ZAE BAYERN. Tätigkeitsbericht 2007 BAYERISCHES ZENTRUM FÜR ANGEWANDTE ENERGIEFORSCHUNG E. V.

Transkript

1 ZAE BAYERN Tätigkeitsbericht 2007 BAYERISCHES ZENTRUM FÜR ANGEWANDTE ENERGIEFORSCHUNG E. V.

2

3 Tätigkeitsbericht 2007 Annual Report (zum 31. Dez. 2007/effective from Dec. 31 st 2007) ZAE Bayern Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.v. Bavarian Center for Applied Energy Research Der Vorstand: Prof. Dr. Ulrich Stimming (Vorsitzender) Prof. Dr. Vladimir Dyakonov Prof. Dr.-Ing. Hartmut Spliethoff Prof. Dr. Rudolf Weißmann

4 Herausgeber: Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.v. (ZAE Bayern) Textbeiträge und Fotos: von den Mitarbeitern der Abteilungen des ZAE Bayern Redaktion und Bearbeitung: Anja Matern-Lang, Dipl.-Phys. Christian Scherdel ZAE Bayern Am Hubland Würzburg Tel.: +49 (0)9 31/ Fax.: +49 (0)9 31/ Gesamtherstellung: Farbendruck BRÜHL GmbH Copyright: Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.v. (ZAE Bayern) Würzburg, April 2008 Bei Abdruck ist die Einwilligung der Redaktion erforderlich Gedruckt auf säurefreiem Papier 2

5 ZAE Bayern: Adressen Sitz des Vereins (VR 1386) und zentrale Information: ZAE Bayern, Am Hubland, Würzburg Tel / , Fax: 09 31/ Vorsitzender des Vorstands: Prof. Dr. U. Stimming ZAE Bayern Walther-Meißner-Str. 6, Garching ZAE Bayern im Internet: Abteilung 1: Technik für Energiesysteme und Erneuerbare Energien Prof. Dr. U. Stimming (Wissenschaftlicher Leiter) Prof. Dr.-Ing. H. Spliethoff (Wissenschaftlicher Leiter) Dipl.-Phys. W. Schölkopf (Abteilungsleiter) Walther-Meißner-Str. 6, Garching Tel. 0 89/ , Fax 0 89/ info1@muc.zae-bayern.de Abteilung 2: Funktionsmaterialien der Energietechnik Prof. Dr. V. Dyakonov (Wissenschaftlicher Leiter) Dr. H.-P. Ebert (Abteilungsleiter) Am Hubland, Würzburg Tel / , Fax 09 31/ info2@zae.uni-wuerzburg.de Abteilung 3: Thermosensorik und Photovoltaik Prof. Dr. R. Weißmann (Wissenschaftlicher Leiter) Dr. F. Scheffler (Abteilungsleiterin) Am Weichselgarten 7, Erlangen Tel / , Fax / info3@zae.uni-erlangen.de 3

6 Inhaltsverzeichnis Vorwort Das ZAE Bayern im Überblick ZAE Bayern: An Overview 1.1 Organisationsstruktur Haushalt und Finanzen Personal und Räumlichkeiten Rückschau Vorschau Ergebnisse aus Forschung und Entwicklung Results of Research and Development (Abstracts in English are provided for all articles in this chapter) 2.1.Wärme Heat Antikorrosionsschichten auf Basis keramischer Beschichtungen Neue hoch dämmende Materialien für Temperaturen bis 2500 C Transparente leitfähige Metalloxide mit geringem Emissionsgrad Formgebung bei hochporösen synthetischen Kohlenstoffen Entwicklung von polymerabgeleiteten keramischen Schäumen zum Einsatz in Porenbrennern Trilobale Polyimid-Fasern für Kryo-Superisolationen Hochtemperaturwärmetauscher für die effiziente Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung Solares Heizen und Kühlen mit Absorptionskältemaschinen und Latentwärmespeichern Entwicklung hocheffizienter Flachkollektoren für Prozesswärme und solare Kühlung im Bereich 70 C bis 150 C Regenerative Kühlung mit unabgedeckten Metalldach-Solarkollektoren Hot-Box für hochwärmedämmende Fenster- und Fassadensysteme Entwicklung von Produktionstechniken für Vakuumisolierglas Elektrizitätserzeugung Electricity Generation Erprobung neuer Einkapselungsmaterialien für Solarmodule Transparente polymerabgeleitete Keramik als Katalysatorträger für photoaktives Titandioxid Kohlenstoff Trägermaterialien für DMFCs PEM Brennstoffzellen Anoden mit reduziertem Edelmetallgehalt Neues Texturierungsverfahren für einkristalline Silizium-Solarzellen Entwicklung einer mesoporösen TiO2-Elektrode für organisch-anorganische Bulk-Heterojunction (BHJ) Solarzellen Serienverschaltete Si-Solarmodule auf Borosilikatglas Simulation und Optimierung thermischer Managementkonzepte für Netzwechselrichter in Photovoltaikanlagen Entwicklung eines DMFC Brennstoffzellenstapels Infrarot-Untersuchung von Rissen in PV-Modulen Alterungs- und Belastungstests für Photovoltaikmodule Lock-In-Thermographie an organischen und Dünnschicht-Silizium-Solarzellen Energiespeicherung Energy Storage Entwicklung hocheffizienter Latentwärmespeicher auf Basis anorganischer Speichermaterialien Verkapselung organischer und anorganischer Latentwärmespeichermaterialien Latentkältespeicherung im Temperaturbereich 10 C bis 18 C Latentwärmespeicherung im Temperaturbereich 100 C bis 300 C

7 2.3.5 Keramische Module als Containments für Phasenwechselmaterial (PCM) Qualitätssicherung bei Erdwärmesonden Latentwärmespeichermaterialien (PCM) zur Wärmebehandlung von Buruli Ulcer Niedertemperatur Latentwärmespeicher als Systemkomponente zum solaren Heizen und Kühlen Konstruktive Auslegung mobiler Sorptionsspeicher Entwicklung von Kohlenstoffelektroden für Superkondensatoren Erdwärme basierte Weichenheizung Systemanalyse und -technik System Analysis and -Technology Beurteilung der Feinstaubimmissionen aus Emissionen der Gebäudeheizung im Raum Augsburg Messungen zur Wärmenutzung bei kleinen landwirtschaftlichen Biogasanlagen Effiziente Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung Polygeneration mit thermisch angetriebenen Kühlgeräten Entwicklung und Test von Gebäudekomponenten mit PCM in Demonstrationsobjekten Vakuumisolationspaneele-Bewährung in der Baupraxis Kommunale Energieversorgung und Gebäudekonzepte Energieverbrauch von Haushaltsgeräten Defektanalyse von Photovoltaikmodulen mittels Infrarotmessungen Das Programm Energiespeicherung der internationalen Energieagentur IEA Forschungs- und Entwicklungsangebote der Abteilungen Abteilung Technik für Energiesysteme und Erneuerbare Energien Abteilung Funktionsmaterialien der Energietechnik Abteilung Thermosensorik und Photovoltaik Structure and R & D Activities of ZAE Bayern Das ZAE Bayern 2007 in Wort und Schrift Presentations, Publications and Reports 5.1 Vorträge und Poster Eingeladene Vorträge Sonstige Vorträge und Poster Veröffentlichungen Referierte Veröffentlichungen Sonstige Veröffentlichungen Diplomarbeiten Dissertationen Mitarbeit in Gremien Vorlesungen Sonstige Veranstaltungen Das ZAE Bayern in der Presse (Auswahl) ZAE Bayern in the press (a selection) To our English speaking readers: With respect to the increasing number of international partners involved in R&D with the Bavarian Center for Applied Energy Research (ZAE Bayern), the following items have been included in English: an abstract of each article about the R&D results in Chapter 2, captions throughout the report, and a description of the structure and fields of R&D of ZAE Bayern in Chapter 4. 5

