Gewählte Kategorie Energietechnik

König trifft Erfinder!

Werner von Siemens illuminierte die königliche Venusgrotte


Märchenkönig Ludwig II. ist weithin als Bauherr gigantomanischer Schlösser bekannt, weniger in die Öffentlichkeit gedrungen ist seine Lebensleistung als Förderer innovativer Techniken. In der Venusgrotte von Schloss Linderhof begann 1878 das Zeitalter der Elektrifizierung mit dem Aufbau des weltweit ersten Elektrizitätswerks; kein Geringerer als Werner von Siemens lieferte die bis dato noch unbekannte Technologie.

Derzeit wird die tragische Lebensgeschichte des Märchenkönigs in einem großen Kinofilm an Originalschauplätzen seiner Schlösser in opulente Bilder gesetzt. Was dabei weniger im Blickpunkt steht, ist die Tatsache, dass der König von Bayern nicht nur ein großer Fan der Baukunst war, sondern gern auch den Einsatz innovativer Techniken förderte. So startete das Zeitalter der Elektrifizierung faktisch in einem königlichen Anwesen, in der Venusgrotte von Schloss Linderhof. Hier zog sich der König zurück, um in einer Traumwelt düsteren Gedanken nachzuhängen. Diese Tätigkeit sollte jedoch entsprechend illuminiert sein – und dafür war dem König modernste Technik gerade gut genug. In höchst königlichem Auftrag errichtete Sigmund Schuckert 1878 dafür das weltweit erste Elektrizitätswerk – auf Basis des Dynamos, den der bayerische Erfinder und Unternehmer Werner von Siemens erfunden hatte.

24 nach dem Siemens-Prinzip arbeitende Dynamomaschinen sowie Kohlebogenlampen von Siemens setzten damals die von Ludwig II. erträumte, märchenhaft strahlende Farbenpracht in der Venusgrotte in Szene. Man beachte: Diese elektrischen Anlagen in Linderhof wurden ein Jahr vor Thomas A. Edisons ersten Versuchen mit Glühlampen und vier Jahre vor der Errichtung der ersten öffentlichen Elektrizitätswerke fest installiert. Bei einem Festakt auf Schloss Linderhof im Mai 2011 würdigten Prinz Luitpold von Bayern, der bayerische Finanzminister Georg Fahrenschon und Siemens-Chef Peter Löscher deshalb gemeinsam die beiden kongenialen Pioniere des Stromzeitalters: König Ludwig II. und Werner von Siemens.

© mce mediacomeurope GmbH 2011

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OLED: das strahlende Licht der Zukunft

Infomercial der Siemens AG


Innovative Lichttechnologien lassen die Welt in neuem Glanz erstrahlen und bieten Designern und Architekten gleichzeitig bisher unbekannte Einsatzmöglichkeiten. Für das Licht von morgen hat die Siemens-Tochter Osram eine Pilotanlage für OLED-Technologien in Betrieb genommen.

Osram entwickelt derzeit OLEDs auf der Grundlage organischer Halbleiter. Diese werden in mehreren, sehr dünnen Schichten auf Glas aufgedampft. Sie sind so dünn, dass sie transparent bleiben. Der Chemiker Dr. Bernhard Stapp, bei Osram für Leuchtdioden verantwortlich, erläutert die Strategie des Herstellers. Sie richtet sich auch darauf, die OLED gemeinsam mit Lichtplanern und Designern weiter zu entwickeln. Stapp hat bei Siemens den Ruf eines Vor-und Querdenkers, der schon früh die Bedeutung der OLED-Technologie erkannt hat. Osram will sie in einer Pilotproduktion erproben, die dann bis zur Serien- und Massenfertigung führen soll.

