Applikationen der Energieindustrie
Zukunft der Energieversorgung
Der globale Übergang zu erneuerbaren Energien erfordert innovative Ansätze in der Materialentwicklung und Prozessoptimierung. Die thermische Analyse hilft dabei, neue Werkstoffe für die Energiegewinnung effizient zu prüfen und deren Einsatz in realen Anlagen zu bewerten. So werden Materialien gezielt entwickelt, um Ressourcen zu schonen und CO₂-Emissionen zu senken.
Thermische Eigenschaften von Brennstoffen
Die Messung von Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität und thermischer Ausdehnung klassischer Brennstoffe wie Kohle, Erdöl und Erdgas ermöglicht die Optimierung von Verbrennungsprozessen. Die thermische Analyse liefert wichtige Daten für das Design von Kraftwerkskesseln und Turbinenkomponenten und hilft dabei, maximale Energieausbeute bei minimalem Materialverschleiß zu erreichen.
Energieversorgung durch Sonnenlicht
Über 90 % der heute bereits installierten Solarmodule sind aus polykristallinen Siliciumwafern gefertigt. Der Rest beruht auf Dünnschichtsolarzellen, von denen erwartet wird, dass ihr Marktanteil bis 2020 auf 20 % steigt (Quelle: DECHEMA e.V., Chemie als ein Innovationstreiber in der Materialforschung). Besonders im Kampf gegen Klimawandel, zum Schutz unserer Ressourcen und der Energiewende wird der Energierversorgung durch Photovoltaik und Co. eine immer größere Rolle zugeteilt.
Die Materialforschung muss dafür Solarzellen entwickeln, die kostengünstig, effizient und langlebige Technologien hervorbringt um die Sonnenenergie effektiv nutzen zu können.
Materialien der Zukunft:
- Kupfer-Indium-Gallium-Selenid-Solarzelle
- Dünnschichtsolarzellen
- Organische Photovoltaik (polymere Heterojunctions, farbstoffsensibilisierte Zellen, hybride organisch-anorganische Systeme)
Innovative Solarzellenmaterialien
Neben klassischem Silicium stehen neue Zelltypen wie CIGS, Cadmiumtellurid oder Perowskit im Mittelpunkt aktueller Entwicklungen. Ziel der Forschung sind verbesserte Wirkungsgrade, geringere Fertigungskosten und erhöhte Lebensdauer unter wechselnden Klimabedingungen. Materialanalytische Methoden ermöglichen eine präzise Qualitätskontrolle von Wafern, Substraten und Dünnschichten.
Entwicklung von Brennstoffzellen
Für Brennstoffzellen sind thermische Stabilität und elektrochemische Effizienz entscheidend. Neben Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen (PEMFC) und Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) werden hybride Systeme untersucht, die flexible Betriebsbedingungen ermöglichen. Thermische Analyseverfahren wie Thermogravimetrie oder DSC ermöglichen die Untersuchung von Degradation, Membranalterung und Reaktionsverhalten.
Materialien der Zukunft:
- Membran-Brennstoffzellen
- Schmelzcarbonat-Brennstoffzellen
- Festoxid-Brennstoffzelle
Nachhaltige Energieversorgung durch Molten Salts
Die Nutzung von Molten Salts spielt eine immer größere Rolle in der nachhaltigen Energieversorgung. Diese hochtemperaturstabilen Materialien bieten bemerkenswerte thermische Eigenschaften, die in Anwendungen wie Kernspaltungsreaktoren und Solarkraftwerken entscheidend sind.
Insbesondere das FLiNaK-Schmelzsalz, eine Mischung aus Lithiumfluorid (LiF), Natriumfluorid (NaF) und Kaliumfluorid (KF), spielt eine Schlüsselrolle in diesen Technologien, da es eine außergewöhnliche thermische Leitfähigkeit aufweist.
Praxisbeispiele und industrielle Anwendungen
- Optimierung von Solarthermieanlagen durch gezielte Materialauswahl
- Analyse und Recycling von Photovoltaikmodulen
- Brennstoffqualitätskontrolle für Energieversorger
- Langzeitstudien zu Wärmespeichermaterialien in Kraftwerken