Erneuerbare Energien

Die Erzeugung von erneuerbarer Energie muss in den kommenden Jahren drastisch ansteigen, damit trotz aller Anstrengungen im Bereich Energieeffizienz die Klimaschutzziele erreicht werden. Dem Einsatz von innovativen Materialien und der Verbesserung von Prozessen kommt damit eine immer wichtigere Rolle zu. Diese Entwicklungen werden die Erhöhung der Produktionskapazitäten unterstützen und helfen, die Produktionskosten zu senken.

Neue Materialien und Prozesse für Kleben, Oberflächentechnik und Funktionswerkstoffe

Das Rückgrat unseres zukünftigen Energiesystems werden die Erzeugung und die Verteilung von erneuerbarer Energie sein. Neben ihrer Integration, Verteilung und Speicherung sind dabei geringe Energiegestehungskosten bspw. durch Windenergie, Solarenergie, Bioenergie oder Geothermie von großem gesellschaftlichen Interesse.

Das Thema erneuerbaren Energien muss als interdisziplinär angesehen werden. Werkstoffliche und prozesstechnische Fragestellungen spielen hier eine große Rolle und können unter anderem für Effizienzsteigerungen, Kostensenkungen und Zuverlässigkeitsverbesserungen genutzt werden. Die Entwicklung von neuen Materialien und neuen Prozessen für die Themen Kleben, Oberflächentechnik und Funktionswerkstoffe gehört zu den Kernkompetenzen des Fraunhofer IFAM. Entsprechend vielfältig sind die Aktivitäten des Fraunhofer IFAM im Bereich erneuerbare Energien. Das Institut unterstützt die Industrie z. T. seit mehr als 20 Jahren, u. a. in den Bereichen Korrosionsschutz, Formgebung und Funktionswerkstoffe, Oberflächentechnik, Klebtechnik, Leichtbau, elektrische Antriebe, Industrialisierung und Digitalisierung sowie 3D-Drucken.

Beispielhaft für die intensiven Aktivitäten im Bereich Material- und Prozessinnovationen für die erneuerbaren Energien können Rotorblattverklebungen, Erosionsschutzsysteme, der Korrosionsschutz von Solaranlagen und Werkstoffe für ein recyclinggerechtes Design genannt werden. 

Innovative Technologien und Erosionsschutzsysteme für Rotorblätter von Windkraftanlagen

Das Verkleben der Blattschalen ist für viele Rotorblätter nicht nur aus strukturmechanischer Sicht wichtig, sondern auch ein sehr relevanter Produktionsschritt. Neben einer schnellen und bedarfsgerechten Applikation des Klebstoffs ist eine zuverlässige Aushärtung für eine kurze Zykluszeit und damit effiziente Produktion wichtig. Zusätzlich zu strukturmechanischen Bewertungsverfahren und der Klebstoffbewertung beschäftigt sich das Fraunhofer IFAM mit der Klebstoffapplikation und der prozessintegrierten Qualitätssicherung und Digitalisierung.

Eine weitere innovative Technologie für die Blattproduktion sind Trennfolien. Die tiefziehfähige Trennfolie PeelPLAS® ermöglicht eine trennmittelfreie Fertigung von Rotorblattkomponenten und Rotorblättern. Zudem kann bei Bedarf ein Inmould-Coating erfolgen. Somit ist in der Rotorblattproduktion die Reduktion der Formbelegungszeit durch den Wegfall von Arbeitsschritten, des Aufwands für das Aktivieren der Oberfläche vor dem Beschichten und ggf. von Großteilen des Beschichtungsaufwands möglich.

Rotorblätter von Windenergieanlagen sind auf Grund der hohen Umfangsgeschwindigkeiten einer enormen Erosionsbeanspruchung ausgesetzt. Gleichzeitig werden die Blattoberflächen durch die Bewitterung (abhängig vom Standort z. B. UV-Strahlung, Feuchte, Temperaturwechsel, salzhaltige Gischt, aber auch Partikelerosion durch Sand) angegriffen. Das Fraunhofer IFAM arbeitet an erosionsfesten, bewitterungsstabilen und applikationsgerechten Systemen auf Lack- oder Halbzeugbasis, um hohe Erosionsbeständigkeiten im Betrieb zu erreichen. Darüber hinaus werden zur Lebensdauerabsicherung von Erosionsschutzschichten Prüfmethoden entwickelt.  

Fraunhofer IFAM entwickelt transparente Schutzschichten für Solaranlagen

Auch in den Bereichen der solarthermischen Kraftwerke und Photovoltaik spielt der Schutz vor Alterung durch Umwelteinflüsse eine große Rolle. Hierzu zählen bspw. die hydrothermale Alterung und Sanderosion, etwa durch Sandstürme. Das Fraunhofer IFAM entwickelt transparente Schutzschichten, die mittels plasmagestützter chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) auf die entsprechenden Bauteile abgeschieden werden. So lassen sich diese empfindlichen Bauteile effektiv schützen und die Standzeiten der Solaranlagen erhöhen. 

Neben diesen Beispielen könnten weitere innovative Entwicklungen und neue Technologien, wie z. B. der Verguss von elektrischen Komponenten genannt werden. Die Entwicklungen am Fraunhofer IFAM erfolgen dabei in enger Zusammenarbeit mit Materiallieferanten, Herstellern oder Betreibern.