Die Erhöhung des Wirkungsgrades durch höhere Betriebstemperaturen in innovativen und nachhaltigen Energieumwandlungsprozessen ist ein bedeutender Schlüssel zur Steigerung der Ressourceneffizienz. Daraus ergibt sich eine Beanspruchung der Werkstoffe, die eine Entwicklung neuer Werkstoff- und Fertigungskonzepte erforderlich macht.
Für die Vollendung der Energiewende sind innovative neue Hochtemperaturwerkstofflösungen und Fertigungstechnologien für die überwiegende Zahl von Energieumwandlungstechnologien unabdingbar. Das Verbundprojekt hat zum Ziel, durch angewandte Materialforschung signifikante Beiträge zur CO2-Reduktion, Ressourceneinsparung und Effizienzsteigerung von Anlagen und Prozessen zu liefern. Es werden drei Bereiche adressiert: Solarthermie, Hochtemperaturelektrolyseur und Wasserstoffturbine. In der Solarthermie werden Sonnenstrahlen über Spiegelsysteme fokussiert und erhitzen geschmolzene Salze, mit deren Hilfe die Wärme zu einer Dampfturbine transportiert wird. Dabei werden die Solar-Receiver, die Rohrleitungen, Pumpen, sowie die Speichertanks durch die Korrosion in den geschmolzenen Salzen bei Temperaturen von 350 °C bis 550 °C besonders beansprucht.
Kostengünstige Aluminid-Diffusionsschichten für Wärmespeichertanks und Rohrleitungen aus ferritischen Stählen werden erforscht, um Korrosionsschutz sowie Potenzial für höhere Betriebstemperaturen zu erreichen. Die Hochtemperaturelektrolyse ist eine vielversprechende Technologie zur Herstellung von grünem Wasserstoff. Innovative und kostengünstige Beschichtungen für Interkonnektoren aus ferritischem HT-Edelstahl gegen Korrosion und Abdampfung flüchtiger, toxischer und funktionsstörender Chrom-(VI)-Spezies werden erforscht und weiterentwickelt. MoSiB-Legierungen für Wasserstoffturbinen werden für höchste Anwendungstemperaturen über 1300 °C untersucht. Diese werden über pulver metallurgische Verfahren hergestellt, sowohl druckunterstützte Sinterver fahren als auch SEBM werden eingesetzt. Gleichzeitig wird die Umformung von Formteilen mit tribologischer und prozesstechnischer Optimierung erforscht.
In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gemäß der Richtlinie 3004/68 501 »Unterstützung anwendungsorientierter Forschung für außeruniversitäre Forschungseinrichtungen« geförderten Verbundprojekt »HI-TEMP« haben sich die Fraunhofer-Institute IWM, IST, IKTS, ICT und IWU zusammengeschlossen, um in einer sich gegenseitig ergänzenden Vorgehensweise gemeinsam Werkstofflösungen für die adressierten Technologien zu entwickeln.
Am Fraunhofer ICT wird im Rahmen des Ver bundprojekts für die Solarthermie ein Einbrennverfahren für Aluminium-Slurry-Schichten entwickelt. Durch die äußere Wärmeeinwirkung entstehen Aluminid-Diffusionsschichten, die den Stahl vor Korrosion schützen. Der Vorteil des Verfahrens gegenüber einem Ofen ist, dass nicht das gesamte Bauteil der Wärmebehandlung unterzogen werden muss, sondern nur die Bauteiloberfläche. Für eine digitalisierte KI-gestützte Vorgehensweise zur gezielten Weiterentwicklung von Diffusionsschichten wird das gesamte System in allen Prozessschritten parametrisiert und die Daten in einer computerlesbaren Form strukturiert. Zum Schutz des Interkonnektors in einem Hochtemperaturelektrolyseur werden galvanisch aufgetragene Beschichtungen auf der Basis von Lanthanoxid untersucht. Die Methode ist kostengünstig, gut geeignet zum Beschichten auch komplexerer Geometrien und liefert dünne, nano-strukturierte Schichten. Zur Beurteilung des Potenzials für den Betrieb von Feststoffelektrolyseuren unter Druck wird die Stabilität der Interkonnektor-Beschichtungen bei 30 bar in relevanten Atmosphären untersucht.
Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT