Heisse Energiequellen Geothermie optimal nutzen. Effizientere Sonnenfänger Stromausbeute von Solarzellen verbessern 13.

Transkript

1 Ausgabe #1. TITELTHEMA: Kraftwerk Natur LINDE TECHNOLOGY Wasserstoff aus Wind Regenerative Energien speichern Heisse Energiequellen Geothermie optimal nutzen Effizientere Sonnenfänger Stromausbeute von Solarzellen verbessern 13 An der Seite des Patienten Sauber auf See Hinter den Pixeln Hochreine Gase in der Display-Produktion innovative Technologien für mehr Nachhaltigkeit Kraftwerk Natur

2 LINDE TECHNOLOGY #1.13 // Impressum 02 Impressum Herausgeber: Linde AG Klosterhofstraße 1, München Telefon Telefax Redaktion: Verantwortlich: Dr. Thomas Hagn, Linde AG; wissen + konzepte, München #1. 13 Bildredaktion: Judith Schüller, Hamburg Layout: wissen + konzepte, München; Almut Jehn, Bremen Anfragen und Bestellungen an: Linde AG, Kommunikation Klosterhofstraße 1, München oder thomas.hagn@linde.com Diese Heftreihe sowie weitere Fachberichte stehen unter als Download zur Verfügung. Nachdrucke oder elektronische Verbreitung nur mit Zustimmung des Herausgebers. Mit Ausnahme der gesetzlich zugelassenen Fälle (und bei vollständiger Quellenangabe) ist die Nutzung der Berichte aus Linde Technology ohne Einwilligung des Herausgebers nicht gestattet. ISSN , Printed in Germany 2013 Natürliche Kräfte: Die Erde bietet vielfältige regenerative Energiequellen, die sich mit innovativen Technologien effizient nutzen lassen für eine nachhaltigere Zukunft. Bildquellen: Titel: LatitudeStock TTL/Getty Images // Seite 04/05: Linde AG (2), Fraunhofer, Siemens- Pressebild // Seite 06/07: Linde AG // Seite 08/09: Linde AG (2), Andy Le/Getty Images // Seite 10/11: Linde AG, plainpicture/cultura, DLR (CC-BY-3.0) // Seite 13: Steger/SPL/Agentur Focus // Seite 14/15: Linde AG, Sean Gallup/Getty Images, Privat // Seite 16/17: Linde AG (2), look foto, Victor de Schwanberg/SPL/Agentur Focus // Seite 18: Bernhard Edmaier/SPL/Agentur Focus // Seite 21: Siemens AG // Seite 23: Stocktrek Images/Getty Images // Seite 25: Linde AG, Martin Bond/SPL/Agentur Focus // Seite 26/27: Privat, Arctic Images/Corbis // Seite 28: Lester Lefkowitz/Getty Images // Seite 30/31: Linde AG (2), Paul Rapson/SPL/Agentur Focus // Seite 32/33: Swiss Re, Getty Images // Seite 35: Sung-Il Kim/Corbis, Serghei Velusceac/Fotolia // Seite 36/37: Ed Young/SPL/Agentur Focus, Linde AG, Getty Images // Seite 38/39: Linde AG, dpa/picture-alliance // Seite 40/41: Linde AG, Dieter Klein/laif // Seite 42/43: Linde AG (2), Getty Images (2) // Seite 44: Linde AG // Seite 46/47/48/49: Linde AG, Christian Eisenberg // Seite 50: Frank Siemers/ laif // Seite 52/53: Linde AG, dpa/picture-alliance, Engel & Gielen/Getty Images, Germanischer Lloyd // Seite 54: Tim Tadder/Corbis

3 editorial // LINDE TECHNOLOGY # Editorial Liebe Leserinnen und Leser, noch immer haben wir die weitreichenden Auswirkungen der jüngsten Finanz- und Wirtschaftskrise nicht überwunden. Die Ereignisse haben einmal mehr gezeigt: Man muss bewährte Konzepte immer wieder in Frage stellen und an neue Anforderungen anpassen. Dies gilt auch für die Grundlagen unseres Wirtschaftssystems, das auf Wachstum ausgerichtet ist. Es muss uns gelingen, eine weltweite konjunkturelle Dynamik zu entfalten und gleichzeitig den Verbrauch natürlicher Ressourcen zu begrenzen und die CO₂-Emissionen zu senken. Wir brauchen eine neue Art des Wachstums. Ein Wachstum, das auf Nachhaltigkeit gründet. Dieses Ziel lässt sich nur durch den Ausbau der erneuerbaren Energien erreichen. Um die Kräfte der Natur effizient nutzen zu können, sind innovative Technologien gefragt. Beispiel Windkraft: Die hierdurch erzeugten Energiemengen können beträchtlich sein. Da sie jedoch häufig stark schwanken, benötigen wir geeignete Speichermedien wie zum Beispiel Wasserstoff: Mithilfe dieses gasförmigen Zwischenspeichers lassen sich die Energienetze stabilisieren, und der Windstrom lässt sich sogar auf die Straße bringen. Ein weiteres wichtiges Zukunftsfeld ist für uns auch die Geothermie: Im bayerischen Kirchweidach realisieren wir derzeit ein Kraftwerk, um die Erdwärme bestmöglich zu erschließen. Und auch Solarmodule werden mit Linde-Technologie effizienter dank einer neuen Anti-Reflex-Beschichtung. In diesem Heft widmen wir uns neben dem Titelthema Kraftwerk Natur noch einem weiteren globalen Megatrend: dem Gesundheitsmarkt. Die Bedeutung dieses Bereichs steigt insbesondere vor dem Hintergrund der demographischen Entwicklung stetig. Linde ist mit strategischen Akquisitionen zum weltweit führenden Healthcare-Anbieter der Gaseindustrie aufgestiegen. In unserem Themenspezial zeigen wir Ihnen, wo und mit welchen Produkten und Dienstleistungen wir in diesem Geschäftszweig vertreten sind: von Kliniken über Reha-Zentren bis in den Homecare-Bereich. Ich wünsche Ihnen eine spannende Lektüre. Professor Dr.-Ing. Aldo Belloni Mitglied des Vorstands der Linde AG

4 LINDE TECHNOLOGY #1.13 // inhalt 04 _18 _12 Display-Technologie: Spezialgase für leistungsfähige Elektronik _50 Schiffstreibstoff: LNG-Terminal für Hamburger Hafen _46 Windstrom: Wasserstoff als effizienter Energiespeicher Gesundheit: Die Medizingase-Welt auf einen Blick

5 inhalt // LINDE TECHNOLOGY # editorial 06 Die Kunststoff-Schmiede 08 news Linde baut größten Ethancracker-Komplex für Borouge 12 Hinter den Pixeln Die Elektronikbranche baut auf hochreine Spezialgase Titelthema 16 Kraftwerk Natur Innovative Anlagen- und Gasetechnologien von Linde helfen dabei, regenerative Quellen besser zu nutzen und die Energiezukunft nachhaltiger und klimafreundlicher zu gestalten. 18 Wasserstoff aus Wind Power-to-Gas: Regenerative Energien flexibel und effizient speichern 22 Heisse Energiequellen Geothermie: Die Urwärme der Erde bestmöglich erschließen 28 Effizientere Sonnenfänger Anti-Reflex-Glas: Hochtransparente Beschichtungen für höhere Stromausbeute 32 Essay: Wege zu einer Nachhaltigen Energiezukunft Harald Dimpflmaier, Chief Engineer, Swiss Reinsurance Company Ltd. 34 Eiskalt unterwegs Flüssigstickstoff für sichere Lebensmitteltransporte 38 Plastik unter Druck Stickstoff senkt Kosten in der Autoteile-Fertigung 40 Sauerstoff-Turbo für Schmelzöfen Energieeffizienz in der Gießereitechnik steigern 42 An der Seite des Patienten Umfassende Lösungen für den Gesundheitsbereich 44 Interview: es geht um ganzheitliche Gesundheitsversorgung Dr. Christian Wojczewski, Leiter Linde Healthcare 46 Die Medizingase-Welt Linde Healthcare: Partner für Ärzte, Patienten und Pflegekräfte 50 sauber auf See LNG-Terminals: Maritime Infrastruktur für flüssiges Erdgas 54 Die Gipfelschwimmer Hypoxie-Kanal für Profisportler

6 LINDE TECHNOLOGY #1.13 // Ethylenproduktion 06 Linde baut größten Ethancracker-Komplex für Borouge Bildquelle: Linde AG Die Kunststoff- Schmiede

7 Ethylenproduktion // LINDE TECHNOLOGY # Polyethylen kurz PE ist ein Multitalent: Der Massenkunststoff eignet sich unter anderem für Flaschen, Folien, Rohre und Autobauteile. Der PE-Rohstoff Ethylen ist deshalb die am meisten produzierte Petrochemikalie. Ein führender Anbieter innovativer, hochwertiger PE-Kunststoffe ist das Unternehmen Borouge, ein Joint Venture der Abu Dhabi National Oil Company (ADNOC) und Borealis. Borouge betreibt am Standort Ruwais, Abu Dhabi, Vereinigte Arabische Emirate, mehrere Ethylen-Produktionsanlagen gebaut von Linde. Bereits 2010 hat Borouge seine Jahresleistung dank eines zweiten Ethancrackers (im Bild) mit einer Kapazität von 1,5 Millionen Tonnen Ethylen verdreifacht. Wir bei Linde Engineering sind stolz, der Ethylen-Technologiegeber für den Ruwais-Komplex zu sein, sagt Prof. Dr.-Ing. Aldo Belloni, Mitglied des Vorstands der Linde AG. Und Borouge ist weiter auf Wachstumskurs wieder mit Linde-Unterstützung: Der Anlagen- und Gasespezialist baut derzeit den dritten Ethancracker in Ruwais, der Ende 2013 in Betrieb gehen soll. Mit einer Jahreskapazität von 3,89 Millionen Jahrestonnen entsteht damit der weltweit größte ethanbasierte Polymerkomplex. Link:

8 LINDE TECHNOLOGY #1.13 // News 08 news Asien: Luftzerleger in Vietnam und Indien Die Stahlindustrie in Asien boomt und damit auch die Nachfrage nach Luftzerlegern. In Vietnam wird die Linde AG das dort ansässige Stahlunternehmen POSCO SS-Vina künftig mit den notwendigen Industriegasen versorgen. Im Industriepark Phu My in Ba Ria, Vung Tau Provinz, wird Linde die größte Luftzerlegungsanlage des Landes errichten und dafür insgesamt rund 40 Millionen Euro investieren. Wir freuen uns darüber, erneut bei einem On-site-Projekt mit unserem Kunden POSCO zusammenzuarbeiten. Dabei handelt es sich um die größte Einzelinvestition, die Linde in Vietnam bisher getätigt hat, sagte Sanjiv Lamba, Mitglied des Vorstands der Linde AG und verantwortlich für das Asien/ Pazifik-Geschäft des Unternehmens. Damit stärkt der Konzern seine Position in der schnell wachsenden Region Südostasien. Die neue, hochmoderne Luftzerlegungsanlage wird über eine Produktionskapazität von Normkubikmeter Luftgase pro Stunde verfügen. Die Inbetriebnahme ist für 2014 vorgesehen. Des Weiteren wird Linde für Tata Steel Limited, eines der weltweit größten Stahlunternehmen, zwei große Luftzerlegungsanlagen in Indien errichten eine Investition von rund 80 Millionen Euro. Der Bau der beiden Anlagen ist Teil eines Vertrags zur langfristigen On-site-Gaseversorgung für ein neues Stahlwerk von Tata Steel, das derzeit im Industriekomplex Kalinganagar im indischen Odisha entsteht. Jede der beiden Luftzerleger besitzt eine Produktionskapazität von Tonnen Luftgase pro Tag. Nach der Inbetriebnahme, die für das Jahr 2014 geplant ist, soll das derzeit im Bau befindliche Stahlwerk von Tata Steel mit gasförmigem Sauerstoff, Stickstoff und Argon versorgt werden. Zudem erzeugen die Luftzerleger Flüssiggase für den regionalen Markt. Darüber hinaus plant Linde, ein ausgedehntes Rohrleitungsnetz im Industriekomplex Kalinganagar einzurichten, um dort künftig auch weitere Stahlproduzenten mit Industriegasen versorgen zu können.

9 News // LINDE TECHNOLOGY # Flüssigerdgas: Weitere LNG-Projekte verflüssigungsanlage für Malaysia Das Unternehmen Malaysia LNG Sdn. Bhd., eine Tochtergesellschaft des Öl- und Gaskonzerns PETRONAS, hat Linde mit dem Bau einer mittelgroßen Erdgasverflüssigungsanlage beauftragt. Die neue Anlage zur Rückverflüssigung von so genanntem Boil-off-Gas verfügt über eine Kapazität von Tonnen Flüssigerdgas, kurz LNG für Liquefied Natural Gas, pro Tag. Dieses Projekt ist das neueste in einer Reihe von mittelgroßen, technisch besonders anspruchsvollen LNG-Vorhaben, die wir in letzter Zeit für uns entscheiden konnten, sagte Professor Dr.-Ing. Aldo Belloni, Mitglied des Vorstands der Linde AG. Die neue Anlage entsteht im Bintulu-LNG-Komplex im Bundesstaat Sarawak im Osten Malaysias und soll Ende 2014 ihren Betrieb aufnehmen. LNG-Terminal in Schweden Für das norwegische Unternehmen Skangass AS wird Linde ein mittelgroßes LNG-Import-Terminal bauen. Die Anlage soll in Lysekil an der schwedischen Westküste entstehen. Neben den Engineering-, Beschaffungs-, Bau- und Inbetriebnahmeleistungen im Wert von rund 44 Millionen Euro übernimmt Linde auch das Schnittstellen-Management mit dem Tankhersteller. Das neue LNG-Terminal soll im Frühjahr 2014 in Betrieb gehen und die nahe gelegene Preem-Raffinerie, aber auch die Industrie und den Transportsektor mit Erdgas beliefern. Das neue Terminal besitzt eine Speicherkapazität von Kubikmeter LNG und wird zusätzlich mit einer Lkw-Tankstelle ausgerüstet. Das Flüssigerdgas stammt aus der LNG-Anlage bei Stavanger. Russland: Auftrag für neue Ethylen-anlage Für das größte russische Petrochemie-Unternehmen SIBUR LLC hat Linde einen Engineering-Auftrag erhalten, um eine der weltweit größten Ethylen-Anlagen zu bauen. Die neue Anlage wird aus den Rohstoffen Ethan, Propan und n-butan etwa 1,5 Millionen Jahrestonnen Ethylen, Jahrestonnen Propylen und Jahrestonnen Butadien herstellen. Diese Produkte sind wichtige Grundstoffe für die Kunststoff-Erzeugung. Die neue Ethylen-Anlage soll im geplanten Petrochemie-Komplex ZapSibNeftekhim des Petrochemie-Unternehmens ZapsibNeftekhim, einer Tochtergesellschaft von SIBUR, im westsibirischen Tobolsk entstehen. Linde errichtet derzeit für SIBUR an diesem Standort bereits eine Polypropylen-Anlage mit einer Jahreskapazität von Tonnen, die voraussichtlich 2013 in Betrieb gehen wird. Dieses Projekt zählt derzeit zu den Schlüsselinvestitionen in der petrochemischen Industrie Russlands.