8 Vorwort Zurückblickend kann das Jahr 2007 als ein sehr erfolgreiches für das ZAE Bayern betrachtet werden. Die wissenschaftlichen Leistungen, die erzielten Ergebnisse, Zufriedenheit unserer Projektpartner, Projektlage und das Haushaltvolumen, die Zahl der Mitarbeiter; vieles weist darauf hin, wie gut sich das Institut in der Wissenschaftslandschaft entwickelt. Die Ursachen sind vielschichtig. Wesentlich ist sicherlich, dass sich das Thema Energie in den vergangenen Jahren zu einem der Topthemen weltweit entwickelt hat. Steigende Energiepreise sowie die erhöhte Sensibilität für die Themen Umwelt, Ökologie und nachhaltiger Umgang mit natürlichen Ressourcen haben zu Veränderungen in der öffentlichen Wahrnehmung und bei den Handlungen der politisch Verantwortlichen geführt. Das alles führte zu einer beschleunigten Entwicklung des Gebiets Energietechnologie weltweit. Für das ZAE Bayern bedeutet dieser Umstand, dass eine Reihe neuer Arbeitsbereiche begonnen wurde. Beispielhaft hierfür ist der nanotechnologische Ansatz in der Energietechnologie, der vor allem seitens der Industrie immer stärker nachgefragt wird. Wichtige Ergebnisse waren die Entwicklung alternativer Sol-Gel-Synthesen kohlenstoffbasierter, mikro- und mesoporöser Materialien. Außerdem wurden Kohlenstoffnanoröhren als Katalysatorsubstrate in der Brennstoffzelle eingesetzt. Im Bereich Photovoltaik wurden die Aktivitäten auf PV-Systeme und Hochtemperaturwerkstoffe ausgedehnt. Die Entwicklung und Erforschung neuartiger Funktionsmaterialien auf Multiskala nimmt eine Schlüsseldisziplin bei der Entwicklung neuer Energiekomponenten und -techniken ein, was sich durch den Aufbau von beträchtlichem Know-how am ZAE Bayern ausdrückt. Um der gestiegenen Erwartungshaltung der Gesellschaft an die Wissenschaft nach neuen Konzepten, Techniken und Systemen, die auch zukünftig die Versorgung mit dem Faktor Energie sicherstellen, zu erfüllen, benötigt die Forschung heute eine entsprechende apparative Ausstattung. Besonders erwähnenswert in diesem Zusammenhang ist die im Jahr 2007 getätigte Anschaffung eines hochauflösenden Rasterelektronmikroskops (REM) mit finanzieller Unterstützung durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie (BayStMWIVT). Das REM bildet das Herzstück des Zentralanalytiklabors des ZAE Bayern. Ein weiterer wichtiger Baustein für Erfolge in der Wissenschaft sind besonders gut ausgebildete und engagierte Mitarbeiter. Durch die seit der Gründung intensiv betriebene Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses am ZAE Bayern ist das Institut nach wie vor bestens positioniert und in der Lage, den Bedarf an qualifiziertem Personal zu decken. Zum Jahresende 2007 waren über 160 Mitarbeiter für das ZAE Bayern tätig. 59 Mitarbeiter davon befanden sich zum gleichen Zeitpunkt als Diplomanden, Doktoranden, Praktikanten und Auszubildende im Status der beruflichen Qualifizierung. Wesentlich für dieses hohe Maß an Ausbildungsaktivität sind die engen Kooperationen mit den Universitäten an den Standorten des Institutes. An dieser Stelle möchte sich der Vorstand sehr herzlich für die erbrachten Leistungen, das Engagement und die Innovationskraft bei den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern bedanken. Die Entwicklung des ZAE Bayern zu einem Institut der Wissenschaftsgemeinschaft Gottfried Wilhelm Leibniz (WGL) wurde im Jahr 2007 konsequent fortgesetzt. Nach der Evaluierung 2006 hat der Vorstand die Empfehlungen des Wissenschaftsrates aufgenommen und die notwendigen Maßnahmen eingeleitet. Intensiv wurden die Satzungsänderungen vorangetrieben, um die Strukturen des Institutes WGL-konform zu gestalten. Eine wesentliche Auswirkung dieser Änderungen betrifft das Kuratorium, das als Aufsichtsgremium künftig eine geringere Personenanzahl hat und die Aufgaben der wissenschaftlichen Betreuung an den neu zu berufenden wissenschaftlichen Beirat abgibt. In diesem Zusammenhang möchten wir den Wechsel an der Spitze unseres Kuratoriums erwähnen. Dr. Roland Hofer, E.ON-Bayern, wird künftig das Gremium leiten. Dem auf eigenen Wunsch ausgeschiedenen Kuratoriumsvorsitzenden, Herrn Prof. em. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Franz Mayinger, der das Kuratorium seit 2004 geleitet hat, gilt unser besonderer Dank. Die Mitarbeiter und der Vorstand des 6

