Prestaties van warmtepompen op basis van metallische hydriden

10 januari 2022

Metallische hydriden hebben bijzondere eigenschappen. Een  wetenschapper aan de Amerikaanse universiteit van Prairie View onderzocht de operationele principes van warmtepompen op basis van deze hydriden.

Metallische hydriden zijn metalen die een omkeerbare chemische reactie met waterstof kunnen ondergaan. Aangezien deze absorptie- en desorptiereacties exotherm en endotherm van aard zijn, kunnen systemen die gebaseerd zijn op metallische hydriden niet alleen dienen voor opslag van waterstof, maar ook als thermisch systeem, bijvoorbeeld voor chemische warmtepompen.

Performance van hydride systemen
Als resultaat van zijn onderzoek heeft Shahin Shafiee de operationele principes van warmtepompen op basis van metallische hydriden gepresenteerd. Daarbij liet hij aan de hand van de vigerende mathematische vergelijkingen de karakteristieken van het functioneren van dit type warmtepomp zien. Om de algehele performance van hydride systemen te verbeteren, identificeerde hij de parameters die deze prestaties direct beïnvloeden, waaronder de cyclusduur, afkoeltijd, omgevingstemperatuur en warmteoverdrachtscoëfficiënt.

Voordelen ten opzichte van conventionele systemen
Warmtepompen aangedreven door de chemische reacties van metallische hydriden met waterstof bieden meerdere voordelen ten opzichte van conventionele systemen. Zo hebben deze hydride warmtepompen geen grote mechanische onderdelen, zodat ze minder geluid en trilling veroorzaken en ook minder onderhoud vergen. Daarnaast kunnen de hydride warmtepompen op verschillende energiebronnen werken, variërend van fossiele brandstoffen tot zonne-energie en zelfs restwarmte van uitlaatgassen. Hierbij speelt temperatuur een grote rol: hoe hoger de temperatuur van de warmtebron, hoe hoger de COP van hydride warmtepompen.

Ontwerp en de configuratie van reactoren
De gebruikte metallische hydriden beïnvloeden eveneens direct de COP: eigenschappen als plateauhelling of hysterese bepalen immers de verhouding tussen druk en concentratie, en dus de systeemprestaties. Ook toont het onderzoek aan dat het ontwerp en de configuratie van reactoren een grote invloed hebben op de warmteoverdracht en efficiëntie van de warmtewisselaars.
Overigens hebben hydride warmtepompen ook nadelen: de hoge materiaalkosten, een relatief korte levensduur en een lagere effectieve thermische geleiding. Bij meertraps-warmtepompen wordt het temperatuurbereik beperkt door de thermodynamische eigenschappen van de gebruikte hydriden.