© Siemens AG 2011

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Solarzellen-Versiegelung: Kunststoff statt Glas

Hochbarriere-Folie aus Hybridpolymeren – Trend flexible Solarzelle


Solarzellen sind immer noch eine teure Technologie für den Privatgebrauch. Um sie zwanzig Jahre betriebsbereit zu halten, müssen sie heute beidseitig mit Glas „versiegelt“ werden. Es schützt das teure Innenleben mit hoher Sicherheit vor den Einflüssen des Wetters und der hochenergetischen UV-Strahlung.

Aus der Lebensmittelindustrie kommen Hochbarrierefolien, die jetzt auch für die Energietechnik im Bereich der Photovoltaik interessant werden.

Die Hochbarrierefolien kommen heute beispielsweise für die Verpackung von Kartoffel-Chips zum Einsatz; sie schützen das Lebensmittel vor der Feuchtigkeit des Atmosphäre, nur so bleiben die Chips über längere Zeit hinweg knusprig. Dabei handelt es sich um Hybridpolymere mit anorganischen sowie organischen Bestandteilen.

Dr. Sabine Amberg-Schwab vom Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg und Dr. Klaus Noller vom Fraunhofer-Institut für Verpackung und Verfahrenstechnik IVV in Freising haben nach diesem Prinzip eine hochdichte Sperrfolie entwickelt, die speziell für Solarzellen zum Einsatz kommen soll. Diese Eigenentwicklung trägt den Namen „Ormocere“. Als Basis verwenden die Würzburger Wissenschaftler eine handelsübliche PET-Folie, die schon eine anorganische Barriereschicht aus Siliziumoxid aufweist. Diese wird mit einer mikrometerdünnen, speziell entwickelten Lackschicht überzogen.

Der Einsatz solcher Folien bringt im ersten Schritt eine deutliche Gewichtsreduzierung. Ersetzt man nur eine Seite einer Solarzelle durch die Folie, spart das bereits vierzig Prozent ihres Gewichtes. In Zukunft ließen sich mit der Folie auch flexible Solarzellen versiegeln, die heute bereits entwickelt werden. Leicht und biegsam könnte man sie dann auch in Häuserfassaden integrieren.

© Fraunhofer-Gesellschaft 2011

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Stresstest für Lacks von Rotorblättern

Infomercial der BASF SE


Offshore-Windparks kommen als Quelle für erneuerbare Energien immer mehr in Mode. Die Kräfte, die auf die Verbundmaterialien wirken, sind jedoch enorm. Umfangreiche Materialtests im Labor sind erforderlich, um die Lebensdauer der Bauteile auf hoher See und damit ihre Wirtschaftlichkeit zu erhöhen.

Die Belastungen, denen ein Rotorblatt in Offshore-Parks ausgesetzt ist, sind gewaltig: Regentropfen wirken in 90 Metern Höhe wie Geschosse. Sie treffen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 300 Kilometern pro Stunde auf die Blattspitzen, die sich beim Rotieren zudem um mehr als einen Meter biegen können. Zusätzlich zehren Witterungseinflüsse wie Schnee, Regen, Hitze und UV-Strahlung an den Flügeln. Mit innovativen Epoxy-Systemen für hoch belastbare, faserverstärkte Bauteile und mit verschleißfesten Beschichtungen für die Windflügel unterstützt BASF die Hersteller dieser Giganten. Die Verlängerung der Lebenszeit der Rotoren wird als entscheidender Faktor bei der Frage gesehen, ob sich Windkraft aus Offshore-Parks künftig als neue umweltfreundliche Energiequelle wirtschaftlich tatsächlich durchsetzen kann. Betriebszeiten von zwanzig Jahren sind nach Meinung von Experten erforderlich, um dieses Ziel zu erreichen.

BASF will im Labor durch umfangreiche Materialtests sicherstellen, dass auch der Lack der Rotorblätter die geforderte Betriebszeit von zwanzig Jahren bei allen erdenklichen Wettereinflüssen erreichen kann. Die Tests der Beschichtungen zeigen: die Neuentwicklungen sind imstande, dem Dreifachen der Belastungen zu widerstehen, die von Regentropfen auf die Rotor-Oberflächen ausgeübt werden.