9 ZAE Bayern wünschen Herrn Prof. Mayinger alles Gute für die Zukunft. Für seine Verdienste um das ZAE Bayern wurde Prof. Mayinger am 28. November 2007 die Ehrenmitgliedschaft im ZAE Bayern von der Mitgliederversammlung verliehen. Ebenfalls danken möchte der Vorstand den anderen Kuratoren, deren Amtszeit im Jahr 2007 endete. Ihr Engagement und Rat haben dem Institut viele Impulse für die F&E-Tätigkeiten gegeben. Der Vorstand freut sich auf die Zusammenarbeit mit dem neu zusammengesetzten Kuratorium und mit dem wissenschaftlichen Beirat. Im Zusammenhang mit dem WGL-Beitritt wurde auch die Stellung der Vorstände im ZAE Bayern diskutiert. Ziel ist eine noch stärkere Einbindung der wissenschaftlichen Leiter in das Institut. Bislang nehmen die wissenschaftlichen Leiter ihre Tätigkeit am ZAE Bayern neben ihrer Professorentätigkeit mit vollem Lehrumfang an der Universität wahr. Derzeit finden Gespräche mit dem Bayerischen Staatsministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst (BayStWFK), dem BayStMWIVT sowie den beteiligten Universitäten statt, um neue Kooperationsvereinbarungen zu erarbeiten, die eine stärkere Einbindung ermöglichen. Eine erfolgreiche angewandte Energieforschung ist über längere Zeit nur auf Basis solider Grundlagenforschung möglich. In einem überwiegend drittmittelfinanzierten Institut, wie dem ZAE Bayern, benötigt dieses Thema besondere Aufmerksamkeit. Der Freiraum für die Grundlagenforschung wurde im Rahmen der Vorstandsreserve realisiert. In 2007 wurden fünf sog. Vorstandsprojekte beschlossen, an welchen jeweils mindestens zwei Abteilungen partizipieren. Vorstandsprojekte fördern nicht nur die grundlagenrelevanten Forschungsaspekte, sondern auch die Vernetzung zwischen den einzelnen Abteilungen. Der hier begonnene Weg erweist sich als richtig und förderlich. Im Bereich der Hochtemperatur-PCMs gelang es im vergangenen Jahr auf Basis der Erkenntnisse des zugehörigen Vorstandsprojekts über eine Industriekooperation ein öffentlich gefördertes Projekt zu generieren. Ebenfalls hilfreich ist die Ausrichtung der Forschungsarbeiten nach Forschungsthemen. Hierbei werden die Arbeitsfelder nicht nach der Standort-Struktur des ZAE Bayern beschrieben, sondern anhand der Themenschwerpunkte Wärme, Elektrizitätserzeugung, Energiespeicherung sowie Systemanalyse und technik. Die in Verbindung mit der Abteilungsstruktur erreichte Matrixstruktur führt zu einer besseren Kommunikation innerhalb des ZAE Bayern und zu neuen Ansätzen bei der Lösung bestimmter Problemstellungen. Das Wachstum des Instituts sorgt zwangsläufig für räumliche Engpässe. Das ZAE Bayern ist daher froh und dankbar, bereits im Jahr 2006 die Genehmigung eines Erweiterungsbaus für den Standort Würzburg durch das BayStMWIVT erhalten zu haben. Im Laufe des Jahres 2007 nahm das als Anbau an das Physikalische Institut der Universität Würzburg konzipierte Gebäude Gestalt an. Im Jahr 2008 werden die Räumlichkeiten mit einer Gesamtfläche von 900 m² übergeben und die derzeit sehr beengt untergebrachte Arbeitsgruppe Organische Photovoltaik kann die modernen und gut ausgestatteten Labore beziehen. Ein besonderer Dank geht an das BayStMWIVT für die Bereitstellung der institutionellen Förderung, sowie die Unterstützung bei vielen Frage- und Problemstellungen. Besonders hervorheben möchten wir auch die Begleitung und den Beistand durch das Ministerium und seiner Mitarbeiter auf dem Weg des ZAE Bayern zu einem WGL-Institut. Besonderer Dank gilt auch dem BayStWFK, das die Bestrebungen des ZAE Bayern zur Aufnahme in die WGL unterstützt und engagiert begleitet hat. Auch allen anderen Fördergebern und deren Mitarbeitern, unseren Projektpartnern aus der Industrie sowie den Mitgliedern des ZAE Bayern möchte der Vorstand für die Kooperationsbereitschaft und Treue sehr herzlich danken. (U. Stimming) 7

10 1 Das ZAE Bayern im Überblick ZAE Bayern: An Overview 1.1 Organisationsstruktur ZAE Bayern s structure Abb.1.1. Organigramm des ZAE Bayern in ZAE Bayern s structure in 2007 (see Chapter 4). Das Bayerische Zentrum für Angewandte Energieforschung e.v. (ZAE Bayern) ist ein eingetragener, gemeinnütziger Verein. Der Verein wurde im Dezember 1991 mit Sitz in Würzburg gegründet. Zweck ist die Förderung der angewandten Energieforschung in den Themenbereichen: Wärme Elektrizitätserzeugung Energiespeicherung Systemanalyse und -technik Dabei ist die Entwicklung von mikro- und nanostrukturierten Materialien, innovativen Komponenten und Systemen in der Energietechnik ein zentrales Anliegen. Der Verein unterhält ein Forschungsinstitut mit drei Abteilungen an den Standorten Garching, Würzburg und Erlangen. Die genannten Themenbereiche werden abteilungsübergreifend bearbeitet und sorgen so für eine enge Vernetzung der einzelnen Arbeitsgruppen in den Abteilungen. An den Standorten ist das ZAE Bayern jeweils über Kooperationsverträge eng mit den Universitäten in München, Würzburg und Erlangen verbunden. Verbundprojekte, die gemeinsam von den ZAE-Abteilungen mit einer Vielzahl industrieller Partner durchgeführt werden, profitieren von der engen Vernetzung und den hieraus resultierenden Synergieeffekten. Die Garchinger Abteilung wird von zwei wissenschaftlichen Leitern und einem Abteilungsleiter geführt, die Würzburger und Erlanger Abteilung haben je einen wissenschaftliche Leiter und einen Abteilungsleiter. Jede Abteilung ist jeweils in mehrere Arbeitsgruppen untergliedert. Eine detaillierte Beschreibung der Arbeitsgebiete und Forschungsergebnisse ist in den Kapiteln 2, 3 und 4 zu finden. Die Verwaltung wird vom ZAE Bayern eigenständig durchgeführt. Unter der Leitung von Herrn Dipl.- Betriebswirt (FH) Matthias Groll bearbeitet das in Würzburg ansässige Team die Bereiche Controlling, 8

11 Das ZAE Bayern im Überblick Buchhaltung und Öffentlichkeitsarbeit. Die Verwaltung arbeitet an der Schnittstelle von Vorstand, Abteilungen und externen Kooperationspartnern. Hier wird auch die Arbeit von Vorstand, Kuratorium, wissenschaftlichem Beirat und Trägerverein unterstützt und organisiert. Der Vorstand des ZAE Bayern, bestehend aus den vier wissenschaftlichen Leitern, ist für die Geschäftsführung des ZAE Bayern und die wissenschaftliche, personelle und finanzielle Planung verantwortlich. Das Kuratorium berät das ZAE Bayern in wichtigen ökonomischen und organisatorischen Fragen. Die Empfehlungen dieses Gremiums sind insbesondere hilfreich für die Ausrichtung und Gewichtung der Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten im Institut und in den einzelnen Abteilungen. Der wissenschaftliche Beirat berät das ZAE Bayern in allen wissenschaftlichen und technischen Fragen. Die jährliche Mitgliederversammlung fand am 28. November 2007 in Garching statt. Dabei wurde dem Vorstand und dem Kuratorium des ZAE Bayern für das Jahr 2006 die Entlastung erteilt. Ferner wurden der Vorstand und das Kuratorium neu gewählt (siehe Kapitel 1, Seite 11). Die ebenfalls an der Mitgliederversammlung beschlossene Satzungsänderung führte zu einer deutlichen Minderung der Anzahl der Kuratoren. Im Gegenzug sieht die Satzung den wissenschaftlichen Beirat als neues Gremium vor, der den Vorstand bei wissenschaftlichen, technischen und organisatorischen Fragen von Gewicht zukünftig berät. Ende 2007 hatte der Verein Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.v. 43 Mitglieder aus Wissenschaft, Industrie und dem Energieversorgungsbereich. Als neues Ehrenmitglied wurde Prof. Franz Mayinger von der Mitgliederversammlung gewählt. 9

