Energiespeicher - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 614

Abb. 8.14 a Schema-
skizze zur mehrlagigen
Adsorption an Oberflächen
Adsorbens a , Adsorbat an
der Grenzfläche b Gasphase
bzw. Lösung mit Adsorptiv
c . b Adsorption an rauen
Oberflächen
Bindungsort an der Oberfläche, verweilen nicht an der Stelle, wo sie adsorbiert wurden,
sondern bewegen sich frei entlang der Oberfläche. Die Lage des Gleichgewichts hängt von
den Eigenschaften und Größe der Oberfläche, den Eigenschaften und Druck (bzw. Kon-
zentration) des Adsorptivs, sowie von der Temperatur ab. Bei 300 °C und normalen Drü-
cken liegt das Gleichgewicht oft ganz auf der linken Seite. Liegt das Gleichgewicht ganz auf
der rechten Seite, bilden die Teilchen aus der Gasphase im Idealfall eine monomolekulare
Schicht auf der Oberfläche aus.
Praktisch können sich nach der Bildung der Monolage weitere Lagen bilden, wie es die
Abb. 8.14 a skizziert. Streng genommen zählt man nur die Bildung der ersten Schicht zur
Adsorption, da nur hier Wechselwirkungen zwischen Oberfläche und Adsorptiv wirken.
In den anderen Lagen bestehen nur Wechselwirkungen zwischen den Adsorbaten. Bei der
mehrlagigen Anordnung handelt es physikalisch eher um eine Kondensation der Adsorp-
tive. Die Kondensationswärme (Bindungsenergie der Adsorbate untereinander) ist in der
Regel deutlich geringer, als die Adsorptionsenergie eines Adsorbats zum Adsorbens.
In der Regel haben die Oberflächen der Adsorbentien keine ideal ebene Struktur, son-
dern haben zahlreiche Defekte bzw. Gitterfehler. Diese Defekte bilden Stellen, an denen
das Adsorbat besonders fest gebunden ist, wie es die Abb. 8.14 b darstellt. Die Mobilität
des Adsorbats erlaubt die Besetzung dieser Stellen unabhängig von der Stelle, wo das
Adsorptiv adsorbiert wurde. Die Leistungsfähigkeit eines Adsorbens steigt daher mit der
Zahl seiner Defekte.
Aus diesem Grund ist die weitgehend amorph aufgebaute Aktivkohle im Vergleich zum
Graphit ein besonders leistungsstarkes Adsorbens. Andere, leistungsstarke Stoffe wie Zeo-
lithe sind nicht amorph, verfügen aber über ein sehr enges Kanalsystem. Sie haben eine
sogenannte innere Oberfläche, in der nur wenige Moleküle (Adsorptive) nebeneinander
Platz finden. Bei derartigen Stoffen lassen sich Adsorption und Kondensation kaum noch
unterscheiden. Zur Adsorption gibt eine vielfältige Fachliteratur, da dieser Effekt neben
dem Einsatz in solarthermischen Systemen auch eine wichtige Rolle bei der Klimatisie-
rung und vor allem bei der Katalyse eine ausgezeichnete Rolle spielt. Empfehlenswert sind
beispielsweise (Bathen und Breitbach 2001 ; Schwieger und Toufar 2007 ) und (Bruch et al.
2007 ).