10 LINDE TECHNOLOGY #1.13 // News 10 CO₂-Management: Klimahelfer im Gewächshaus Die Linde AG hat die verbleibenden Anteile im OCAP Joint Venture (Organisches CO 2 für die Assimilation in Pflanzen) von Volker Wessels Stevin Deelnemingen übernommen. OCAP liefert Kohlendioxid an Gewächshäuser im Raum Rotterdam und Amsterdam. Dort unterstützt die mit CO 2 angereicherte Atmosphäre das Wachstum der Pflanzen. Das Kohlendioxid stammt aus der größten europäischen Shell-Raffinerie und einer Abengoa-Bioethanol-Anlage im Industriehafen von Rotterdam. Eine 100 Kilometer lange Transportleitung liefert etwa Tonnen des Gases an mehr als 580 umliegende Treibhäuser. Ein kleiner Teil geht in die Lebensmittelindustrie, um Produkte frisch zu halten. Durch die Weiterverwertung des Gases vermeidet OCAP die Verbrennung von 115 Millionen Kubikmeter Erdgas pro Jahr. Das entspricht in etwa dem Ausstoß einer westeuropäischen Stadt mit Einwohnern. Mit der Übernahme stärkt Linde seine Position als einer der führenden Anbieter von sauberen Technologien. Saubere Mobilität: Wasserstoff-Betankungstechnik auf der Hannover Messe Die Nachfrage nach umweltfreundlichen Energieträgern wächst. Besonders gefragt ist der emissionsfreie Kraftstoff Wasserstoff (H 2 ). Auf der Hannover Messe im April 2013 stellte Linde den neuesten Stand der Wasserstoff-Betankungstechnik vor: Die von der Clean Energy Partnership (CEP) auf der Messe eingesetzten Brennstoffzellen-Fahrzeuge wurden mithilfe einer mobilen, von Linde entwickelten Betankungseinheit mit grünem Wasserstoff versorgt. Dieser wird in Leuna aus Rohglycerin gewonnen. Auch bei den stationären Betankungslösungen wurden Fortschritte erzielt: In den letzten zwei Jahren entwickelte und baute Linde drei H 2 -Tankstellen, die den Wasserstoff direkt vor Ort per Elektrolyse erzeugen. Elektrizität aus erneuerbaren Energien kann damit emissionsfrei in Wasserstoff umgewandelt werden. Mit der Powerto-Gas-Technologie lässt sich Wasserstoff als effizientes Speichermedium für regenerative Energiequellen nutzen. China: Sauerstoff für Kohleverflüssigung Kohle gewinnt als Energieträger an Bedeutung. Um den Rohstoff vielfältiger nutzen zu können, werden vermehrt Anlagen zur Kohleverflüssigung gebaut auch Coal-to-Liquid genannt, kurz CTL. Das Verfahren benötigt unter anderem auch Sauerstoff, den Linde mit seinen Luftzerlegern liefert. Der Anlagen- und Gasespezialist wird sechs große Luftzerlegungsanlagen für Shenhua Ningxia Coal Industry Group Co. Ltd. und Shenhua Logistics Group Co. Ltd. in Yinchuan im Nordwesten Chinas errichten. Jede der sechs Anlagen produziert stündlich rund Normkubikmeter gasförmigen Sauerstoff. Dieser wird im CTL-Komplex am Shenhua-Standort Ningdong Energy Chemical Base eingesetzt. Dort sollen vier Millionen Tonnen CTL-Produkte vorwiegend flüssiger Kraftstoff aus Kohle pro Jahr erzeugt werden. Damit handelt es sich um eines der derzeit größten Coal-to- Liquid-Vorhaben weltweit. Linde ist für das Engineering, die Lieferung der Maschinen und Ausrüstungen, die Montage- und Inbetriebnahmeüberwachung, die schlüsselfertige Erstellung der Cold-Boxen sowie die Schulung des Kundenpersonals verantwortlich. Die Inbetriebnahme der Luftzerleger ist im Jahr 2015 geplant.

11 News // LINDE TECHNOLOGY # Deutschland: Linde unterstützt DLR-Gasturbinen-Prüfstand Die Mobilität der Zukunft muss sauberer werden. Auch Flugzeuge sollen effizienter und umweltfreundlicher fliegen. Zwar hat sich die Leistung der Triebwerke in den letzten Jahrzehnten bereits deutlich verbessert, während sich Schadstoffemissionen und Fluglärm verringerten. Doch die Experten des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln sehen noch mehr Optimierungspotenzial. Deshalb baut das DLR seine Flugantriebs- und Kraftwerksforschung weiter aus auch mit Unterstützung von Linde. Im April 2013 wurden zwei neue Anlagen eingeweiht: Ein von Linde entwickeltes System zur Wasserstoffversorgung sowie ein moderner Hochdruckverdichter sollen die Erforschung neuer, sparsamer und leistungsstarker Gasturbinen für die Luftfahrt und Energietechnik fördern. In den Brennkammerprüfständen forscht das DLR nach einer möglichst effizienten, flexiblen und schadstoffarmen Verbrennung von fossilen und alternativen Treibstoffen. Vor allem der Einsatz von Wasserstoff (H 2 ) verspricht große Fortschritte für eine umweltfreundliche Turbinentechnik: Das leichte Gas ist nicht nur kompatibel mit den leistungsstarken Verbrennungsmaschinen, sondern es besitzt auch eine hohe Energieeffizienz und verbrennt CO 2 - frei. Das Projekt zeigt, dass Wasserstoff dank seiner positiven Eigenschaften für viele innovative Anwendungen geeignet ist, sagt Dr. Andreas Opfermann, Leiter Clean Energy und Innovationsmanagement bei Linde. Die von Linde entwickelte H 2 -Versorgung umfasst unter anderem einen kryogenen Speichertank und ein höchst effizientes Kryopumpensystem, mit dem das bei minus 253 Grad Celsius flüssig gelagerte Gas in Hochdruckwasserstoff umgewandelt wird. Nach weniger als einem Jahr Bauzeit steht die H 2 -Versorgung jetzt den DLR-Ingenieuren und Partnern aus der Industrie zur Verfügung. Energieversorgung: Neues Erdgasterminal an der Nordseeküste Norwegen ist einer der wichtigsten Energielieferanten Deutschlands. Um die Belieferung mit Erdgas in Deutschland sicherzustellen, wird ein neues Erdgasterminal in Emden errichtet. Linde hat von dem norwegischen Unternehmen Gassco AS den Auftrag zum Bau erhalten. Das neue Terminal soll das seit mehr als 30 Jahren bestehende Norsea Gas Terminal ersetzen, das ebenfalls von Gassco betrieben wird. Das Auftragsvolumen beträgt rund 260 Millionen Euro. Linde ist für das Engineering, die Beschaffung und den Bau des Erdgasterminals verantwortlich. Mit unserer langjährigen Erfahrung auf dem Gebiet der Erdgasverarbeitung leisten wir damit einen weiteren Beitrag zur Nutzung dieses umweltfreundlichen fossilen Energieträgers, sagte Professor Dr.-Ing. Aldo Belloni, Mitglied des Vorstands der Linde AG. Die Anlage wird weitestgehend in Modulen vorgefertigt und dann am endgültigen Standort in Emden komplettiert. Die Inbetriebnahme des neuen Erdgasterminals ist für Ende 2015 vorgesehen.

