Albert Einstein leitete 1906 in seiner Dissertation die Einstein-Gleichung für die Viskosität von Suspensionen ab. Sie beschreibt, wie sich die Viskosität einer Flüssigkeit erhöht, wenn kleine, starre und unlösliche Kugeln darin verteilt werden. Diese Einstein-Korrelation kann zur Berechnung der Viskosität von Eisbrei verwendet werden. Eisbrei oder Flüssigeis ist ein zweiphasiger Kälteträger mit hervorragenden thermodynamischen Eigenschaften. Eine davon ist die Viskosität, die man mithilfe dieser Gleichung näherungsweise berechnen kann.
Mit dem Thema Eisbrei beschäftige ich mich seit 1994. Wir haben damals am Dänischen Technologischen Institut – DTI alternative Kälteanlagen für Supermarktkälteanlagen konzipiert. Eine dieser alternativen Lösungen sah vor, dass eine zentrale Kälteanlage mit einem natürlichen Kältemittel Eisbrei herstellt. Der Eisbrei sollte gespeichert werden, um so den Kältebedarf von der Kälteerzeugung zu entkoppeln. Sämtliche Normalkühlstellen sollten mit Eisbrei gekühlt werden. Eisbrei hat ähnliche Wärmeübergangszahlen beim Abschmelzen wie verdampfende Kältemittel im Verdampfer. So können die gleichen Wärmeübertrager zum Kühlen verwendet werden. Anstelle eines Expansionsventile wird beim Eisbrei eine kleine drehzahlregelbare Kreiselpumpe eingesetzt. Für die Tiefkühlung sollten kleine Satelliten-Kälteanlagen mit dem Kältemittel CO2 ihre Verflüssigerwärme an den Eisbreikreislauf abgeben. Da der Eisbrei eine Temperatur von -3 bis -4 °C hat, erfolgt die Verflüssigung des CO2 bei 0 °C, was einem Druck von 35 bar auf der Hochdruckseite im CO2-Kreislauf entspricht. Wir haben damals eine entsprechende Anlage beim DTI in Aarhus aufgebaut. Mit vier Kratzverdampfern eines kanadischen Herstellers und dem entsprechenden Ammoniak-Verdichter von Sabroe erzielte die Anlage ca. 60 kW Kälteleistung im Eisbreikreislauf. Der Eisbreispeicher hatte 10 m³ Fassungsvolumen. Mit dem Eisbrei wurden diverse Wärmeübertrager beschickt, um zum Beispiel einen Aufenthaltsraum zu kühlen. Die zugehörige CO2 Kälteanlage hatte mit dem kleinsten Verdichter von Sabroe eine Kälteleistung von etwas über 300 kW. Funktioniert hat das, weil der 10 m³ Eisbrei-Speicher die Kälte der Ammoniakanlage über einen längeren Zeitraum speichern konnte, um die CO2-Anlage dann über einen deutlich kürzeren Zeitraum zu kühlen.
Die erste derartige Anlage, d.h. mit einem natürlichen Kältemittel zur Herstellung von Eisbrei, einem 40 m³ Eisbreispeicher, Kühlung aller Normalkühlstellen durch Eisbrei sowie CO2-Satellitenkälteanlagen für die Tiefkühlung wurde 2013 an der Mensa Adenauerring des Studierendenwerks Karlsruhe in Betrieb genommen. Ich habe seinerzeit die wissenschaftliche Begleitung gemacht. Die Anlagenplanung führte Günter Schmidt durch, der im Lauf seines Lebens zahlreiche Eisbreianlagen geplant hat. Die Anlage läuft noch heute sehr zur Zufriedenheit des Studierendenwerk Karlsruhe und erzielt Jahr für Jahr Energie- und Kosten-Einsparungen gegenüber den ehemaligen HFKW-Kälteanlagen. Leider ist Günter Schmidt wie Goethe und Einstein bereits gestorben.
2005 hat das Internationale Kälteinstitut IIR übrigens das „Handbook on Ice Slurries“ herausgegeben.
Bild: Lili Vöhringer, Fotostudio Malthaner
