ERNEUERBARE ENERGIEN IM AUFSCHWUNG
Erneuerbare Energien und Reduktion des Energieverbrauchs stehen nun schon seit langer Zeit im Fokus von Industrie, Politik sowie der Finanzwelt.
Steigende Rohstoffkosten, vor allem bei Rohöl, in der ersten Jahreshälfte 2008 haben die Preise für konventionell erzeugten elektrischen Strom sprunghaft ansteigen lassen und zugleich zu mehr Interesse an der Stromerzeugung aus kostengünstigeren, noch besser alternativen Energiequellen geführt, die politischen und wirtschaftlichen Kontrollgremien bisher völlig fremd waren.
Die derzeitige Finanzkrise hat erneut aufgezeigt, welche wirtschaftlichen Chancen der Markt für alternative und erneuerbare Energien konkret bietet.
So haben die meisten Regierungen inzwischen erkannt, dass die Realisierung von Systemen für Produktion, Management und Einsparung von Energien aus nachhaltigen und erneuerbaren Quellen, sowohl im privaten als auch im industriellen Bereich, eine große Chance zur Wiederbelebung der Weltwirtschaft bieten kann.
Tatsächlich sind inzwischen Einzelheiten für Pläne zahlreicher Länder zur Ankurbelung der Wirtschaft bekannt geworden.
So haben die USA für die nächsten zehn Jahre mehr als 150 Milliarden US-Dollar für die Erforschung und Entwicklung sauberer Technologien in den Bereichen alternative Energien, Elektroautos und Energieeinsparung bereitgestellt, um die zunehmende Abhängigkeit der USA von fossilen Brennstoffen zu reduzieren.
Ebenso hat die deutsche Bundesregierung zusätzlich zu bereits durchgeführten Maßnahmen wie dem berühmten ‚Hunderttausend-Dächer-Programm‘ weitere Mittel für Entwicklungen in den Bereichen Photovoltaik und Windenergie zur Verfügung gestellt.
So könnten ursprünglich vor allem zum Schutz der Umwelt ins Leben gerufene Initiativen nun – zumindest auf lange Sicht gesehen – das Fundament für den wirtschaftlichen Aufschwung in den USA und Europa bilden.
Abgesehen von öffentlichen Anreizen und offensichtlichen ethischen Gründen wird die Produktion elektrischen Stroms aus erneuerbaren Energien auch durch die Kosten pro Kilowattstunde vorangetrieben, die besonders interessant sind, wenn alternative Energien mit konventionellen Techniken wie Wärme- oder Atomkraftwerke kombiniert werden.
TECHNISCHE KUNSTSTOFFE
Die zahlreichen Projekte und Entwicklungen zur nachhaltigen Nutzung erneuerbarer Energien und neuer Technologien zur Energieeinsparung betreffen alle industriellen Bereiche.
Dies eröffnet interessante Möglichkeiten für technische Kunststoffe, vor allem weil viele dieser Projekte auf einer vollständig „grünen“ Basis aufsetzen und somit von den typischen, mit der Herstellung und Verarbeitung von Verbundwerkstoffen und Compounds verbundenen Vorteilen profitieren können.
Gegenüber Metallen ermöglichen Kunststoffe weitere Kostensenkungen, z. B. bei der Entsorgung von Produktionsabfällen, den erforderlichen Arbeitsschritten, der Verarbeitung, dem damit verbundenen Energieverbrauch sowie beim Transport.
Jedoch bieten nicht alle dieser Wachstumsbereiche gleichermaßen interessante Möglichkeiten für Kunststoffe. Grund sind die jeweiligen Projektvorgaben, z. B. Bauteilabmessungen, mechanische Anforderungen, Einsatzbedingungen usw.
Innerhalb dieser durch die Eigenschaften thermoplastischer Kunststoffe vorgegebenen Grenzen ist LATI aktiv an der Entwicklung zahlreicher Projekte in den folgenden Bereichen beteiligt:
Der Einsatz technischer Kunststoffe in diesen Gebieten ist einfacher und schneller, vor allem auf Grund der spezifischen Bauteilanforderungen sowie der einfachen Integration des Spritzgießverfahrens in den Herstellungsprozess.
Aber auch daran angrenzenden Aktivitäten, die mit der Produktion von Komponenten für den Betrieb von Energieerzeugungssystemen verbunden sind, kommt eine große Bedeutung zu, vor allem im Bereich der Solarthermie.