12 LINDE TECHNOLOGY #1.13 // Multimedia 12 Die Elektronikbranche baut auf hochreine Spezialgase Hinter den Pixeln Der Trend zu hochauflösenden Displays ist ungebrochen. Doch die Produktion der Hightech-Bildschirme stellt immer höhere technische Anforderungen. Linde versorgt die Hersteller mit einem breiten Spektrum hochreiner Elektronikgase und entwickelt umweltfreundliche Lösungen für die Multimedia-Branche. Autorin: Ute Kehse Bildquelle: Steger/SPL/Agentur Focus Im Pixel-Land herrscht Platznot. Immer mehr der winzigen Bildpunkte drängeln sich auf die modernen Displays der Fernsehgeräte: James- Bond-Actionszenen rauschen als gestochen scharfe Bildsequenzen über die schlanken Scheiben, die mit immer größeren Bildschirmdiagonalen begeistern. Und um die Hobbit-Trilogie, Olympiaspektakel oder Naturdokus noch plastischer auf die Screens zu zaubern, steht schon das nächste Multimedia-Highlight in den Startlöchern: dreidimensionales Fernsehen in höchster Auflösung oder kurz UHD-3D. Die Abkürzung UHD steht für Ultra High Definition. Die Auflösung dieser Flachbildschirme ist viermal so hoch wie bei so genannten Full HD- Displays. Das bedeutet: Das Bild setzt sich aus mehr als acht Millionen Pixeln zusammen. Und mindestens 480-mal pro Sekunde erscheint ein neues Bild. Das ist viermal so oft wie beim normalen Fernsehen aber nur so lässt sich der 3D-Effekt erzielen. Bei den Hochleistungs-Screens der nächsten Generation stößt die heutige Technik allerdings an ihre Grenzen: Jedes einzelne Pixel benötigt zur elektronischen Ansteuerung einen winzigen Transistor. Das bedeutet: Acht Millionen dieser Schaltelemente finden sich auf der Rückwand eines UHD-3D-Displays. Um die gewünschte höhere Scharfe Screens: Spielwiese für Mehr als acht millionen Pixel. Auflösung zu erreichen, müssten die Transistoren verkleinert werden, erklärt Andreas Weisheit, Leiter Marktentwicklung Flachbildschirme & Solar bei Linde in Schanghai. Doch die heutigen Schaltelemente sind nicht leistungsfähig genug für die Herausforderungen der neuen Display-Entwicklungen. Der Grund: Die Dünnschicht-Transistoren (Thin Film Transistor, kurz TFT) derzeitiger Flachbildschirme bestehen meist aus amorphem Silizium: Die einzelnen Silizium-Atome bilden also keine regelmäßige Kristallstruktur. Deshalb können sich die leitenden Elektronen nicht schnell genug bewegen und das verhindert die benötigte schnelle Bildrate, so Weisheit. Die derzeit favorisierte Alternative: Dünnschicht-Transistoren aus polykristallinem Silizium. Dank der geordneten atomaren Struktur leitet das Material die Elektronen deutlich besser. Allerdings ist auch der Herstellungsprozess teurer, denn das amorphe Silizium muss dazu mit einem Laser in die kristalline Form umgewandelt werden. Bei kleinen Displays, zum Beispiel in einem Smartphone, ist der höhere Preis noch vertretbar bei großen Fernsehbildschirmen allerdings nicht, sagt Weisheit. Hersteller wie Sharp oder LG steigen daher auf ein neues Transistor- Material um: Metalloxide. Die halbleitenden Verbindungen bestehen

13 Multimedia // LINDE TECHNOLOGY # Leuchtende Moleküle: Organische Leuchtdioden kurz OLEDs versprechen brillantere, flachere und flexible Bildschirme.

