Aerogele and Xerogele

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1 Willkommen Welcome Bienvenue Ziele der Energiestrategie 2035 und 2050 CO 2 -Emissions 25 Mio.t CO 2 -Emissions 8 Mio.t Chance Hochleistungsdämmung: Mehr Nutzfläche dank neuer Dämmsysteme auf Aerogelbasis Energy Import 325 PJ/a Renewable Energy 71 PJ/a Energy Import 110 PJ/a Renewable Energy 130 PJ/a Dr. Matthias M. Koebel CH Building Stock today Bedarf Reduzieren (WP 1) Chancen / Risiken zur Markteinführung (WP 4) Faktor 3 Intelligenter Betrieb (WP 2) CH Building Stock 2035 Dezentralisierte Energiesysteme (WP 3) Aerogel in der Gebäudehülle - USPs Reduzierte Dämmstärke Platzersparnis Vereinfachte Installation Nicht brennbar Altert nicht Wasserdampfdiffusionsoffen Unverändertes Erscheinungsbild Keine andere Lösung verfügbar Rückbau / cradle-to-cradle Aerogele and Xerogele Eine fein verteilte 3D Anordnung kolloidaler Teilchen in Luft Gel: 3D Partikel oder Polymernetzwerk mit einem Porenfluid Aerogel: Das Porenfluid ist Luft Poren im nm Bereich bestimmen Materialeigenschaften Am weitesten verbreitet / bekannt: Silikat Aerogele >90% Porosität (SiO 2 ) Andere Stoffe: Metalloxide, Polymere, Kohlenstoff, Metalle, etc. Geringe Dichte Extrem tiefe Wärmeleitfähigkeit möglich Mechanisch schwach / brüchig

2 Aerogelentwicklung ab 1980 bis heute Prozessentwicklung an der Empa Grosstechnische Betrachtungen verlangen ineinander greifende Prozessschritte First International Aerogel Symposium J. Fricke ZAE Würzburg Supercritical CO 2 drying A. Hunt / BASF BASOGEL BASF RMF and Carbon Aerogels R. Pekala Aerogel thin films By solvent drying Lawrence Livermore N. L. J. Brinker, D. Smith Sandia N. L. First PU Aerogel Rik de Vos Hydrophobization and solvent drying J. Brinker, D. Smith University of New Mexico Hoechst, Cabot & DOW Process development, many patents Cabot Corp. & Aspen Aerogels Production launch Industrial aerogel revolution Kontinuierliche Rohstoffherstellung Vorläufer Sol Gel Organogel Aerogel Kolloidbildung Kondensation Minimierung der Lösemittelmenge und Austauschprozesse Gelierung (Alterung) LM Austausch Chem. Modifizierung Geltrocknung (über- / unterkritisch) Trocknung Charakterisierungsmethoden NMR in Lösung In-situ NMR REM/TEM Licht / Röntgenstreuung In-situ SAXS / CDI Festkörper NMR Röntgentomographie Eintopf -Verfahren Schlüsselfrage: Wie kann man CAPEX / OPEX minimieren? Prozessvereinfachung mit Ziel einer minimalen Lösemittelbilanz Hydrophobierungsreagens im Sol enthalten ph als Katalysator für Gelierung (basisch) and Hydrophobierung (sauer) Eigenschaften von Eintopf Aerogelen

3 Marktsicht: Preis-Absatzkurve Heute: Nische Aerogeldämmung Wo Platz knapp ist Historische Gebäude Begehbare Balkone Fenstervorsprung Erker Haustechnik Rollladenkästen Bild: Emil Franov, Carbotech AG Bild: AGITEC AG Einzellösungen Kleines Volumen Hoher Zusatznutzen Bild: EVERTEC Solutions Bild: AGITEC AG Ökonomisches Gutenberg Modell für Oligopole / Monopole z.b. in Nischen: doppelt geknickte Preis-Absatzkurve Bild: Alumat-Frey, Kaufbeuren Bild: ANKAWÜ - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, Dämmstoffvergleich wo stehen wir? Kommerzielle SiO 2 Aerogelprodukte Ab 2018 BASF 30M CHF/a Cabot / Enersens Monolithische Aerogele λ 17 mw/(m K) Granulat (Schüttung) λ 19 mw/(m K) 200M CHF/a Aspen Aerogels 20M CHF/a Heck / BASF / Aspen <10M CHF/a Fixit / Haga / Parexlanko Aerogelmatten λ 15 mw/(m K) Dämmstoffplatten λ 17 mw/(m K) Pastös (Dämmputz) λ 28 mw/(m K)

4 Erfolgsstory: Fixit 222 Aerogeldämmputz Granulat als Plattformtechnologie Schlüsselfaktoren für Erfolg am Markt Preisreduktion SiO 2 Aerogel (Halbzeug) Schlüsselpartner für Produktentwicklung und Marketing Flexible Lösungen durch Joint Venture Partnerschaften Pastöse Systeme Rohstoffe Herstellprozess SiO 2 Aerogelgranulat Verarbeitung Dämmplatten (Bau) Industrie / Formteile Rohrleitungen Automobil / Transport Rohmaterialien SiO 2 Vorläufer Prozesstechnik Halbzeug Fertiges Produkt Endkunde Nutzflächengewinn Neubauszenario Projekt Hohlstrasse 100 Inklusive 80mm Rahmenverbreiterung

5 Wohin geht die Reise? Neuigkeiten in der Fenstertechnologie Standardlösung Isolierglas: Sonnnenschutz heute: Rolladen Produktionsprozesse Plattform Kommunikation technologien Doppel / Dreifachverglasung U = / W/m 2 K Soft low-e Beschichtung Gasfüllung Ar, Kr Markise Sonnenschutzglas Hochisolierende Verglasungen Neue Sonnenschutzsysteme Vakuumisolierglas (VIG) Mehrkammerglas: Mikrobeschattung Mikrospiegeltechnologie EPFL Hochvakuum mit geringem Glasabstand ( mm) U = W/m 2 K Randverbund kritisch Lebensdauer 30a? Chinesische Produkte verfügbar Bis zu 4 Folien (U = 0.3 W/m K) Floatglass (< 2mm) Spezielles Dünnglas (0.2-1mm) Produkt Microshade (Photosolar DK) Winkelabhängiger g-wert Starre Installation, keine Kontroll- möglichkeit Gruppe Dr. Andreas Schüler, LESO Winkelabhängiger g-wert Im Winter Lichtlenkung in den Raum Skalierung mittels Folientechnologie, roll-to-roll Prozess

6 Neue Sonnenschutzsysteme Zusammenfassung Thermochromes Glas Diverse Produkte (e.g. Ravenbrick, Pleotint - Suntuitive) Thermisch aktiviert Passives Konzept, keine externe Kontrolle Elektrochromes Glas: Diverse Produkte (Sage, View E-Control Glas) Elektrisch aktiviert Aktives Konzept, Nutzereingriff möglich Aerogele haben herausragende Materialeigenschaften sind aber teuer Empa als Kompetenzpartner Grundlagenforschung Prozessentwicklung Produktentwicklung Kostenreduktion durch Prozessvereinfachung in Sicht Potential von Aerogelgranulat in der Produktentwicklung -> Plattformtechnologie Mehr Nutzfläche im Neubau und Retrofit als Chancen? Wie verlässt man die Nische? Überblick Neuerungen im Fensterbereich (U-Wert und g-wert) Markteinführung ist ein steiniger Weg!! Rohstoff Hersteller Verteiler Systemanbieter Endverbraucher Fragen?