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Neue Materialien für innovative Anwendungen gehören zweifelsohne zu den strategisch bedeutendsten Techno-Targets unserer Wirtschaft. Neue Werkstoffe sind ein wichtiger Baustein für ressourcen-, umwelt- und energieschonende Verfahren und Produkte. Sie sind Impulsgeber für Innovationen und liefern damit essentielle Beiträge zur Sicherung der globalen Wettbewerbsfähigkeit schlechthin.
Wer heute industrielle Prozesse effizienter betreiben will, Energie einsparen möchte oder die Wirtschaftlichkeit alternativer Energietechniken erprobt, kommt ohne neue Werkstoffe nicht aus. Denn: Energie und Werkstoffe sind untrennbar miteinander verknüpft. So erfordert die Bereitstellung von Energie in all ihren Formen immer die gleichzeitige Verfügbarkeit funktionsgerechter Werkstoffe.
Auf der MATERIALICA 1999, der 2. Internationalen Fachmesse für innovative Werkstoffe, Verfahren und Anwendungen, wird vom 27. bis 30. September die Schlüsselfunktion von neuen Werkstoffen im Bereich der Energietechnik zu den tragenden Themen gehören.
Jahr für Jahr verbraucht der durchschnittliche Weltbürger rund 2000 Kilowattstunden Energie, in Industrieländern wie Deutschland sind es im Durchschnitt sogar ca. 6000 kWh pro Person und Jahr. Die Verfügbarkeit von Energie mit Hilfe moderner Techniken
gehört damit zu den ganz großen Zukunftsaufgaben unserer Gesellschaft. Diese
Aufgabe kann nur im Rahmen einer konsequenten Nutzung aller Energieträger unter wirtschaftlich vertretbaren und umweltverträglichen Bedingungen gelöst werden. In diesem Szenario kommt der Werkstoff-Forschung eine ganz entscheidende Rolle zu.
Der Einsatz von Werkstoffen im Bereich der Energietechnik ist den meisten Menschen bereits so selbstverständlich geworden, daß man sich darüber keinerlei Gedanken macht.
Ein klassisches Beispiel ist die Anlieferung elektrischer Energie zum Endverbraucher: Nur den wenigsten ist bewußt, daß jeder moderne Haushalt ohne Bauteile aus keramischen Werkstoffen zum Erliegen käme. In Gestalt von Sockeln für Schalter und Regler, Steckdosen oder Anschlußklemmen sind sie beispielsweise in Elektroherden, Mikrowellengeräten, Wasch-, Geschirrspül- und Kaffeemaschinen zu finden. Die Firma CeramTec - um nur ein Beispiel zu nennen - stellt dem modernen Haushalt keramische Werkstoffe zur Verfügung, die in direktem Kontakt mit glühenden Heizspiralen Temperaturen bis zu 1200 °C aushalten. Das Einsatzspektrum für die hitzefesten Werkstoffe erstreckt sich von der Halogenlampe bis hin zum Wäschetrockner.
Wahre Werkstoff-Oldies im Bereich des Energietransports sind Isolatoren aus Tonerdeporzellan, die bereits seit über 90 Jahren weltweit in der Hochspannungstechnik zum Einsatz kommen. Das muß jedoch nicht heißen, das in diesem Bereich sämtliche Innovationspotentiale ausgeschöpft sind. So konnte CeramTec (Materialica-Stand B1.234) kürzlich zeigen, daß die ursprünglich für schwierige Umweltbedingungen entwickelten Verbundisolatoren aus hochwertigem Silicon nicht nur ein herausragendes Isoliervermögen besitzen. Vielmehr hat ihr geringes Gewicht gleichzeitig zu einer wesentlichen Vereinfachung des Aufbaus von Isolationsanordnungen geführt.
Werkstoffe im Bereich der Energieerzeugung sind oftmals besonders harschen Bedingungen unterworfen. Am Forschungszentrum Jülich (Materialica-Stand B1.317) haben sich aktuelle Fragestellungen zur Herstellung und Charakterisierung von beschichteten Gasturbinenschaufeln unlängst zu einem Arbeitsschwerpunkt herauskristallisiert. Hierbei stellte sich heraus, daß der kombinierte Schutz vor Oxidation und Temperaturüberhöhung von Schaufelwerkstoffen die Auflagerung eines komplex aufgebauten Schichtsystems erfordert, welches wiederum mit dem Basismaterial abgestimmt werden muß. "Die Schichten müssen haften, sie treten in Wechselwirkung untereinander und zeigen - abhängig von Temperatur, Atmosphäre und Zeit - Alterung bzw. Versagen," heißt es in einer Mitteilung des Instituts. Gegenwärtige Forschungsarbeiten verfolgen das Ziel, geeignete Modelle zu entwickeln und diejenigen Mechanismen, die zum "Worst Case" - also dem Crash führen, zu identifizieren.