14 LINDE TECHNOLOGY #1.13 // Multimedia 14 aus Oxiden der Metalle Indium, Gallium und Zink. Die Kosten bewegen sich im Rahmen der herkömmlichen Silizium-Transistoren aber die Leistung des Materials ist deutlich besser. Allerdings zieht der Materialwechsel weitere Veränderungen nach sich. Die Herausforderung bei der Flachbildschirm-Produktion ist neben der geringen Größe der Transistoren Lachgas für die nächste Transistoren- Generation. auch die große Fläche, sagt Weisheit. Die Schaltelemente selbst sind etwa einen Zehntel Millimeter groß. Die Kunst besteht darin, Millionen von qualitativ hochwertigen Dünnschicht-Transistoren gleichmäßig auf Glasplatten mit einer Fläche von mehr als fünf Quadratmetern aufzubringen. Bei solchen Prozessen spielen verschiedene hochreine Gase an ganz unterschiedlichen Stellen eine wichtige Rolle beispielsweise Argon: Mit diesem Edelgas beschießt man die Materialien, aus denen die verschiedenen Komponenten eines Transistors bestehen und verdampft sie. Anschließend werden die Substanzen auf der Rückseite der Glasplatte wieder abgeschieden. So bilden sich unter anderem die metallischen und halbleitenden Schichten, Isolatorfilme und Schutzschichten. Anschließend ätzt man das Material teilweise wieder weg, um zum Beispiel Leiterbahnen gezielt auf der Glasplatte herauszuarbeiten. Für diese Schritte benötigen die Hersteller wieder andere Gase. Insgesamt werden bis zu zehn unterschiedliche Gase verwendet, erklärt Weisheit. Phosphin benötigt man beispielsweise zum Dotieren des Halbleiters oder Stickstoff, um die Abgase zu verdünnen. Helium dient zur Kühlung der Glasplatte und fluorhaltige Gase zum Ätzen, so der Linde-Experte. So wächst nach und nach der Transistor in seiner endgültigen Form heran: ein hochpräzises, elektronisches Bauelement aus sechs bis sieben hauchdünnen und speziell geformten Schichten. Die neuen, leistungsfähigeren Metalloxid-Transistoren erhalten eine Isolatorschicht aus Siliziumdioxid zum Schutz vor Feuchtigkeit. Um diese Verbindung herzustellen, benötigt man Distickstoffmonoxid (N₂O), auch Lachgas genannt. Ohne eine sichere Versorgung Bann für Klimagase Es ist das stärkste Treibhausgas überhaupt: Schwefelhexafluorid (SF 6 ). Die langlebige Verbindung übertrifft die Wirkung von Kohlendioxid um den Faktor Bei der Bildschirmherstellung kommt SF 6 seit Langem als Ätzgas zum Einsatz. Und dabei können kleine Mengen in die Umwelt entweichen. Der Druck auf die Hersteller, die Substanz zu ersetzen, ist enorm, sagt Andreas Weisheit, Leiter Marktentwicklung Flachbildschirme & Solar bei Linde in Schanghai. Auch in Asien werden Umweltfragen immer wichtiger. Linde hat zusammen mit einem koreanischen Anlagenbauer nach einem klimafreundlichen Ersatz gesucht mit Erfolg: Reines Fluor-Gas (F₂) ist für das Ätzen von Transistor-Schichten sogar noch besser geeignet. Es löst das überschüssige Material schneller und gleichmäßiger, die Behandlung der entstehenden Abgase ist einfacher und der Stromverbrauch in der Produktion sinkt. Der Verband der koreanischen Display-Hersteller hat das Linde- Verfahren kürzlich offiziell anerkannt. Linde stellt kleine Anlagen so genannte On-site-Generatoren her, die F₂ vor Ort erzeugen. Einige Elektronikhersteller haben bereits Erfahrung mit diesen kleinen Fluor-Fabriken: Bereits 2003 entwickelte Linde ein Verfahren, um das Treibhausgas Stickstofftrifluorid (NF₃) ebenfalls durch F₂ zu ersetzen. Die Verbindung wird zur Reinigung der Reaktorkammern eingesetzt, in denen die Bildschirme bedampft werden. Verdampfen, abscheiden, wegätzen: Bis zu zehn verschiedene hochreine Gase werden gezielt eingesetzt (rechts), um feine Leiterbahnen auf die Transistoren zu bringen. Nur so lassen sich brillante Farben auf die flachen Bildschirme zaubern (unten).

