Im Thermochemielabor des CeraStorE® werden Prozesse für die chemische Speicherung von Energie untersucht. die solare Hochtemperaturwärme oberhalb von 400°C mittels chemischen Reaktionen in Form von Brennstoffen oder anderen chemischen Substanzen speichern. Angefangen bei der Entwicklung von Funktionsmaterialien, insbesondere von Redoxmaterialien bis hin zur Entwicklung von Schlüsselkomponenten, die für die technische Realisierung des untersuchten Prozesses aus dem Bereich der solaren Verfahrenstechnik wichtig sind. Hauptsächlich werden hierfür innovative Konzepte entwickelt und erprobt, die auf der Partikeltechnologie basieren. Für die meisten Untersuchungen ist die Benutzung von Hochleistungsöfen sinnvoll. In Abhängigkeit der wissenschaftlichen Fragestellung ist die Größe des Probenraums entscheidend oder extrem hohe Aufheizrate. So befinden sich im Thermochemielabor
Kammeröfen eignen sich hervorragend für die Synthese von neuartiger Redoxmaterialien oder für die Sinterung größerer Materialstrukturen. Rohr-Öfen sind meistens das Kernstück von Testständen, in denen die Eigenschaften von Redoxmaterialien und Katalysatoren untersucht werden. In erster Linie interessieren sich die DLR-Solarforscher für die Reaktion solcher Materialien mit Gasen. So wird zum Beispiel für die thermochemische Wasserspaltung, eine zentrale Reaktion für die Herstellung von Solaren Brennstoffen , Wasserdampf mit Redoxmaterialien zur Reaktion gebracht und die daraus entstehenden Mengen Sauerstoff und Wasserstoff quantifiziert. Zur Regelung und Analyse der gasförmigen Ausgangsstoffe und Produkte wird folgendes Equipment eingesetzt
Zur Bewertung der Langzeitstabilität von Katalysatoren, die u.a. in der Schwefelsäurespaltung eingesetzt werden, wurde ein komplexer Teststand aufgebaut. Dieser erlaubt die kontinuierliche Versuchsdurchführung sowohl tagsüber als auch nachts und am Wochenende. Dafür wurde ein aufwendiges Sicherheitskonzept entwickelt. In diesem Teststand wurden Katalysatoren durchgängig über einen Zeitraum von mehr als 5000 Stunden im Dauerbetrieb getestet.
Katalysatorteststand zur solaren Schwefelsäurespaltung. Quelle: DLR
Das Screening von Redoxmaterialien wird mittels thermogravimetrischen Analyse (TGA) durchgeführt. Hauptbestandteil der TGA ist eine Thermowaage, die die Massenänderung eines Materials in Abhängigkeit der Temperatur bestimmt. In Verbindung mit einer Änderung der Gasatmosphäre können thermochemische Kreisprozesse hervorragend simuliert werden und die Aktivität der Materialien exakt durch die mit der Reaktion einhergehenden Massenänderung bestimmt werden. Im Thermochemielabor steht eine Hochleistungsthermowaage zur Verfügung, an die ein Massenspektrometer und eine Sauerstoffpumpe mit integrierter Lambda Sonde angeschlossen sind.
Neben der Untersuchung der thermochemischen Eigenschaften von Materialien, werden im Thermochemielabor auch Schlüsselkomponenten für solarchemische Anwendungen entwickelt. Darunter fallen innovative Reaktorkonzepte, die auf Nutzung von Partikeln als Solarabsorber, zur Wärmeübertragung und als Reaktanden basieren. Von großer Bedeutung sind hier der Transport von Partikeln und der schnelle Wärmeübergang zwischen Partikeln. Beide Vorgänge werden in eigens angefertigten Testständen untersucht.