© BASF SE 2011

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Riesenmagnete bringen Teilchen auf Touren

KIT entwickelt supraleitende Hochfeldmagnete für NMR-Spektroskopie


In Teilchenbeschleunigern analysieren Physiker die kleinsten Bausteine der Welt. Immer sind es gewaltige Magnete, die die Teilchen im Vakuum auf annähernd Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Am Institut für Technische Physik im KIT hat man mit der Entwicklung geeigneter supraleitender Hochfeldmagnete für die Grundlagenforschung, wie sie etwa im CERN vorangetrieben wird, eine wichtige Voraussetzung geschaffen.

Inzwischen gibt es neue Einsatzfelder, in denen diese in Teilchenbeschleunigern erzeugte Strahlung, die sogenannte Synchrotronstrahlung, nicht nur “Selbstzweck” für die physikalische Analyse der darin entstandenen Elementarteilchen ist. Sie kann für unterschiedliche Anwendungen im Bereich der Material- und Werkstoffforschung, ja sogar der Biologie herangezogen werden. Immer dient die hochenergetische Strahlung zur “Durchleuchtung” von Materie im Allerkleinsten, wo herkömmliche Methoden versagen, also im Mikro- oder Nanobereich.

Bei der Synchrotonstrahlung handelt es sich um laserartig fokussierte Strahlung. Sie interagiert mit den Atomen des untersuchten Materials. Mit Hilfe der Kernspinresonanz-Spektroskopie, kurz NMR für nuclear magnetic resonance, lassen sich deren Strukturen im subatomaren Bereich visuell sichtbar machen und analysieren.

Im Institut für Technische Physik des KIT hat man die Entwicklung der hochenergetischen Synchrotronstrahlung mit der Konzeption und dem Bau solcher Hochfeldmagneten seit dreißig Jahren begleitet und maßgeblich mit gestaltet. Der Beitrag stellt die Arbeit der Wissenschaftler und Ingenieure in diesem Teilgebiet vor und zeigt, wie in Coproduktion mit einem Industriepartner hochwertige Serienprodukte für solche Anwendungen entstehen.

© Karlsruher Institut für Technologie KIT 2010

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Wettlauf um die Mobilität der Zukunft

Infomercial der BASF SE


Elektromobilität ist im Trend. Erhebliche Forschungsanstrengungen werden derzeit unternommen, um die Technologie für den Markt wettbewerbsfähig zu machen. Ein zentraler Faktor: die Lithium-Ionen-Batterie. Das Konsortium HE-Lion unter der Federführung der BASF arbeitet an ihrer Weiterentwicklung.

Während die aktuelle erste und zweite Generation der Lithium-Ionen-Batterien bereits in Laptops, Smartphones oder Kameras verwendet wird, muss für die dritte und vierte Generation ein neues und stabileres System entwickelt werden. Entscheidend für den Erfolg der neuen Batterien sind hohe Sicherheit, hohe Kapazität, eine lange Lebensdauer und ein erschwinglicher Preis. Angestrebt wird eine zwei- bis fünfmal so hohe Energiedichte wie in bisher bekannten Batteriesystemen. Diese sollen es – basierend auf heutigen Serienmodellen – ermöglichen, dass die Reichweite einer Batterieladung nicht wie heute nach fünfzig Kilometern, sondern erst nach zweihundert Kilometern endet.

In diesem Infomercial stellt BASF das Projekt HE-Lion vor. Gemeinsam mit Partnern werden im miniaturisierten Maßstab unterschiedliche Materialien für Lithium-Ionen-Batterien im Labor getestet, die neben der Lebensdauer vor allem die Batteriekapazität erhöhen sollen. In den kommenden fünf Jahren will die BASF einen dreistelligen Millionenbetrag in das Thema Batterien investieren. Darunter fallen Forschungsaktivitäten zur Optimierung der Lithium-Ionen-Technologie, Ziel ist aber auch die Entwicklung völlig neuer Batteriekonzepte.

© BASF SE 2011

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Eco-Marathon: Ideen für die Autos von morgen

Wettbewerb für Nachwuchs-Konstrukteure


Der „Shell Eco-Marathon“ bietet jungen Konstrukteuren und Ingenieuren aus aller Welt eine Bühne, neue Lösungsansätze für nachhaltige Mobilität zu entwickeln und einer größeren Öffentlichkeit vorzustellen. Aufgabe dieses in Amerika, Asien und Europa ausgetragenen Wettbewerbs ist es, ein Fahrzeug zu konstruieren, zu bauen und zu fahren, das mit möglichst wenig Kraftstoff möglichst weit fährt.

Shell, Initiator des Wettbewerbs, will damit Innovationen, den Umweltschutz und die Weiterentwicklung von Spitzentechnologie zur Verbesserung der Energieeffizienz fördern.

Die Initiative richtet sich an Studenten von Universitäten, weiterbildenden Schulen und anderen Einrichtungen in Europa. Die Teams können in zwei Hauptkategorien starten: Zur Kategorie „Prototypen“ zählen die futuristischen Designs stromlinienförmiger Fahrzeuge mit drei oder vier Rädern, deren Konstruktion primär darauf abzielt, den Luftwiderstand zu reduzieren und damit den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Bei den Fahrzeugen des „Urban Concept“ handelt es sich um konventionelle, alltagstaugliche Fahrzeuge auf vier Rädern, die den Ansprüchen moderner Fahrer genügen, die das Effizienz-Thema vor allem über innovative Antriebstechniken lösen.

Die Fahrzeuge beider Kategorien können entweder mit konventionellen Kraftstoffen oder mit alternativen Energiequellen angetrieben werden. Schon seit 2003 sind auch alternative Antriebsenergien wie Solarenergie, Wasserstoff-Brennstoffzellen oder Biokraftstoffe erlaubt. Neu beim Eco-Marathon 2011 ist die Wettbewerbskategorie „Elektromobilität“, in der die Elektromotoren der Fahrzeuge mit Solarenergie, einer Brennstoffzelle oder einer Plug-in-Batterie angetrieben werden. Grundsätzlich gilt: Solange die Teams die geltenden Sicherheitsvorschriften beachten, sind der Konstruktion ihrer Fahrzeuge keine Grenzen gesetzt.

2011 waren mehr als 200 Teams gemeldet, davon rund 90 Teams in der neuen Wettbewerbskategorie „Elektromobilität“.

Die Reportage des Wettbewerbs 2011 stellt die Gewinner mit ihren technischen Konzepten vor.

© mce mediacomeurope GmbH 2011

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Boomende Zukunftsbranche Optoelektronik

Infomercial des VDI Technologiezentrum


Der Markt der „Lichtlösungen“, die Photonik, ist heute weltweit über 250 Milliarden Euro schwer und glänzt mit zweistelligen Wachstumsraten. Allein in Deutschland beschäftigt er über 120.000 Menschen. Die Branche bleibt auf expansivem Wachstumskurs.

Der Beitrag des VDI Technologiezentrum zeigt konkrete Beispiele innovativer Lösungen. Ein Modellprojekt für neue Beleuchtung befindet sich in Trier. Im Schulzentrum am Mäusheckerweg sollen bald alle Klassenräume in klarem LED-Licht erstrahlen. Das soll die Energiekosten im Betrieb auf etwa ein Drittel senken. Ein anderes beleuchtetes Beispiel kommt aus der Medizintechnik: An der Charité in Berlin untersuchen Prof. Dr.-Ing. Jürgen Lademann und sein Team mit Hilfe photonischer Medizintechnik nicht-invasive Untersuchungsmethoden. Das dritte Beispiel kommt aus dem Maschinenbau, wo bei der Firma EOS aus Krailling mit Licht, dem sogenannten Laser-Sinter-Verfahren, Geigen produziert werden. Die künftigen Möglichkeiten der Produktion mit Laser-Sintern sind enorm und reichen bis zu individuell gefertigten Prothesen.

