Aspekte der Energieeffizienz beim Einsatz von Nanotechnologien

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1 BmU Treffen Nanokommission , Berlin Aspekte der Energieeffizienz beim Einsatz von Nanotechnologien Dr. Karl-Heinz Haas Sprecher des Fraunhofer- Verbundes Nanotechnologie Würzburg

2 Chancen für NT im Bereich Energie/Rohstoffe Bessere Ressourcennutzung: Höhere spezifische Oberflächen weniger Material nötig (Katalyse) Energieeinsparung durch Absenkung Prozesstemperatur: Sintern, Katalyse, Fügen dadurch auch erhöhte Ausbeuten (Thermodynamik) Effektivere Energiespeicherung: H 2 -Technologie CNT, Zeolithe.. Höhere Energiedichten in Batterien: Dünnstschichten, Nanoporen Energieeinsparung durch Wärmedämmung: Aerogele Verbesserte Solarenergienutzung (Grätzelzelle) Verbesserte mechanische Materialeigenschaften: Gleiche Performance mit weniger Material möglich (Festigkeit) Lichttechnik mit höherer Ausbeute Seite 2

3 NT and energy antireflective glazing nanotechnology organic solar cells thermoelectricity heat insulating nanogels fuel cells

4 Energieaspekte beim Einsatz von NT in der Produktion Fragestellungen in der Produktion Soll der Reinigungsaufwand von Geräten und Maschinen verringert werden? Soll die chemische und thermische Beständigkeit von Metallen verbessert werden? Soll die Standzeit von Werkzeugen verlängert werden? Soll die Online-Kontrolle von Produktionsprozessen verbessert werden? Soll die Energie durch Reduktion der Prozesstemperaturen eingespart werden? Soll die Effektivität von Fügeprozessen gesteigert werden? Beispiele für den Einsatz von NT Antihaftbeschichtungen, selbstreinigende Schichten (Photokatalyse) Korrosionsschutzschichten Thermische Schutzschichten Tribologische Schutzschichten (Nanokomposite oder Mehrfachschichten) Nanosensoren Verwendung/ Einsatz von nanoskaligen Pulvern Zugabe von Nanofüllstoffen zu Polymeren zur verbesserten Fließfähigkeit Einsatz von Klebern mit nanoskaligen Partikeln bzw. Nanopulver für thermische Fügeverfahren Seite 4

5 Nanoporous coating for high solar transmission solar light reflexion reflexion antireflective coating substrate < 92% solar light transmission > 98% cover glass for solar collectors: Increase of efficiency 10% succesfull market introduction by Centrosolar Glas Seite 5

6 Solar control coatings by Physical-Vapor-Deposition (PVD) processes multilayers as transparent coatings with IR-reflectivity oxide layer anti-reflective metal layer IR-reflection blocker layer corrosion protection/diffusion barrier reducing energy need for climatization high volume application Source: B. Schultrich Fraunhofer IWS Dresden Seite 6

7 Klimagerät: Saubere Oberflächen auf Nanolackbasis für Energieeffizienz Energieeffizienz NT Seite 7

8 Nanolacke für Korrosionsschutz: Ressourcen- und energieeffizient 180 Umweltrelevante Verbrauchsmengen/g [g] Wasser Lösemittel Additive Bindemittel / Härtersystem Chromatierung Einsatzstoff Schichtdicke (Lack) Konventionelles Lackieren mit Chromatierung Vorbehandlung: Chromsäure (toxisch) µm Verwenden eines Nanolackes Silane als Vorstufen für nanoskalige anorganischorganische Hybridpolymere 5-10 µm 0 1 K CC 2 K CC Wasser CC Pulver CC Nanolack Arbeitsschritte Grundierung + Lack Eine Schicht ist ausreichend Quelle: Steinfeldt 2004 Seite 8

9 Oberflächenvorbehandlung von Metallen Einsparung von Prozesschritten Behandlung bei niedrigeren Temperaturen Seite 9

10 Katalysatoren für Geruchs- und Schadstoffabbau Hochporöse Katalysatorschicht für Backofensysteme Quelle: ItN Nanovation konventionelles le Reduktion Prozesstemperatur durch Erhöhung der Reaktivität Die hohe Porosität von Nanocat saugt das Öl effizient ins Innere, die Oberfläche des Katalyse- s verteilt das Öl mehr auf der Oberfläche. Sehr geringe Einbusse der Aktivität Seite 10

11 Prozessnanomaterialien Polymerverarbeitung: Verbesserung der Fliessfähigkeit von Polymerschmelzen durch die Zugabe von Nanopartikeln BASF AG dünnere Teile möglich, dadurch Materialersparnis, niedrigere Verarbeitungstemperaturen! Quelle: Plastverarbeiter 2004 Seite 11

12 Weitere Aspekte Energieeffizienz NT Gesamtbetrachtung notwendig: Energieeinsatz für die Herstellung von Nanomaterialien vs. Energieeinsparung beim Einsatz (Intrinsische) Nanomaterialien vs. Prozess-Nanomaterialien Optimierung klassischer Produktionsprozesse durch NT Seite 12