forschungsprojekt konnte nachgewiesen werden, dass ausgewählte Wasser-IL-Lösungen in Bezug auf das erzielbare Wärmeverhältnis ähnliche thermodynamische Eigenschaften wie das Arbeitsmittel Wasser-LiBr haben. Wegen der höheren Viskosität und dem damit verbundenen geringeren Wärmeübergang bei liegenden Rohrbündelwärmetauschern, wie sie bei den meisten kommerziellen Absorptionskälteanlagen verwendet werden, konnte die Performance von Wasser-LiBr im experimentellen Vergleich nicht erreicht werden. Deshalb soll in diesem weiterführenden Programm ein Design der Apparate entwickelt werden, das zu höheren Kälteleistungen der Anlagen führt. Dabei steht die Benetzung der Wärmetauscherflächen des Desorbers und Absorbers im Vordergrund.