Die meisten Anwendungen für Thermochemische Wärmespeicher befinden sich noch in der Entwicklung. Erkennbar ist jedoch ein breites Spektrum von Einsatzgebieten:

• Natronlokomotive: eine 1883 entwickelte feuerlose Dampfspeicherlokomotivenbauerart, die sich nicht durchgesetzt hat.
• Saisonale Speicherung solarer Wärme: Sommerliche Wärme wird mittels Solarthermie eingefangen und im Winter zur Raumbeheizung und Warmwasserbereitung genutzt.
• Lastausgleich in Fernwärmenetzen: In Niederlastzeiten – nachts und am Wochenende – nimmt der Speicher Fernwärme auf, zu Spitzenlastzeiten liefert er die Wärme anstelle des Fernwärmenetzes.
• Luftentfeuchtung in Hallenbädern: Der Speicher nimmt Feuchtigkeit aus der Hallenluft auf und erwärmt die Luft gleichzeitig; überschüssige Wärme eines BHKW regeneriert den Speicher.
• Kälte für Raumklimatisierung: Der Sorptionsspeicher adsorbiert Wasser bei Unterdruck; das restliche Wasser kühlt durch die entzogene Verdampfungsenthalpie ab. Die Sorptionswärme kann zusätzlich genutzt werden.
• Adsorptionswärmepumpe: Der Speicher dient als Kurzzeit-Puffer für Solarwärme und wird mittels eines Erdgasbrenners regeneriert.
• Selbstkühlendes Bierfass: Der Wärmespeicher entzieht dem Bier am Einsatzort Wärme. Die Regeneration erfolgt durch Aufheizen in der Brauerei
• Solarkühlschrank: Ähnliches Prinzip wie beim selbstkühlenden Bierfass. Der Wärmespeicher wird durch Solarthermie regeneriert und dann an einen Kühlschrank angeschlossen. Auf diese Weise können beispielsweise in abgelegenen Gebieten der Dritten Welt Medikamente gekühlt werden.

Die für Thermochemische Wärmespeicher notwendigen Investitionen sind derzeit (Stand 2007) noch hoch. Dementsprechend werden verstärkt Speichersysteme erforscht, die Wärme nicht über Monate, sondern bloß über Stunden speichern. Ziel ist, den Speicher häufiger zu nutzen und damit den Betriebskostenvorteil des einzelnen Speichervorgangs zu vervielfachen.

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