PHOTOVOLTAIK
Die Photovoltaik ist das mit Abstand am schnellsten wachsende Segment, vor allem in Deutschland, aber auch in Italien, wo neue, den höchsten Energiesparstandards entsprechende Gebäude bereits mit Solarmodulen ausgestattet werden.
Die Verbesserung der Modulwirkungsgrade sowie Fortschritte in der Siliziumtechnologie werden letztendlich zu einer weiteren Senkung der Solarstromkosten führen und können damit die Verbreitung der Photovoltaik weiter vorantreiben.
Thermoplastische Kunststoffe eignen sich auf Grund ihrer vorteilhaften Eigenschaften wie hohe Designfreiheit, flexible Rezepturen sowie einfache und saubere Fertigung per Spritzguss besonders gut für derartige Anwendungen.
Hier besitzt LATI umfassende Erfahrungen bei der Entwicklung von Lösungen, z. B. der Substitution von Metallen für Strukturbauteile von Photovoltaikmodulen sowie der Einführung spezieller selbstverlöschender Compounds für die Einkapselung der Steuerelektronik.
Zu den spezifischen Anforderungen gehören vor allem die Optimierung der Produktlebensdauer sowie die Einhaltung der Umweltstandards.
Für Strukturbauteile aus Kunststoff gelten z. B. die folgenden Anforderungen:
| Abbildung 1: E-Modul und Bruchspannung verschiedener im Bereich alternative Energien und Energieeinsparung verwendeter hochsteifer Compounds im Vergleich zu zwei weit verbreiteten metallischen Werkstoffen. |
Daher hat LATI spezielle, mit bis zu 60 Gew.-% Glasfasern verstärkte PBT-, PA66-, PPS- und PPA-Typen entwickelt, die ihre sehr guten mechanischen Eigenschaften auch unter langzeitiger Einwirkung von Sonne, Wind, Regen und mechanischer Belastung behalten.
Die folgenden Werkstoffe kommen bei verschiedenen Projekten bereits zum Einsatz:
| Abbildung 2: E-Modul und Bruchspannung verschiedener im Bereich alternative Energien und Energieeinsparung verwendeter hochsteifer Compounds im Vergleich zu zwei weit verbreiteten metallischen Werkstoffen. |
Dazu kommt, dass Kunststoffe für elektrische und elektronische Bauteile selbstverlöschende Eigenschaften besitzen müssen, und die verwendeten Flammschutzmittel keine Halogene, roten Phosphor und andere die Umwelt und Gesundheit gefährdende Substanzen wie Antimontrioxid und Zinkborat enthalten dürfen.
Ein solcher Ansatz ermöglicht die Realisierung eines Produkts auf Basis eines vollständig ‚grünen‘ Konzepts hinsichtlich Umweltfreundlichkeit und ist ein hocheffizientes Marketinginstrument.
Daher bietet LATI seine eigens entwickelten selbstverlöschenden Compounds mit verringertem Umwelteinfluss:
| BRANDVERHALTEN VON SELBSTVERLÖSCHENDEN KUNSTSTOFFEN OHNE HALOGENE, ANTIMONTRIOXID UND ROTEN PHOSPHOR |
||||
|---|---|---|---|---|
| UL94 - 0,75/1,5/3 mm | GWIT 1/2 mm | GWIT 1/2 mm | CTI | |
|
LATAMID 66 H2 G/25-V0HF1 |
V0 V0 V0 |
800/825°C |
800/825°C |
600V |
|
LATAMID 6 H2 G/30-V0HF1 |
V0 V0 V0 |
800/800°C | 960/960°C | 600V |
|
LATER 4 G/30-V0HF1 |
na V0 V0 |
na/775°C | 960/960°C | 575V |
|
LARAMID G/35-V0HF1 |
V0 V0 V0 |
850/850°C | 960/960°C | na |
Die Kunststoffe aus dieser HF Reihe eignen sich für Steckverbinder, Halter für Sicherungen und Schalter, für Anschlussboxen verschiedenster Art sowie für Gehäuse, die hohen Betriebstemperaturen ausgesetzt sind (z. B. Dioden oder andere Steuerungselemente).
WASSERSTOFFERZEUGUNG
Wissenschaftler auf dem Gebiet der alternativen und erneuerbaren Energien erforschen bereits seit vielen Jahren die Möglichkeiten von gasförmigem Wasserstoff als Energiequelle.
Sein Hauptvorteil besteht darin, dass er mit einer stark exothermen Flamme verbrennt (dabei also viel Energie freigibt) und lediglich Wasser als Verbrennungsrückstand bildet.
Die Erzeugung von Wasserstoff mittels Wasserelektrolyse besitzt eine sehr schlechte Energiebilanz und ist daher heute kaum mehr von Interesse.
So wird zur Aufspaltung des Wassermoleküls tatsächlich mehr Energie verbraucht (ca. 5 kWh pro Kubikmeter erzeugtem H2) als bei der Verbrennung von Wasserstoff wieder freigesetzt wird.
Die Elektrolyse läuft nicht spontan ab, sondern benötigt eine große Menge an Energie, die von außen zugeführt werden muss, sowie eine elektrolytische Lösung, die die Reaktion begünstigt.
Jedoch ist die Wasserelektrolyse eine interessante Methode zur Speicherung von ansonsten ungenutzter zu viel erzeugter elektrischer Energie.
So gilt gasförmiger Wasserstoff heute z. B. als eine einfache und effiziente Möglichkeit, überschüssige elektrische Energie, die während der Nacht in Wärme- bzw. Kernkraftwerken, in netzunabhängigen Kraftwerken oder in umweltfreundlichen Wind- oder Geothermiekraftwerken produziert wird, zu speichern.
Während die Verwendung von gasförmigem Wasserstoff als primäre Energiequelle derzeit nicht realistisch scheint, lässt er sich jedoch in konventionelle Energiequellen integrieren.
Der so erzeugte Wasserstoff kann für eine spätere Verwendung gespeichert werden, z. B. als umweltfreundlicher Brennstoff in Brennstoffzellen oder zum Heizen.
Die Elektrolyse von Wasser erfolgt in speziellen Reaktoren (Elektrolyseur), in denen besonders anspruchsvolle Betriebsbedingungen herrschen, denn sie enthalten eine sehr aggressive und alkalische wässrige Lösung (Elektrolyt), sowie die Endprodukte Sauerstoff und Wasserstoff, die korrosiv auf Metalle wirken.
Darüber hinaus müssen die Reaktoren hohen Drücken und Temperaturen von mehr als 50°C standhalten und ihre Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit während der gesamten Lebensdauer beibehalten, denn in ihrem Inneren befinden sich nicht nur gefährliche gasförmige Stoffe, sondern sie arbeiten auch mit sehr hohen elektrischen Strömen.
| MATERIALE | LARTON G/40 | LARTON G/40 I6 | LARTON G/40 I9 |
|---|---|---|---|
|
Bruchdehnung (%) |
1,2 |
1,7 |
2,2 |
|
Bruchspannung (MPa) |
160 |
190 | 120 |
|
E-Modul (MPa) |
16000 |
15000 | 10000 |
|
Kerbschlagzähigkeit nach (J/m) |
80 |
90 | 130 |
| Vergleich der mechanischen Eigenschaften verschiedener LARTON G/40 Typen | |||
Ein mechanisches Versagen hätte gravierende Auswirkungen auf die gesamte Funktionalität.
Der Elektrolyseur besteht im Allgemeinen aus einem speziellen technischen Kunststoff, der nicht nur höchste Maßhaltigkeit besitzen, sondern die folgenden Anforderungen erfüllen muss:
Zudem ist ein gutes Preis/Leistungsverhältnis eine Voraussetzung für den Markterfolg solcher Elektrolyseure.
Dies eröffnet hervorragende Möglichkeiten für technische Kunststoffe, die sich per Spritzguss verarbeiten lassen, und LATI hat bereits eine Reihe von Produkten entwickelt, die bei zahlreichen Herstellern getestet und freigegeben wurden.
LARTON G/40 I6 und I9: Spezielle, mit 40 Gew.-% Glasfasern verstärkte PPS-Typen mit modifizierter Polymermatrix für eine signifikant verbesserte Bruchdehnung und Schlagzähigkeit.
Sie besitzen die sehr gute chemische Beständigkeit von PPS ohne den Nachteil der typischen Fragilität und geringen Biegsamkeit seiner Compounds.
LARTON G/40 I6: verfügt zudem über eine sehr gute Fließfähigkeit der Schmelze. So lassen sich auch enge Kavitäten optimal füllen, ohne die Fertigungsparameter so zu verändern, dass die Gefahr einer Materialzerstörung besteht.
Neben sehr guten mechanischen Eigenschaften besitzen die beiden Typen zudem eine hohe Kriech- und Ermüdungsfestigkeit. So behalten daraus gefertigte Befestigungsklammern für das Batteriepack von Brennstoffzellen ihre ursprüngliche Form auch bei sich ständig wiederholenden Krafteinwirkungen über lange Zeit.