12 Das ZAE Bayern im Überblick ZAE BAYERN 2007 Die Mitglieder Members Unternehmen Enterprises BMW AG, München Bayerngas GmbH, München Bekon GmbH, Unterföhring B + O Wohnungswirtschafts GmbH & Co. KG, München E.ON Bayern AG, Regensburg GLAS KEIL GmbH & Co. KG, Würzburg Grammer Solar GmbH, Amberg Hightex GmbH, Rimsting IBC Solar AG, Staffelstein Knauf Dämmstoffe GmbH, Wadersloh-Liesborn Münchner Gesellschaft für Stadterneuerung mbh (MGS), München NETZSCH-Gerätebau GmbH, Selb Porextherm Dämmstoffe GmbH, Kempten SCHOTT Solar GmbH, Alzenau Siemens AG, Erlangen SolarNext AG, Rimsting SolarWorld Industries Deutschland GmbH, München Stadtwerke Würzburg AG, Würzburg Stadur-Süd GmbH, Pliezhausen va-q-tec AG, Würzburg Natürliche Personen/Ingenieurbüros Natural Persons/Consulting Engineers Dipl.-Ing. H. Baier, Wackersdorf M. Dietrich, Rüdenhausen Dipl.-Ing. G. Hugo, Schondorf Dipl.-Ing. H. Kling, Lindau Dipl.-Ing. M. Portula, Berlin Verbände und Institutionen Associations and Institutions Bundesverband Kalksandsteinindustrie e.v., Hannover Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie e.v., München FG SHK-Fördergesellschaft SHK Bayern mbh, München Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v., München IHK Würzburg, Würzburg Ludwig-Bölkow-Stiftung, Ottobrunn Stadt Würzburg, Würzburg Verband der Bayerischen Elektrizitätswirtschaft e.v. (VBEW), München Mitglieder von Amts wegen Official Members Prof. Dr. V. Dyakonov, Würzburg Prof. Dr.-Ing. H. Spliethoff, Olching Prof. Dr. U. Stimming, München Prof. Dr. R. Weißmann, Effeltrich Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie (BayStMWIVT), München Ehrenmitglieder Honorary Members Prof. Dr. J. Fricke, Gerbrunn Prof. Dr.-Ing. D. Hein, Fürstenfeldbruck Prof. Dr. R. Hezel, Pullach Prof. em. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. F. Mayinger, München Prof. Dr. M. Schulz, Weiher 10

13 Das ZAE Bayern im Überblick Der Vorstand Board of Directors Der Vorstand setzte sich im Jahr 2007 wie folgt zusammen: Prof. Dr. Ulrich Stimming (Vorsitzender), Lehrstuhl E 19, Physik Department, Technische Universität München Prof. Dr. Vladimir Dyakonov Lehrstuhl für Experimentelle Physik VI, Julius-Maximilians-Universität Würzburg Prof. Dr.-Ing. Hartmut Spliethoff, Lehrstuhl für Energiesysteme, Fakultät Maschinenwesen, Technische Universität München Prof. Dr. Rudolf Weißmann, Institut für Werkstoffwissenschaften, Technische Fakultät, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Das Kuratorium Advisory Board Dr.-Ing. R. Hofer (Vorsitzender) E.ON Bayern AG, Regensburg Ministerialrat Dr. G. Brun Bayerisches Staatsministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst, München Ministerialdirigent M. Mitterer Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie, München W. Schnell BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH, Traunreut Dr. I. Schwirtlich SCHOTT Solar GmbH, Alzenau Prof. Dr.-Ing. U. Wagner Forschungsstelle für Energiewirtschaft e. V., München 11

14 Das ZAE Bayern im Überblick ZAE BAYERN Haushalt und Finanzen Budget and Finances Der Institutshaushalt belief sich im Jahr 2007 auf ca. 7,1 Mio.. Die in Abb. 1.2 dargestellte Entwicklung der Erträge in den Jahren 2002 bis 2008 weist für das Jahr 2007 eine Grundfinanzierung vom Bayer. Wirtschaftsministerium (BayStMWIVT) in Höhe von 1,9 Mio. aus. Ca. 5,0 Mio. Drittmittel sowie ca. 0,2 Mio. sonstigen Einnahmen konnten generiert werden. Die Drittmittel setzen sich aus 3,0 Mio. öffentlichen Projektmitteln und 2,0 Mio. Industriemitteln zusammen. 1.3 Personal und Räumlichkeiten Staff and Locations Zum Jahresende 2007 waren am ZAE Bayern 162 Mitarbeiter tätig. Bedingt durch das weiter gestiegene Projektvolumen erhöhte sich auch die Anzahl der Mitarbeiter. Überwiegend kamen diese aus den Fachbereichen Physik, Maschinenbau und Verfahrenstechnik. Der Anteil weiblicher Beschäftigter betrug 24%. 20 Doktoranden, 29 Diplomanden, 8 Praktikanten sowie 2 Auszubildende waren im Institut tätig. Somit befanden sich 37% der Mitarbeiter in Ausbildung. Abb. 1.3 Personalstruktur der Mitarbeiter. Distribution of employees Abb. 1.2 Entwicklung der Erträge des ZAE Bayern in den Jahren 2003 bis 2008 (ohne Mittel für Baumaßnahmen). ZAE Bayern s budget from 2003 to The budget comprises (from top to bottom) proceeds from industry and public institutions, miscellaneous sources and funding from the Bavarian Ministry of Economic Affairs, Infrastructure, Transport and Technology (BayStMWIVT). Den Einnahmen stehen 4,4 Mio. Personalausgaben, 2,0 Mio. Sachausgaben sowie Investitionen in Höhe von 0,5 Mio. gegenüber. Insgesamt wurden im Jahr Projekte mit 222 Partnern bearbeitet. Dem ZAE Bayern steht eine Hauptnutzfläche von m² zur Verfügung m² werden als Laborfläche genutzt. Die Laborflächen verteilen sich wie folgt: Garching 500 m² Würzburg 660 m² (davon 350 m² Technikum) Erlangen 400 m² (davon 190 m² Technikum in Alzenau) In Würzburg und Garching ist das ZAE Bayern in eigenen Gebäuden untergebracht. Die Erlanger Abteilung befindet sich in angemieteten Räumen im Innovations- und Gründerzentrum (IGZ). Durch einen an die Physikalische Fakultät der Universität Würzburg angeschlossenen Neubau wird das ZAE Bayern im Jahr 2008 zusätzliche Labor- und Büroflächen gewinnen und die enge Kooperation mit der Universität intensivieren. 12