© VDI Technologiezentrum 2011

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CO2: Vom Klimakiller zum wertvollen Rohstoff

Kohlendioxid bald wertvoller Rohstoff der chemischen Produktion?


Die Energieversorger produzieren erhebliche Mengen von Kohlendioxid – das hat diesen lebenswichtigen Stoff in Verruf gebracht. Die Industrie sucht inzwischen nach Möglichkeiten, den Abfall bei Verbrennungsprozessen als Ausgangsstoff für die chemische Produktion zu verwerten.

Kohlenstoff ist zum Beispiel die chemische Grundlage für die sogenannten Polyurethane, die uns fast allgegenwärtig umgeben: von Dichtungen über Schaumstoffe in Sitzmöbeln bis zu Hartschaum in Sportschuhen. Der jährliche Verbrauch liegt bei fast 20 Millionen Tonnen. Kohlenstoff ist ein zentraler Baustein der Polyurethane. Bisher wird er aus Rohöl gewonnen. Was, wenn man das “C” aus CO2 herauslösen würde und dann für die Produktion einsetzen könnte? Das Modell klingt in der Theorie gut, ist aber nicht so einfach umzusetzen. Denn im Moment muss man viel Energie aufwenden, um den relativ trägen Kohlenstoff aus seiner Verbindung herauszulösen. Mit Hilfe von hochenergetischen Katalysatoren versucht die chemische Forschung, den Energiebedarf dieses Prozesses zu reduzieren.

In der Energiewirtschaft gibt es zusammen mit der chemischen Industrie zudem Überlegungen, die bei erneuerbaren Energien anfallenden Überkapazitäten der Stromerzeugung für solche chemischen Prozesse einzusetzen. Damit ließen sich die sonst ungenutzten Überschussmengen einer industriellen Verwertung zuführen. Viel Entwicklungsaufwand ist für solche “Dream Productions” – so der Projektname einer Kooperation von Bayer, RWE und Siemens – noch erforderlich.

© mce mediacomeurope GmbH 2011

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Carbonfasern für Windpark-Rotorblätter

Infomercial der BASF SE


Die Diskussion um die erneuerbaren Energien steht derzeit im Fokus des öffentlichen Interesses. Die grüne Technologie sucht gleichzeitig nach neuen Methoden, die Produkte der Wachstumsbranche effizienter und damit auch wirtschaftlicher zu gestalten. Forscher der BASF und der Fraunhofer Gesellschaft erproben besipielsweise neuartige Materialien, die Rotorblätter für Windkraftanlagen noch widerstandfähiger machen.

Das Beispiel Off-Shore Windparks in der Nordsee: Kräfte von mehreren Tonnen wirken hier an den Rotorblättern. Um die Wirtschaftlichkeit der Anlagen zu steigern, sollen sie künftig den Elementen der Natur mehr als zwanzig Jahre standhalten.

Die Rotorblätter bestehen heute überwiegend aus Glasfasern: Sie können gewaltigen Kräften trotzen, wenn sie in einem Gewebe miteinander verbunden sind. Verklebt werden sie mit sogenanntem Epoxydharz. Die Substanz wird zusammen mit einem Härter in das Glasfasergewebe der Rotorblätter injiziert. Wichtig dabei ist, dass die Substanz lange genug flüssig bleibt, um das ganze Gewebe zu durchdringen, dann aber schnell aushärtet. Und die Entwicklung geht weiter: Bald sollen vermehrt Carbonfasern die Glasfasern ersetzen. Sie sind leichter und machen so auch den Bau sehr langer Rotorblätter möglich.

© BASF SE 2011

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