Neue Materialien aus Jülich bringen die Energiewende voran

26.08.2016 - Deutschland

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert zwei Projekte des Jülicher Instituts für Energie- und Klimaforschung zur Energiewende mit rund 2,6 Millionen Euro. Der Parlamentarische Staatssekretär Thomas Rachel MdB überreichte dazu im Forschungszentrum Jülich die Förderbescheide.

„Der Erfolg von Energietechnologien basiert wesentlich auf der Verfügbarkeit geeigneter Materialien“, sagt Forschungsstaatssekretär Thomas Rachel MdB. Genau hier setzen die zwei neuen Jülicher Projekte an. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert die Vorhaben MAXCOM und ProtOMem im Rahmen der Förderinitiative „Materialforschung für die Energiewende“ mit insgesamt rund 3,1 Millionen Euro, davon gehen 2,6 Millionen Euro an das Forschungszentrum. „Mit den zur Verfügung gestellten Mitteln kann das Forschungszentrum Jülich sein Profil in der Energieforschung weiter schärfen. Bereits heute ist das Zentrum ein Eckpfeiler der deutschen Energieforschung“, so Rachel.

Erneuerbare Energien sind der Schlüssel für die nachhaltige Energieversorgung der Zukunft. Die Energiewende erfordert dabei viele Komponenten, die ineinandergreifen müssen: Das Material muss leistungsfähiger, die Energieeffizienz gesteigert und die Speichermöglichkeiten ausgebaut werden. Ein Grundstein für all diese Ziele ist die Materialforschung, seit vielen Jahren ein Schwerpunkt des Bereichs Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren des Jülicher Instituts für Energie- und Klimaforschung (IEK-1). Neue Materialien machen die Effizienzsteigerung bestehender Systeme möglich und bilden die Basis für neue, moderne Technologien.

Eine nachhaltige Energieversorgung auf Grundlage von Erneuerbaren Energien braucht leistungsfähige Materialien, die den hohen Anforderungen an Versorgungssicherheit, Effizienz und Wirtschaftlichkeit genügen.

MAXCOM – neues Material für höhere Betriebstemperaturen

Die Nachwuchsgruppe MAXCOM (MAX-Phasenkomposite oder MAX phase COMposites) entwickelt Materialien für Hochtemperaturanwendungen. Eine neue Klasse von keramischen Faserverbundwerkstoffen (Ceramic Matrix Composites: CMCs) soll eine höhere Betriebstemperatur von Gasturbinen ermöglichen. Dies würde nicht nur ihre Effizienz steigern, sondern auch die Schadstoffemissionen verringern. Darüber hinaus sind die geplanten CMCs leichter als die derzeit benutzten metallischen Legierungen – das Gewicht der entsprechenden Bauteile würde sich um 40 bis 60 Prozent reduzieren – und können oxidierenden und korrodierenden Atmosphären besser standhalten. Grundlage dieser CMCs sind sogenannte MAX-Phasen: Stickstoff- oder Kohlenstoffverbindungen, die sowohl keramische als auch metallische Eigenschaften haben, und ein Übergangsmetall und ein Hauptgruppenelement enthalten. Um deren Vorteile nutzen zu können und ein Konzept in ein marktfähiges Material weiterzuentwickeln, sind systematische Studien notwendig. Leiter von MAXCOM ist Dr. Jesus Gonzalez-Julian, das BMBF fördert MAXCOM mit gut 1,7 Mio. Euro für eine geplante Laufzeit von fünf Jahren.

ProtOMem – Entwicklung von protonenleitenden Membranen mit optimierter Mikrostruktur und verbesserten Transporteigenschaften für Energie- und Wasserstoffseparationsanwendungen

Im Rahmen der Energiewende sind zwei Aspekte von besonderer Bedeutung: hocheffiziente Umwandlung von chemischer in elektrische Energie – zum Beispiel in Brennstoffzellen – und die Erzeugung von Energieträgern wie reinem Wasserstoff, der dann als Ausgansstoff in vielen Prozessen weiter verwendet werden kann. In beiden Fällen spielen ionenleitende Membranen eine wichtige Rolle. So benötigen protonenleitende Brennstoffzellen Elektrolyte, die undurchlässig für Gase sind, aber von Wasserstoffionen durchdrungen werden können. Die Abtrennung von Wasserstoff aus Gasgemischen dagegen kann durch sogenannte protonisch-elektonisch leitende Membranen erreicht werden. Diese müssen in der Lage sein, sowohl Protonen als auch Elektronen getrennt zu transportieren. Für den zukünftigen industriellen Einsatz solcher Systeme sind intrinsische Materialeigenschaften (wie z.B. Leitfähigkeit, chemische und mechanische Stabilität) ebenso ausschlaggebend wie die Fähigkeit, eine geeignete Mikrostruktur in ausreichender Größe und Festigkeit herzustellen. Dies erfordert ein detailliertes Grundlagenverständnis ebenso wie eine Optimierung der Herstellungsprozesse. Das Projekt wird von Dr.-Ing. Mariya E. Ivanova geleitet, seine Laufzeit beträgt drei Jahre. Die Arbeiten werden in enger Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen und dem Max-Planck Institut für Festkörperforschung Stuttgart durchgeführt. Das BMBF fördert ProtOMem mit insgesamt 1,4 Millionen Euro.

https://www.chemie.de/news/159455/neue-materialien-aus-juelich-bringen-die-energiewende-voran.html