15 Das ZAE Bayern im Überblick 1.4 Rückschau Review 2. Cluster-Treff Photovoltaik, Garching, 28. Februar 2007 Der 2. Cluster-Treff zum Thema Photovoltaik fand in den Räumen der Firma GE Global Research Europe in Garching statt. Neben Vorträgen u.a. zu den Themen Beispiele aus der PV Forschung bei GE bzw. Anwendungsorientierte PV Systementwicklung an der TU München wurde den Teilnehmern die Besichtigung des PV Forschungsbereiches von General Electric (GE) in Garching angeboten. General Electric ist eines der großen weltweit tätigen Unternehmen im Energiesektor. Die Cluster-Treffs finden bei Firmen bzw. wissenschaftlichen Instituten statt. Zielgruppe sind Vertreter aus Firmen und Instituten, die sich über aktuelle Entwicklungen informieren möchten, Interesse an der Kompetenz des gastgebenden Unternehmens bzw. Instituts haben und mit diesem bezüglich zukünftiger potentieller Zusammenarbeit näher in Kontakt treten möchten. Weitere Informationen finden Sie unter Abb Photovoltaikanlage Photovoltaic plant Stipendiatin der Alexander-von-Humboldt-Stiftung Die Erlanger Abteilung des ZAE Bayern und der Lehrstuhl für Glas und Keramik der Friedrich- Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg sind Gastgeber für Frau Dr. J. Torrey von der University of Washington, Seattle, Department of Materials, Science and Engineering. Sie arbeitet seit Juni 2007 (bis Juli 2008) im Rahmen eines durch die Alexander-von-Humboldt-Stiftung geförderten Forschungsaufenthaltes an der Entwicklung von TiO2-Glasschaum-Kompositen. Diese Materialien eignen sich insbesondere für eine energieeffiziente Abwasserreinigung mittels Photokatalyse. 22. Europäische Solar Energie Konferenz und Ausstellung (22 nd EU PVSEC) in Mailand September 2007 Auf der von mehr als 2700 Teilnehmern besuchten Konferenz vom 03. bis 07. September konnte die Erlanger ZAE-Abteilung in fünf Beiträgen ihre neuesten Forschungsergebnisse präsentieren. Auf großes Interesse stieß ein neues Verfahren zur Texturierung von Silizium für Solarzellen, das ohne Zugabe von Isopropanol auskommt. Das innovative Zell- und Modulkonzept für dünne geklebte Wafersolarzellen mit siebgedrucktem Al als Kleber fand beim Fachpublikum ebenfalls anerkennende Beachtung. Außerdem wurden erste Ergebnisse einer Studie zum Verbinden von Si-Scheiben vorgestellt. Besonderes Interesse riefen die beiden Beiträge zur IR-optischen, kontaktlosen Messung der Halbleitertemperatur und der Analyse von PV-Modulen und PV-Systemen im Betrieb hervor. Neben der nationalen und internationalen Anerkennung seiner Arbeiten knüpfte das ZAE Bayern neue Kontakte für gemeinsame Projekte mit Industrie und Forschungseinrichtungen. 65. Geburtstag von Prof. Dr. R. Weißmann, 13. September 2007 Im Jahr 2007 feierte Prof. Dr. R. Weißmann, wissenschaftlicher Leiter der ZAE-Abteilung Thermosensorik und Photovoltaik, seinen 65. Geburtstag. Der Vorstand und die Mitarbeiter des ZAE Bayern wünschten Prof. Weißmann alles Gute. Unter der Leitung von Prof. Weißmann wurden seit 2005 in der Erlanger Abteilung die beiden Arbeitsgruppen PV-Modultechnologie und Hochtemperaturmaterialien für energietechnische Anwendungen neu aufgebaut. Prof. Weißmann wird die Abteilung bis zur Neuberufung seines Nachfolgers auch weiterhin betreuen. Abb Prof. Dr. R. Weißmann Prof. Dr. R. Weißmann 13

16 Das ZAE Bayern im Überblick ZAE BAYERN th International Vacuum Insulation Symposium, September Fachtagung VIP-BAU, 20. September 2007 Die deutliche Steigerung der Energieeffizienz ist ein wesentlicher Baustein zum Erreichen der klimapolitischen Ziele der Bundesregierung. Dabei können Vakuumisolationen im industriellen Einsatz wie auch im Gebäudebereich zur Reduzierung von Wärmeverlusten beitragen. Vakuumisolationen weisen gegenüber konventionellen Dämmstoffen eine bis zu 10fach bessere Dämmwirkung auf. Das ZAE Bayern in Würzburg organisierte vom 18. bis 19. September das 8 th International Vacuum Insulation Symposium (IVIS). Zwei Tage tauschten sich ca. 160 Wissenschaftler aus Industrie und Forschung über neueste Entwicklungen und Trends im Bereich Vakuumisolationen für technische Produkte und Bauwesen aus. Am 20. September schloss sich an die IVIS die 3. Fachtagung VIP-BAU an, welche ausschließlich den Einsatz von Vakuumisolationen im Gebäudebereich im Fokus hatte und sich an die Anwender aus dem deutschsprachigen Raum wandte. Bei dieser Veranstaltung standen vor allem Praxisbeispiele im Vordergrund. Weitere Infos unter Abb EU-Abgeordnete Dr. A. Weisgerber, Dr. H.-P. Ebert, Prof. Dr. V. Dyakonov. EU-representative Dr. A. Weisgerber, Dr. H.-P. Ebert, Prof. Dr. V. Dyakonov. 28. Kuratoriumssitzung am 16. Oktober 2007 in Garching Anlässlich dieser Sitzung traf sich das Kuratorium letztmals in der seit November 2004 bestehenden Zusammensetzung. Somit endete die dreijährige Amtsperiode des ZAE-Kuratoriums. Bedingt durch die Satzungsänderungen und die damit einhergehende Einrichtung eines wissenschaftlichen Beirats werden sich sowohl Aufgaben als auch die Anzahl der Kuratoren zukünftig anders darstellen. Prof. Mayinger dankte als scheidender Vorsitzender seinen Kollegen für die sehr kooperative Zusammenarbeit und wünschte dem ZAE Bayern für die Zukunft, besonders für den Weg hin zu einem Leibniz-Institut alles Gute. Der Vorstand bedankte sich im Gegenzug für das Engagement, welches die Kuratoren immer wieder für das ZAE Bayern zeigten und sicherlich auch weiterhin zeigen werden. Abb Teilnehmer des 8 th International Vacuum Insulation Symposiums. Participants of the 8 th International Vacuum Insulation Symposium. EU-Abgeordnete besucht ZAE Bayern Am 21. September 2007 informierten sich die Europaabgeordnete Frau Dr. A. Weisgerber mit Vertretern der CSU/JU Würzburg-Stadt über die Energieforschungsaktivitäten der Würzburger ZAE-Abteilung. Nach einer ausführlichen Diskussion über aktuelle Energiethemen nutzte Frau Dr. Weisgerber die angebotene Einladung zur Besichtigung der Labore der Abteilung Funktionsmaterialien der Energietechnik des ZAE Bayern in Würzburg. 17. Mitgliederversammlung am 28. November 2007 in Garching Die jährliche Mitgliederversammlung des ZAE Bayern fand 2007 in den Räumen der Garchinger ZAE-Abteilung statt. Besonderer Schwerpunkt war in diesem Jahr der Beschluss über die Änderung der Satzung. Die vom Wissenschaftsrat 2006 geforderte Einrichtung eines wissenschaftlichen Beirats wurde somit umgesetzt. Das Kuratorium wurde im Gegenzug verkleinert und die Aufgaben zwischen den beiden Gremien fixiert. Der Wahlvorschlag zum Kuratorium fand die Zustimmung der Mitgliederversammlung (Siehe Kap. 1.1). Ebenso wurden die vier Vorstände des ZAE Bayern für zwei weitere Jahre bestätigt. Für seine Verdienste um das ZAE Bayern wurde Prof. Mayinger für sein Wirken als Vorstand und wissenschaftlicher Leiter sowie für seinen Einsatz als Vorsitzender des Kuratoriums mit der Ehrenmitgliedschaft geehrt. 14

17 Das ZAE Bayern im Überblick 1.5 Vorschau Outlook Erweiterungsbau des ZAE Bayern in Würzburg Der im Jahr 2006 begonnene Erweiterungsbau des ZAE Bayern konnte bis Ende 2007 fast abgeschlossen werden. Das Zentrum für Energieforschung (ZEF) wird mit ca. 2 Mio. vom Bayerischen Wirtschaftsministerium finanziert und dokumentiert eindrucksvoll die enge Kooperation des ZAE Bayern mit der Universität Würzburg. Das Gebäude schließt unmittelbar an die bestehenden Räumlichkeiten des Physikalischen Institutes der Universität an, wodurch ein enges Zusammenarbeiten und die gemeinsame Nutzung von Ressourcen gewährleistet werden. Auf den 900 m² Nutzfläche, verteilt auf zwei Stockwerke, finden u.a. die Arbeitsgruppe Organische Photovoltaik sowie Teile der Arbeitsgruppe Nanostrukturierte Materialien moderne und gut ausgestattete Labore für ihre Forschungsaktivitäten. Das ZAE Bayern freut sich auf die für das Jahr 2008 vorgesehene Übergabe des Gebäudes. Abb Erweiterungsgebäude des ZAE Bayern in Würzburg im März Extension building of the ZAE Bayern in Würzburg, March Energie Innovativ am 11. Juni 2008 in Nürnberg Verleihung des Bayerischen Energiepreises Am 11. Juni 2008 verleiht Markus Sackmann, Staatssekretär im Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie, den Bayerischen Energiepreis Bereits zum sechsten Mal werden unter dem Motto Mit neuer Energie in die Zukunft innovative energietechnische Lösungen, Verfahren und Systeme aus den Bereichen Rationelle Energienutzung, Erneuerbare Energien und Neue Energietechnologien prämiert. Das ZAE Bayern als eine der vorschlagsberechtigten Stellen bewertet und bündelt die Vorschläge für den Bayerischen Energiepreis. Die vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie ausgeschriebenen Auszeichnungen sind mit insgesamt 25 T dotiert. Vergeben werden ein Hauptpreis und zehn Anerkennungen. PCM-Symposium in Stuttgart (PCM-Demoprojekt) Im Rahmen des vom BMWi geförderten Forschungsprojektes PCM-Demo Entwicklung und praxisnaher Test der Performance von Gebäudekomponenten mit PCMs in Demonstrationsobjekten (FKZ ) wird unter Koordination des ZAE Bayern im September 2008 in Stuttgart ein PCM-Symposium ausgerichtet. Neben der Präsentation der aktuellen Forschungsergebnisse aus dem Projekt haben die Teilnehmer die Möglichkeit, in kleineren Gruppen direkt und interaktiv mit den Herstellerfirmen Vor- und Nachteile der PCM-Systeme zu diskutieren. Das Symposium richtet sich in erster Linie an Fachplaner und Architekten. Cluster Forum Polymerelektronik, November 2008 Im November 2008 findet in Würzburg das Cluster Forum Polymerelektronik: Neue Materialien Strukturierung Anwendungen statt. Dabei werden die Themen Strukturierung von Polymerelektronik, organische Photovoltaik und organische Leuchtdioden im Mittelpunkt der Veranstaltung stehen. Das ZAE Bayern ist für die wissenschaftliche Gestaltung der Veranstaltung mit verantwortlich und wird dort den aktuellen Wissensstand im Bereich der organischen Photovoltaik präsentieren. 18. Mitgliederversammlung des ZAE Bayern Die 18. Mitgliederversammlung findet am 26. November 2008 in Würzburg statt. 15

18 Das ZAE Bayern im Überblick ZAE BAYERN 2007 Messeauftritt bei der glasstec 2008 in Düsseldorf Das ZAE Bayern wird vom Oktober 2008 auf der glasstec in Düsseldorf, der weltweit größten Fachmesse für Glasindustrie und Zulieferer, vertreten sein. Neben den Aktivitäten des ZAE Bayern in diesem Bereich werden vor allem die neuesten Entwicklungen der beiden vom BMWi geförderten Forschungsprojekte ProVIG - Produktionstechniken für Vakuumisolierglas (FKZ ) und HWFF - Hochwärmedämmende Fenster- und Fassadensysteme (FKZ ) präsentiert. Mit Vakuumisolierglas lassen sich sehr schlanke und hochwärmedämmende Fenster realisieren. Durch den Zweischeibenaufbau besitzt das Vakuumisolierglas dabei ein deutlich geringeres Gewicht als Dreifachisolierglas. Weiterhin wurde ein neues thermisch optimiertes Rahmenprofil entwickelt, das bei exzellenter Dämmwirkung sehr schlank ausfällt. Die Kombination der beiden Systeme erlaubt passivhaustaugliche Fenster mit einem U-Wert von nur 0,7 W/(m 2 K) bei einem schlanken und leichten Systemaufbau. Neben entsprechenden Exponaten werden die Systeme auch im Rahmen von Vorträgen auf dem messeeigenen Symposium vorgestellt. Abb Blick durch ein Vakuum-Isolierglas View through a vacuum insulation glazing. 16