LASULF: Bei dieser herkömmlicheren Lösung besitzen die aus glasfaserverstärktem (oder unverstärktem) PSU gefertigten Elektrolyseure und eine sehr gute chemische Beständigkeit und hohe Dimensionsstabilität über die gesamte Lebensdauer und verhindern so das Austreten von Elektrolytflüssigkeit und Gasen. Auf Grund seines höheren Preises eignet sich LASULF eher für industrielle als für allgemeine Anwendungen.
SOLARTHERMIE
Von allen modernen Technologien im Bereich Erneuerbare Energien wird der Solarthermie kurzfristig gesehen die größten Wachstumschancen eingeräumt. Solche Anlagen produzieren aus Sonnenenergie Wärme, z. B. zur Warmwasserbereitung oder zur Heizungsunterstützung in Wohngebäuden.
Vorangetrieben wird diese neue Technik vor allem durch aktuelle gesetzliche Vorschriften zur energetischen Zertifizierung von Neubauten. Wohngebäude, die modernsten Energiestandards entsprechen, benötigen nicht nur Systeme zur Warmwasserbereitung, sondern kombinierte Warmwasserspeichertanks mit entsprechenden Zu- und Ableitungen sowie einen Wärmetauscher und Rohre für Fußbodenheizungen.
Fig. 3 - Kunststoffe eignen sich für eine Vielzahl von Solarthermie-Anwendungen
Die Einsatzmöglichkeiten für technische Kunststoffe sind vielfältig. Sie eignen sich nicht nur für Bauteile von Sonnenkollektoren, sondern auch für Elemente, die für den Betrieb und die Integration in moderne Heizungsanlagen erforderlich sind.
Die Anforderungen an den Werkstoff sind natürlich abhängig von der jeweiligen Anwendung.
Für Kollektoren müssen die folgenden Voraussetzungen erfüllt sein:
Zu den häufigsten Anwendungen in diesem Bereich gehört die Substitution von Messing und anderen Metallen, z. B. durch die oben bereits genannten glasfaserverstärkten PPS-, PPA- oder PA66-Compounds.
Diese speziellen LARTON-, LATAMID- und LARAMID-Typen eignen sich zur Metallsubstitution und erfüllen eine Vielzahl der Anforderungen. Zudem besitzen sie Vorteile in puncto Gewicht und Korrosionsbeständigkeit.
Hydraulikarmaturen bieten weitere Möglichkeiten für technische Kunststoffe. Neben den bereits genannten Werkstoffen können hier auch PSU und PES (LASULF und LAPEX A) eingesetzt werden.
Der Entwicklung von Brennwertkesseln, die für hocheffiziente Heizungsanlagen unerlässlich sind, müsste eigentlich ein eigenes Kapitel gewidmet werden. Für dort verwendete Bauelemente wie Rotoren und Räder eignen sich die antistatisch ausgerüsteten und hochsteifen LATIOHM Typen. Diese erfüllen die Anforderungen der europäischen ATEX-Standards für den Einsatz in explosiven Umgebungen. Für Abgassammelleitungen, die großer Hitze sowie Säureattacken von Abgasen ausgesetzt sind, empfehlen sich LARTON sowie LATAMID.
ENERGIESPARTECHNOLOGIEN
Nach der Meinung vieler Experten ist der Einsatz von alternativen Energien nur sinnvoll im Zusammenspiel mit herkömmlichen fossilen Energiequellen, zumindest auf mittlere Sicht.
Neue Technologien zum Energiesparen sind daher unerlässlicher Bestandteil seriöser Pläne zur Energiepolitik.
Durch den Einsatz von Kunststoffen als Bestandteil neuer Projekte lässt sich der Energieverbrauch deutlich senken, denn sie ermöglichen beträchtliche Gewichtseinsparungen, ohne die Festigkeit eines Bauteils zu beeinträchtigen.
Die Spezialitäten von LATI werden bereits erfolgreich in zahlreichen Bereichen eingesetzt, z. B. in der Automobil- und Haushaltsgeräteindustrie, in der Mechanik sowie in der Hydraulik.
Entscheidend ist, dass das Endergebnis zu Energieeinsparungen sowohl bei der Fertigung als auch im Betrieb führt, ohne Kompromisse bei Leistung und Kosten.
Das Portfolio von LATI umfasst eine Vielzahl von Lösungen. Zudem unterstützen wir unsere Kunden durch die Entwicklung von speziellen, anwendungsspezifisch eingestellten Compounds für die verschiedensten Anwendungsbereiche sowie eine umfassende technische Beratung.