Energieeffizienz optimieren

Energieeffizienz ist für das Gelingen der Energiewende unverzichtbar. Durch die Reduktion des Energieverbrauchs können Aufwand und Ressourcen für Transport, Speicherung und Management eingespart werden. Sowohl in der Gesellschaft als auch in der Industrie werden entsprechende Technologien verstärkt nachgefragt und Maßnahmen umgesetzt. Dabei spielen neue Materialien und Technologien eine entscheidende Rolle.

Das Fraunhofer IFAM treibt insbesondere Entwicklungen im Bereich der Material- und Energieeffizienz voran. Diese versprechen nicht nur Vorteile in der Produktentstehung, sondern auch in der Produktnutzungsphase und der Nachnutzungsphase. Von effizienten Elektromotoren über reibungsminimierte Oberflächen und den Leichtbau bis zu Prozessinnovationen in der Gießtechnik bietet unser Institut vielfältige Lösungen.

 

Verbesserung von elektrischen Antrieben führt zu weniger Energieverbrauch

Elektrische Antriebe sind für ca. 40 Prozent des weltweiten Stromverbrauchs verantwortlich. Daher spielt die Verbesserung ihrer Effizienz eine entscheidende Rolle für die Energieeinsparung. Ausschlaggebend dafür ist eine gezielte Auslegung und fertigungstechnische Optimierung der Elektromotoren. Der Fokus des Fraunhofer IFAM liegt dabei auf der Validierung neuer fertigungstechnischer Ansätze, wie z. B. gießtechnische Lösungen für Rotoren und Gehäuse, additive Fertigung weichmagnetischer Werkstoffe und der Entwicklung von Materialien für die Energietechnik wie z.B. hochwärmeleitfähige Verbundwerkstoffe und Vergussmassen. Dabei wird auch das thermische Management dieser Komponenten betrachtet.

 

Reibungsminimierung von Beschichtungen führt zu Steigerung der Energieeffizienz

Werden technische Maschinen für die Produktion oder den Transport eingesetzt, treten hohe Energieverluste durch Reibung und Verschleiß auf. Um die Energieeffizienz in der Produktion und im Transportwesen zu verbessern, forscht das Fraunhofer IFAM seit über einem Jahrzehnt an reibungsreduzierenden Beschichtungen. Diese basieren zum Teil auf bionischen Wirkprinzipien und adressieren sowohl Festkörperreibung als auch Strömungswiderstand. So wurden beispielsweise Riblet-Lacke entwickelt, die den Strömungswiderstand senken. Damit kann die Effizienz von Flugzeugen oder Windenergieanlagen gesteigert oder der Strömungswiderstand von Schiffen gesenkt werden.

 

Leichtbau für eine höhere Energieeffizienz

Neben der Reibung spielt in vielen Anwendungen auch das Gewicht der Strukturen und Bauteile für den Energieverbrauch eine große Rolle. Ein klassisches Beispiel ist hier der Leichtbau im Mobilitätssektor. Die eingesetzten Werkstoffe werden dabei immer spezifischer auf die jeweilige Funktion abgestimmt. Das Fraunhofer IFAM unterstützt dabei die Kette von Materialentwicklung, Prozesstechnologie, Bauteilkonstruktion, Validierung und Qualifizierung und Auslegung bis zur Fügetechnologie für metallische sowie polymere Leichtbauwerkstoffe.

Im Bereich polymerer Leichtbauwerkstoffe entwickelt das Fraunhofer IFAM neue Polymersysteme auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen, Systeme für eine verbesserte Recyclingfähigkeit und arbeitet an material- und ressourcenschonende Verarbeitungsprozessen.

Daneben ist die Kernkompetenz »Kleben« des Instituts die zentrale Fügetechnologie für den Leichtbau und ermöglicht werkstoffgerechten Leichtbau in effizienten Prozessen zu betreiben. Neben dem Fügen von verschiedenen Werkstoffen zu einem leistungsfähigen Gesamtsystem sind trennbare Klebverbindungen für ein sortenreines Trennen von geklebten Bauteilen und Strukturen ein aktuelles Forschungsthema unseres Instituts.

Im Bereich der metallischen Leichtbauwerkstoffe stehen die ressourcenschonende Herstellung von Bauteilen in Guss- und additiven Fertigungsverfahren im Fokus. Der Einsatz der Salzkerntechnologie im Aluminium-Druckguss steigert die Energieeffizienz durch einen ressourcenschonenden Werkstoffeinsatz und die Substitution von Gusskernwerkstoffen durch weiterverwendbares Salz. Durch die Nutzung von 3D-Druckverfahren mit Leichtmetallen können struktur- und funktionsoptimierte Bauteile mit minimalem Werkstoffeinsatz gefertigt werden. 

 

Nachhaltige Nutzung von Abwärme

Die Nutzung von Abwärme ist ein weiterer Ansatz zur Steigerung der Energieeffizienz. Viele industrielle Prozesse laufen bei hohen Temperaturen ab. Am Ende der Prozesse steckt ein Teil dieser Wärme entweder im Produkt des Prozesses (z.B. Bauteile) oder wird durch Kühlflüssigkeiten oder -gase als Abwärme abgeführt. Die Effizienz von Prozessen definiert sich insbesondere durch die Menge und die Nachnutzung dieser Abwärme. Die Abwärme in Kühlflüssigkeiten und -gasen kann durch Wärmetauscher direkt anderen Prozessschritten zugeführt werden. Passen Zeit und/oder Ort der anfallenden Abwärme nicht zu Zeit und/oder Ort der potenziellen Abwärmenutzung können Speicher diese Diskrepanzen überbrücken. Auch die Abgabe der Abwärme in Fernwärmenetze ist möglich.

Durch die angestrebte Dekarbonisierung der Industrie ändern sich auch die Anforderungen an die Abwärmerückgewinnung. Als Beispiel sind hier wasserstoffbetriebene Blockheizkraftwerke zu nennen, die Strom und Wärme produzieren. Aber auch bei Motoren, elektrischen Schaltanlagen, Elektrolyseuren oder Brennstoffzellen entsteht Abwärme, die z.B. in anderen Prozessschritten oder zur Heizung des Fahrgastraumes in Elektrofahrzeugen weiterverwendet werden kann.

 

Sprechen Sie uns gerne an, um mehr über unsere Forschungsaktivitäten und Dienstleistungen zur Optimierung der Energieeffizienz zu erfahren.