Mit Hilfe der Hydridtechnologie will die GfE Metalle und Materialien GmbH (Materialica-Stand B1.109) neuen Technologien in der Energietechnik auf die Sprünge helfen. Die GfE-Hydridspeicher basieren auf einer Legierung, in der Wasserstoff reversibel gebunden wird. Ein erfolgversprechendes Einsatzgebiet sind beispielsweise Solarkollektoren. Zur Verbesserung der Wärmeisolation werden die Zwischenräume traditionell vakuumisoliert, was den aufwendigen und zeitintensiven Einsatz von Diffusionspumpen erfordert.
Wesentlich einfacher und kostengünstiger kann dies durch mit Hilfe von Metallhydriden erfolgen. Der chemisch gebundene Wasserstoff wird durch Erhitzen freigesetzt, spült die Zwischenräume und wird nach Verschluß des Zwischenraumes vom Speichermaterial wieder "eingefangen" (gegettert). Je nach Gettermenge und Leckrate läßt sich das Vakuum bis zu 30 Jahren aufrecht erhalten.
Auch die Wärmetransformation könnte mit Materialien auf Hydridbasis effektiver betrieben werden. So bleibt bei vielen Industrieprozessen, die als Energieträger hauptsächlich Erdöl und Gas verbrauchen, der größte Teil der Abwärme ungenutzt. Das liegt hauptsächlich daran, daß die Temperatur der Abgase nicht hoch genug, um sie technisch verwerten zu können.
Im Gegensatz zu konventionellen Systemen ist ein Wärmetransformator auf Hydridbasis indessen in der Lage, durch Temperaturerhöhung die Abfallwärme wieder in Nutzenenergie umzuwandeln. Dadurch werden wertvolle Energierohstoffe eingespart. Ähnlich vielversprechende Perspektiven eröffnen sich der Hydridtechnologie im Bereich der Niedertemperatur-Brennstoffzellen.
Bewährt haben sich Metallhydride bereits seit Anfang der 90iger Jahre als Elektrodenwerkstoff in wiederaufladbaren Batterien, wo ein Nickel-Metallhydrid das umweltschädliche Cadmium abgelöst hat. Ein weiteres Plus dieser Entwicklung war, daß der neue Werkstoff über eine höhere Energiedichte verfügt, und sich bestens für den Einsatz in schnurlosen Telefonen, Lap-Tops oder Camcordern bewährt hat.
Die hervorragenden Eigenschaften der Hydrid-Elektrode haben inzwischen auch die Entwicklung von Großbatterien für Elektrofahrzeuge positiv beeinflußt. Aufgrund des "Zero-Emission-Gesetzes" in Kalifornien liefen im vergangenen Jahr bereits zwei Prozent der neu zugelassenen Fahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb.
Weil in der Werkstoffindustrie selbst viel Energie verbraucht wird, will das Energieversorgungsunternehmen Preussen Elektra und Partner die diesjährige MATERIALICA nutzen, um Kunden aus diesem Umfeld anzusprechen.
Das Ziel ist es, Schwachstellen auszuloten, bestehende Produktionsprozesse zu optimieren und die Einsparpotentiale bei der Energie auszunutzen. Nach
Angaben der Preussen Elektra (Materialica-Stand B1.307) handelt es sich um ein computerunterstütztes Programm, welches selbst bei komplizierten betrieblichen Energiestrukturen für eine maximale Transparenz sorgt.
Es basiert auf einem ganzheitlichen Ansatz, der die Faktoren Energiebezug und Energieumwandlung gleichermaßen in die Situationsanalyse mit einbezieht.
Das Einsparpotential - auf der Basis langjähriger Erfahrungen - soll bei zehn bis 25 Prozent liegen.
Ansprechpartner für die Presse:
Dr. Rudolf Huber
Pressereferat MATERIALICA
Tel.: 089 - 949-20670
Fax: 089 - 949-20679
Email: huberr@messe-muenchen.de
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Elektrotechnik, Energie, Ernährung / Gesundheit / Pflege, Informationstechnik, Maschinenbau, Medizin, Werkstoffwissenschaften
überregional
Buntes aus der Wissenschaft, Wissenschaftliche Tagungen
Deutsch
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