19 2 Ergebnisse aus Forschung und Entwicklung Results of Research and Development 2.1 Wärme Heat (fachliche Leitung: Prof. Dr.-Ing. H. Spliethoff) Einer effizienten Nutzung von Wärme kommt energiepolitisch eine hohe Bedeutung zu, da etwa 60% der in Deutschland verbrauchten Endenergie letztendlich in Form von Wärme genutzt wird. Von der insgesamt in Deutschland im Jahre 2005 bereitgestellten Endenergie von PJ hatte die Raumwärme einen Anteil von 32%, Warmwasser von 5% und die Prozesswärme einen Anteil von 21% (Quelle: BMWi). Das ZAE Bayern hat es sich zum Ziel gesetzt, den Energieeinsatz durch Vermeidung von Wärmeverlusten zu verringern und den Anteil Erneuerbarer Energien zur Deckung des Wärmebedarfes zu erhöhen. Zu den Forschungsschwerpunkten am ZAE Bayern zählen: Reduzierung des Raumwärmebedarfes durch Entwicklung von Materialien und hocheffizienten Systemen zur Wärmedämmung wie z.b. Vakuumisolationspaneele oder Vakuumisolierverglasungen. Absorptionskälteanlagen bzw. wärmepumpen zur Bereitstellung von Wärme auf unterschiedlichem Temperaturniveau (Heizen bzw. Kühlen). Die kostengünstige solarthermische Wärmeerzeugung für Gebäude und industrielle Prozesse sowie die Integration solarthermischer Komponenten in Wärmeversorgungsanlagen. In Germany, 60% of the final energy is consumed as heat, which makes efficient energy usage an important subject in energy policy. Of the 9,300 PJ total final energy supplied in Germany in 2005, 32% was used for room heating, 5% for hot water and 21% for process heat (source: Fed. Ministry of Economics and Technology). ZAE Bayern strives to reduce energy usage by preventing heat losses and to increase renewable energy utilization to cover heat demand. Focal points of research at ZAE Bayern include: Reducing room heating demand by developing highly-efficient insulation systems and materials, such as vacuum insulation panels and vacuum insulation glass. Developing absorption chillers and heat pumps to provide heat at different temperatures (heating or cooling). Producing cost-efficient solar thermal heat for buildings and industrial processes as well as integrating solar-thermal components into heat supply systems. 17

20 Ergebnisse aus Forschung und Entwicklung ZAE BAYERN Antikorrosionsschichten auf Basis keramischer Beschichtungen Ceramic Coatings as Corrosion Protection In this study a novel ceramic coating based on the application of preceramic polymers was developed. The aim was to protect metallic surfaces in combustion plants against corrosion and erosion. Tests under application conditions, even with the addition of chlorine containing pellets, proved the durability of the protection layer. Die in Feuerungsanlagen herrschenden Bedingungen (Temperaturen bis 1100 C, partikelbeladene und teilweise korrosive Gasströme) stellen eine erhebliche Belastung für die dort eingesetzten metallischen bzw. legierten Konstruktionswerkstoffe dar und führen oft zu hohem Verschleiß. Als Alternative zu herkömmlichen, aufwendigen und kostenintensiven Beschichtungen (z. B. Plasmaspritzen) wurde im Projekt POLYCOAT eine kostengünstige Methode entwickelt, metallische Oberflächen mit einer speziellen Keramikschicht vor Korrosion und Erosion zu schützen. Umfangreiche Tests der beschichteten Probekörper in verschiedenen Feuerungsanlagen (Wirbelschicht, Pelletkessel, mit und ohne Chlorzusatz) haben gezeigt, dass die Keramikschicht einen wirksamen Oberflächenschutz darstellt. Zur Beschichtung der metallischen Oberflächen wurden Suspensionen aus verschiedenen Polyorganosiloxanen und einem feinteiligen Füllermaterial hergestellt, die im Tauchverfahren aufgetragen wurden. Derartige Suspensionen lassen sich ebenso aufstreichen, aufspritzen bzw. durch einen spincoating-prozess aufbringen. Nach dem Trocknen bei Raumtemperatur erfolgt die Vernetzung bei Temperaturen um 100 C. Die Pyrolyse unter Inertgas führt zur Bildung einer thermisch und chemisch sehr beständigen SiOC-Keramikschicht, wobei die Pyrolysetemperatur den späteren Einsatzbedingungen angepasst wurde und zwischen 800 C und 1200 C liegt. Die Abbildungen zeigen elektronenmikroskopische Aufnahmen von Anschliffen der Probekörper (Abb unbehandelter Edelstahl, Abb beschichteter Edelstahl) nach dem Test im chlorhaltigen Wirbelbett. Testbedingungen: mittlere Betttemperatur 900 C, Brennstoffmassenstrom 2,9 kg/h, Volumenstrom Primärluft 15 Nm 3 /h, Chlorgehalt des Brennstoffs 5,2 Ma.-%. Der Vergleich der Oberflächen nach dem Test belegt die gute Schutzwirkung der Keramikschicht. Abb REM Aufnahme (Anschliff) von nichtbeschichtetem Edelstahl nach 7 h in chlorhaltiger Wirbelbettfeuerung. SEM image of the cross section of stainless steel without protection layer after fluidised bed treatment with chlorine addition. Abb REM Aufnahme (Anschliff) von keramikbeschichtetem Edelstahl nach 7 h in chlorhaltiger Wirbelbettfeuerung. SEM image of the cross section of ceramic coated stainless steel after fluidised bed treatment with chlorine addition. Projektart: Eigenforschung (Vorstandsreserve) Laufzeit: 01/06 bis 03/07 Kontakt: Dipl.-Ing. (FH) M. Kerzel Tel / Dr. F. Scheffler Tel /

21 Ergebnisse aus Forschung und Entwicklung Neue hoch dämmende Materialien für Temperaturen bis 2500 C Novel Thermal Insulation Materials for Temperatures up to 2500 C In the course of this study previously developed nanostructured synthetic carbon tiles for high temperature thermal insulation under non-oxidizing conditions were further optimized. The performance of these new materials is now up to factor of 5 better than the performance of conventional carbon fibre felts. Am ZAE Bayern wurde auf der Basis von Kohlenstoff-Aerogelen eine Hochtemperaturwärmedämmung mit bis zu Faktor 5 besserer Performance als konventionelle Kohlefaserfilze entwickelt. Während bei niedrigen Temperaturen, die Dämmwerte der neuen Komponenten in etwa denen der bislang kommerziell verfügbaren Systeme entsprechen, kommen die Vorteile des neuen Materials insbesondere bei hohen Temperaturen zum Tragen (Abb ). Aufgrund seiner Nanoporosität liegt die Wärmeleitfähigkeit des Aerogels unter Schutzgas nur wenig über den Werten im evakuierten Zustand Transparente leitfähige Metalloxide mit geringem Emissionsgrad Transparent Conductive Oxides (TCO) with Low Emittance The scientists at ZAE Bayern work on the development of techniques which allow the coating of any kind of substrates with TCOs by means of the Sol-Gel-Process. Am ZAE Bayern werden Verfahren entwickelt, welche die Beschichtung beliebiger Substrate mit transparent leitfähigen Oxiden (englisch: TCO) mittels Sol-Gel-Verfahren erlauben (Abb ). Abb Links: Unverdecktes Logo. Rechts: Substrat mit TCO- Beschichtungen vor dem Logo. Left: unmasked logo. Right: substrate with TCO-coating in front of the logo. Abb Wärmeleitfähigkeit verschiedener kommerziell verfügbarer Kohlenstofffilze im Vergleich mit einem optimierten Kohlenstoff-Aerogel. Thermal conductivity of a monolithic carbon aerogel vs. commercially available carbon fibre felts for high temperature thermal insulations. Projektart: Eigenforschung Laufzeit: 01/07 bis 12/07 Kontakt: Dipl.-Phys. M. Wiener Tel / Dr. G. Reichenauer Tel / Die resultierenden Beschichtungen weisen einen geringen Emissionsgrad (low-e) im Infraroten auf. Dies führt zu einer wesentlichen Verbesserung der thermischen Eigenschaften des Substrates, z.b. für Wärmeschutzverglasungen. Die Vorteile des Sol- Gel-Prozesses gegenüber den etablierten Vakuumverfahren sind neben dem geringeren apparativen Aufwand, die höhere mechanische Stabilität, die Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit sowie die mögliche Beschichtung von temperaturempfindlichen Polymersubstraten. Interessante Einsatzgebiete für TCOs sind z.b. Gebäude (textile Architektur mit beschichteten Membranen), der Hochtemperaturbereich (beschichtete Gläser in Solarreceivern) und technische Anwendungen (beschichtete Kunststoffe als Hitzeschutzvisiere bei Feuerwehrhelmen). Projektart: BMWi-Projekt ( A) Partner: TAG Composites & Carpets GmbH, Polymade ITT GmbH Laufzeit: 08/05 bis 07/08 Kontakt: Dipl.-Phys. M. Reidinger Tel / Dr. J. Manara Tel /