15 Multimedia // LINDE TECHNOLOGY # mit hochreinem Lachgas wäre die Umstellung von Silizium- auf Metalloxid-Transistoren nicht möglich, betont Weisheit. Linde und Linde LienHwa, ein Joint Venture mit der LienHwa MiTAC Group aus Taiwan, betreiben bereits sechs Lachgas-Anlagen mit einer Kapazität von Tonnen pro Jahr in Asien. Künftig soll die produzierte Jahresmenge auf Tonnen Lachgas steigen. Dazu wird derzeit eine bestehende Anlage in Taiwan erweitert und in Südkorea eine weitere Produktionsstätte neu gebaut. Zudem erwarb Linde LienHwa eine Anlage in der chinesischen Provinz Jiangsu. Denn der Bedarf ist groß: Derzeit sind neun Metalloxid-Projekte in der Entwicklung. Neue Fabriken werden gebaut oder bestehende nachgerüstet, berichtet Bruce Berkhoff, Vorsitzender der Handelsorganisation LCD TV Association. Mit dem Ausbau der Kapazitäten etabliert Linde in Asien seine Position als führender Anbieter von Elektronikgasen, sagt Weisheit. Wir investieren kontinuierlich und unterstützen so Innovationen auf diesem Zukunftsmarkt, so der Ingenieur. Leistungsfähige Transistoren für OLED-Displays Die Verdreifachung der Lachgas-Produktion hält der Linde-Experte deswegen für unverzichtbar: Eine einzige Display-Fabrik braucht bis zu tausend Tonnen dieses Gases pro Jahr, so Weisheit. Metalloxid-Transistoren werden aber nicht nur für Flachbildschirme wichtig. Auch für Smartphones sind die leistungsfähigeren Schaltelemente eine interessante Option, weil sie den Stromhunger der Geräte verringern könnten. Denn vor allem das Display ist verantwortlich, wenn der Akku schon nach weniger als einem Tag schlapp macht. Die Leuchtdioden, die noch hinter den Transistoren verbaut sind und den Bildschirm von hinten anstrahlen, verbrauchen den Löwenanteil des Stroms. Da kleinere Transistoren mehr Licht durchlassen, könnte man durch die Metalloxid-Variante eine Menge Strom sparen. Und auch Bildschirme mit organischen Leuchtdioden abgekürzt OLEDs könnten von den leistungsfähigen Bauteilen profitieren. OLEDs versprechen noch brillantere Bilder und noch schmalere Bildschirme. Doch die OLED-Displays schafften es bislang nicht auf den breiten Markt (siehe Interview). Eine Hürde sind leistungsfähige Transistoren, denn die OLEDs benötigen eine hohe Stromstärke, um die organischen Substanzen zum Leuchten zu bringen. Metalloxid-Transistoren könnten diese Herausforderung meistern. Die Aussichten für Display-Hersteller sind insgesamt gut, wie eine Marktanalyse von Linde zeigt. Zwar stieg die Zahl verkaufter Flachbildschirme im Jahr 2012 wenig an. Der Trend geht aber zu immer größeren Displays, sowohl bei Smartphones als auch bei Fernsehern, sagt Weisheit. Daher rechnen Analysten für 2013 mit einem Umsatzwachstum der Branche um fünf Prozent. Auch für Linde sind die Aussichten erfreulich. Denn Spezialgase spielen bei der Entwicklung von neuen Elektronikgeräten eine wichtige Rolle. Weisheit: Je größer die Display-Flächen, desto mehr Gase werden gebraucht. Kurzinterview Biegsame Bildschirme dank organischer FIlme Linde Technology sprach mit Prof. Jianhua Zhang, Direktorin des Key Lab of Advanced Display and System an der Shanghai University, über die Display-Technologien der Zukunft. Das Institut ist Kooperationspartner von Linde bei der Forschung an OLEDs, also organischen Leuchtdioden. Was sind die Vorteile von OLED-Displays? Organische Leuchtdioden bestehen aus einem dünnen organischen Film zwischen zwei Leitern. Wenn ein elektrischer Strom fließt, emittieren sie Licht. Es ist also keine Lichtquelle mehr hinter dem Bildschirm wie bei LCDs, also Flüssigkristall-Displays. OLED-Bildschirme sind dünner und effizienter. Zudem erzeugen sie brillante Farben und reagieren sehr schnell. In Zukunft könnten OLED-Displays auch biegsam und durchsichtig sein. Warum haben sie bislang den Durchbruch noch nicht geschafft? Einer der wichtigsten Gründe sind die hohen Kosten. OLEDs haben aber das Potenzial, günstiger zu werden als LCDs, weil ihre Struktur einfacher ist. Große Investitionen in die Massenproduktion könnten ein weiteres Hindernis sein. Inzwischen sind aber bereits einige OLED-Produkte auf dem Markt, zum Beispiel in der Samsung Galaxy-Reihe. Woran forschen die Shanghai University und Linde? Bei unserer Kooperation konzentrieren wir uns auf eine neue Technologie zur Einkapselung der dünnen Filme. Denn der organische Film ist extrem empfindlich gegenüber Sauerstoff und Feuchtigkeit. Das kann die Lebensdauer drastisch verkürzen. Die Einkapselung der OLEDs ist daher ein entscheidender Schritt bei der Produktion, insbesondere bei flexiblen Displays. Wie lange wird es dauern, bis OLED-Displays konventionelle Flachbildschirme vom Markt verdrängen? LINK: Das ist schwer zu sagen. Beide Technologien entwickeln sich weiter. Ich bin aber zuversichtlich, dass OLED- Bildschirme in fünf oder zehn Jahren eine wichtige Rolle spielen werden.

