Energie- und Materialeffizienz

Ressourcenschonung durch effiziente Prozesse und Antriebe

Ein intensiv diskutierter Aspekt für das Gelingen der Energiewende ist die zunehmende Entkoppelung des Wirtschaftswachstums vom Energie- und Materialverbrauch. In vielen Industrienationen konnten hierbei durch Steigerungen der Energie- und Materialeffizienz große Erfolge erzielt werden. Diese beruhen zum großen Teil auf vielen kleinen Verbesserungen, aber auch auf einer verstärkten Berücksichtigung der Kreislaufwirtschaft.

 

Verbesserung von elektrischen Antrieben spielt entscheidende Rolle für den Energieverbrauch

Das Fraunhofer IFAM treibt im Bereich der Material- und Energieeffizienz insbesondere Entwicklungen voran, die nicht nur in der Produktentstehung, sondern auch in der Produktnutzungsphase und der Nachnutzungsphase Vorteile versprechen. Dabei lassen sich von effizienten Elektromotoren, reibungsminimierten Oberflächen und dem Leichtbau bis zu Prozessinnovationen in der Gießtechnik vielfältige Beispiele finden.

Elektrische Antriebe sind für ca. 40 % des weltweiten Stromverbrauchs verantwortlich. Entsprechend hat die Verbesserung von elektrischen Antrieben, trotz ihres typischerweise hohen Wirkungsgrads, einen großen Einfluss auf den elektrischen Energieverbrauch. Die Verbesserung dieser Antriebe lässt sich durch eine gezielte Auslegung der Elektromotoren und eine fertigungstechnische Optimierung erreichen. 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 oder hochwärmeleitfähige Vergussmassen. 

 

Beschichtungen reduzieren Reibung für die Steigerung der Energieeffizienz

Werden technische Maschinen für die Produktion oder den Transport eingesetzt, tritt immer Festkörperreibung und Verschleiß auf. Um die Energieeffizienz in der Produktion und im Transportwesen zu verbessern, beschäftigt sich das Fraunhofer IFAM seit über einem Jahrzehnt mit reibungsreduzierenden Beschichtungen, die teils auf bionischen Wirkprinzipen beruhen. Neben dem Bereich Festkörperreibung adressieren unsere Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auch den Bereich Strömung. So wurden bspw. Riblet Lacke entwickelt, die den Strömungswiderstand senken. Damit kann die Effizienz von Flugzeugen oder Windenergieanlagen gesteigert oder der Energieverlust in Rohleitungen gesenkt werden. 

Neben der Reibung spielt in vielen Anwendungen auch das Gewicht der Strukturen und Bauteile für den Energieverbrauch eine große Rolle. Ein klassisches Beispiel ist hierbei 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 als auch polymere Leichtbauwerkstoffe. 

Im Bereich der metallischen Leichtbauwerkstoffe stehen die ressourcenschonende Herstellung von Bauteilen in Guss- und Druckverfahren 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.  

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.

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