22 Ergebnisse aus Forschung und Entwicklung ZAE BAYERN Formgebung bei hochporösen synthetischen Kohlenstoffen Casting of Highly Porous Synthetic Carbons A casting technique for the manufacturing of highly porous synthetic carbons has been developed that can be used to customize shapes and geometries. It also provides the base for an easy to handle modular system for different applications such as high temperature thermal insulations. Am ZAE Bayern wurde ein poröser Kohlenstoff entwickelt, der z. B. als Hochtemperaturwärmedämmung eingesetzt werden kann. Zur Bereitstellung des Materials in komplexen kundenspezifischen Formen wurde ein Verfahren eingesetzt, das eine sehr gute Abbildung auch schwieriger Geometrien erlaubt, wie am Beispiel einer Probe in der Form eines LEGO-Steines (Abb ) zu erkennen ist. Die formgetreue Abbildung der organischen Vorstufe lässt sich bei der Überführung in einen reinen Kohlenstoff mit Hilfe eines Pyrolyseprozesses konservieren Entwicklung von polymerabgeleiteten keramischen Schäumen zum Einsatz in Porenbrennern Development of Polymer-Derived Ceramic Foams for Porous Burner Applications Porous materials may be used in combustion chambers in order to reduce pollution. For this application ceramic foams are prepared by replication method. Due to high temperature stability and chemical inertness SiC is used as filler material in a polymer slurry. The aim of the project CLEANFIRE is to develop a wood pellet boiler with a porous burner head including ceramic foam to provide homogeneous combustion. Durch Einsatz poröser Körper im Brennraum von Heizanlagen lässt sich durch homogenere Verbrennung die Schadstoffemission vermindern und gleichzeitig der Wirkungsgrad erhöhen. Im Rahmen des Projekts CLEANFIRE wird ein Brenner für Holzgas mit autothermem Pelletvergaser mit etwa 10 kw Leistung entwickelt. Im Brennerkopf soll ein keramischer Schaum die homogene Verbrennung gewährleisten. Abb Sol-Gel abgeleiteter nanoporöser Kohlenstoff-Monolith in Form eines LEGO-Steins. Rechts wurden zwei Ecken abgebrochen um den tief schwarzen hoch porösen Kern unter der glatten, leicht glänzenden Oberfläche sichtbar zu machen. Sol-gel derived porous monolithic carbon in the shape of a LEGO brick; the broken edges on the right hand side reveal the deeply black porous core underneath the smooth outer surface. Abb Brennerkopf: hier mit Metallgitter, das durch SiC- Schaum ersetzt wird. Burner head with metal grid which will be replaced by SiC-foam. Projektart: Eigenforschung Laufzeit: 05/07 bis 09/07 Kontakt: Dr. G. Reichenauer Tel / Die Schäume müssen hierfür offenporig, permeabel, hochtemperaturbeständig und gegenüber Vergasungs- und Verbrennungsprodukten wie Asche-, Staub- und Rußablagerungen stabil sein. Die keramischen Schäume werden nach dem Replica-Verfahren durch Dip Coaten und anschließendem Ausbrennen des PU-Schaums hergestellt. 20

23 Ergebnisse aus Forschung und Entwicklung Trilobale Polyimid-Fasern für Kryo- Superisolationen Trilobal Polyimide-fibres for Cryo- Superinsulations One of the aims of the icefuel project is the development and realization of an H2-network via low-loss transportation of LH2 in a pipeline with superinsulation. We tested different promising insulation materials and achieved extremely low thermal conductivity with trilobal polyimide-fibre insulations. Abb Keramischer SiC-Schaum (10 ppi; pores per inch). Ceramic SiC Foam (10 ppi; pores per inch). Die Permeabilität der Schäume wird im Wesentlichen durch die Porengrößen der eingesetzten PU- Schäume gesteuert. Da Siliciumcarbid (SiC) bis 1300 C stabil und chemisch weitgehend inert ist, wird als Coatingmaterial SiC-gefüllter Schlicker auf Polymerbasis eingesetzt, der sich während der Pyrolyse zur SiC/SiOC- Keramik umsetzt. icefuel ist ein System für den Transport von kryogenen Brennstoffen, elektrischem Strom und Daten in einem neuartigen, thermisch superisolierten Kabel. Eine zentrale Forschungs- und Entwicklungskomponente widmet sich der Realisierung einer hocheffizienten Wärmedämmung. Im Rahmen der Entwicklung dieser Kryo-Superisolation wurden verschiedene viel versprechende Wärmedämmmaterialien untersucht. Ein herausragendes Material stellt dabei eine Polyimid-Faser dar. Aufgrund ihres trilobalen Querschnittes lassen sich in darauf aufbauenden Faserisolationen extrem niedrige Wärmeleitfähigkeiten realisieren. So misst man bei einer evakuierten Faserprobe unter mäßigem Belastungsdruck bei Raumtemperatur ~1,0 mw(mk) -1 und bei 130 K ~0,3 mw(mk) -1. Eine zusätzliche Beschichtung der pyrolysierten Schäume unter Vakuum führt zur partiellen Füllung der durch das Ausbrennen entstandenen Hohlstege, wodurch sich die mechanische Festigkeit weiter erhöht. Abb In der REM Aufnahme sind neben unregelmäßigen Faserquerschnitten die 3-armigen (trilobalen) Faserquerschnitte dominierend [Aufnahme bereitgestellt von INSPEC FIBRES]. SEM image. The cross section of the fibre is irregular bylobed. The three armed (trilobal) cross section is predominant among other fibres cross sections. Die experimentelle Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit findet in evakuierbaren Plattenapparaturen statt. Dabei können durch Variation des mechanischen Belastungsdrucks auf die Faserisolation, die Wärmeleitfähigkeit unter praxisrelevanten Belastungen ermittelt werden. Projektart: Eigenforschung (Vorstandsreserve) Laufzeit: 03/07 bis 02/08 Kontakt: Dr. E. Stern Tel / Dipl.-Ing. M. Gaderer Tel / Projektart: BMBF-Projekt (V3MVT100) Partner: Evonik Degussa GmbH weitere Partner aus Forschung und Industrie Laufzeit: 06/06 bis 05/09 Kontakt: Dipl.-Ing. J. Wachtel Tel /