16 LINDE TECHNOLOGY #1.13 // Titelthema 16 Innovative Technologien für mehr Nachhaltigkeit Kraftwerk Natur

17 TITELTHEMA // LINDE TECHNOLOGY # Der Energiehunger wächst weltweit. Aber der Klimawandel und knappere fossile Ressourcen zwingen uns dazu, umzudenken und vermehrt erneuerbare Quellen zu nutzen. Doch für einen nachhaltigen Energiemix und eine umweltfreundliche Mobilität sind innovative Technologien gefragt. Die Anlagen- und Gasespezialisten von Linde entwickeln effiziente Prozesse für eine grünere Zukunft und setzen an Schlüsselstellen wichtige Impulse. Windstrom Mit Wasserstoff große Energiemengen effizient speichern. Geothermie Die globalen Erdwärme- Ressourcen besser nutzen. Solarenergie Mit Anti-Reflex-Glas mehr Sonnenstrom gewinnen.

18 LINDE TECHNOLOGY #1.13 // Energiespeicher 18 Rotorblätter auf Windfang: Windparks können gigantische Energiemengen erzeugen. Um diese dem aktuellen Bedarf anzupassen, braucht es effiziente Speichertechnologien wie Wasserstoff.

19 Titelthema: Kraftwerk Natur Energiespeicher // LINDE TECHNOLOGY # Power-to-Gas: Regenerative Energien flexibel und effizient speichern Bildquelle: Bernhard Edmaier/SPL/Agentur Focus Autor: Tim Schröder wasserstoff aus Wind Wind- und Sonnenstrom sollen helfen, die Energiezukunft zu sichern. Dazu benötigt man flexible Stromspeicher. Ein vielversprechender Ansatz ist Wasserstoff. Damit können die fluktuierenden Strommengen bis zur Nutzung gelagert werden: Das Gas lässt sich durch Elektrolyse von Wasser herstellen, effizient lagern und transportieren und wieder in Strom umwandeln. Die Power-to-Gas- Technologie realisieren Linde-Ingenieure in einem Kooperationsprojekt mit Enertrag und Total. Sturmböen peitschen die Rotoren zu Höchstleistungen eine reiche Ernte für das Stromnetz. Wenig später weht über den Windpark nur eine schwache Brise. Dann müssen Gas- oder Kohlekraftwerke einspringen, um den Strombedarf zu decken. Denn das Energienetz ist empfindlich: Um Strom sicher und zuverlässig bereitzustellen, müssen Energieerzeugung und -verbrauch optimal aufeinander abgestimmt sein. Für die Netze ist der Umgang mit dem launenhaften Strom aus Wind und Sonne eine echte Herausforderung. Denn Angebot und Nachfrage klaffen zeitweilig weit auseinander: Nachts, wenn der Bedarf gering ist, gibt es kaum Abnehmer für den Ökostrom. Und tagsüber müssen die Netze sonnen- und windreiche Zeiten neben Flauten und Schattenphasen bewältigen. Die extremen Leistungsschwankungen, die innerhalb weniger Minuten entstehen und sich im Gigawatt-Bereich bewegen, muss das Stromnetz ausgleichen können. Und dieser Effekt wächst mit dem steigenden Anteil von Wind- und Sonnenstrom, erklärt Dr. Christoph Stiller, der im Bereich Clean Energy Technology bei Linde das Feld Energiespeicherung leitet. In den vergangenen Jahren mussten Windkraftanlagen regelmäßig gedrosselt werden, um die Netze vor Ort nicht zu überlasten wertvolle Energie geht so verloren. Das Einspeisen des Ökostroms macht die Umgestaltung des Energiesystems zu einer Mammutaufgabe mit vielen technologischen Herausforderungen. EnergieSpeicher In einem Kilogramm Wasserstoff steckt dreimal so viel Energie wie in einem Kilogramm Erdöl. Neben dem Ausbau der Stromtrassen sind vor allem geeignete Speichertechnologien notwendig, die überschüssige Windenergie aufnehmen und auf Vorrat halten über Stunden, Tage oder sogar Wochen und dann wieder ins Netz einspeisen können, sagt Stiller. Zwar sind aus heutiger Sicht Pumpspeicher eine effiziente Lösung, aber sie lassen sich nur in bestimmten geographischen Regionen errichten. In Deutschland zum Beispiel sind die Möglichkeiten nahezu erschöpft. Die installierte Gesamtspeicherkapazität beträgt hier derzeit rund 40 Gigawattstunden. Doch alleine könnten sie den erwarteten Bedarf an Stromspeichern bei Weitem nicht decken. Wollte man das Energiesystem zu 100 Prozent erneuerbar machen, wäre mal so viel an Speicherkapazität notwendig, also 40 bis 80 Terawattstunden. Eine vielversprechende Lösung bietet der Power-to-Gas-Ansatz: Die Umwandlung von regenerativ erzeugtem Strom in Wasserstoff (H₂). Das leichte Gas ist als Schwankungspuffer bestens geeignet und lässt sich aus Wasser per Elektrolyse gewinnen, so der Linde-Experte. Den dafür notwendigen Strom liefern regenerative Energiequellen wie zum Beispiel die Windkraft. Für den produzierten Wasserstoff öffnen sich dann viele Wege in das öffentliche Energienetz: So lässt sich H₂ in Gaskraftwerken zurück in Strom verwandeln oder mit einem Anteil von derzeit bis zu fünf Prozent in das Erdgasnetz einspeisen. Eine weitere Option ist die so genannte Methanisierung. Stiller: Dabei wird der Wasserstoff für die Produktion von synthetischem Erdgas

20 LINDE TECHNOLOGY #1.13 // Energiespeicher 20 Titelthema: Kraftwerk Natur Vernetzte Wasserstoff-Welt Windparks produzieren große Mengen regenerative Energie: Diese kann je nach Bedarf direkt ins Stromnetz fließen, aber auch Elektroautos antreiben oder zur Wasserstoffproduktion genutzt werden. Für den erzeugten H₂ öffnen sich viele Wege: Dieser kann Brennstoffzellenfahrzeuge antreiben, anteilig ins Erdgasnetz gespeist oder für die Methanisierung zu SNG (Synthetic Natural Gas) genutzt werden. Auch Blockheizkraftwerke können H₂ als Brennstoff nutzen. Synthetisches Erdgas (SNG) Methanisierung Wasserstoff H₂-Abfüllanlage Wärme Strom H₂-Speicher Blockheizkraftwerk Biogas Windpark Elektrolyse/ H₂-Produktion Ionischer Kompressor Erdgasnetz Elektro-Tankstelle Komprimiertes Erdgas (CNG) H₂ CNG Wasserstoff-Tankstelle Erdgas-Tankstelle eingesetzt, das dann unbegrenzt in das öffentliche Erdgasnetz strömen könnte. Das dafür benötigte Kohlendioxid lässt sich ebenfalls aus erneuerbaren Quellen wie Biogas- oder Kläranlagen gewinnen. Auch Brennstoffzellen können die im Wasserstoff gespeicherte Energie in Form von Wärme und Strom wieder verfügbar machen und so Heizungen befeuern, Haushaltsgeräte versorgen oder auch Elektrofahrzeuge antreiben. H₂-Energiespeichersysteme könnten eine wichtige Brücke zwischen den erneuerbaren Energien und dem Straßenverkehr bilden. Brennstoffzellenautos mit H₂ betankt ließen sich dann mit erneuerbarem Überschussstrom betreiben. Wie die H₂-Welt künftig Mobilität und Energieversorgung verbinden kann, soll jetzt das Kooperationsprojekt H₂-BER von Linde und den beiden Energieunternehmen Enertrag und Total zeigen, das von Linde Gas Deutschland in Zusammenarbeit mit Lindes Clean- Energy-Team koordiniert wird. Das Projekt wird vom Nationalen Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP) gefördert. Derzeit errichten die Partner am künftigen Berliner Hauptstadtflughafen die weltweit erste Wasserstofftankstelle, die den Strom direkt aus einem Windpark bezieht. Mit dem H₂-Kraftstoff sollen dann Brennstoffzellen-Busse und -Pkw fahren. Das Unternehmen Enertrag hat den Windpark in der Nähe des Flughafens errichtet und betreibt mit dem dort erzeugten Strom eine große Elektrolyse- Anlage, die den Wasserstoff produziert. Und je nachdem, wie hoch die zur Verfügung stehenden Ökostrom-Mengen sind, kann die Elektrolyse-Leistung reguliert und die H₂-Produktion entsprechend angepasst werden. Linde liefert die komplette Technologie, mit der der