Green Research

Energieforschung von heute = saubere Energieversorgung von morgen

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) stellt Energieforschungsprojekte vor

Was vor nicht all zu langer Zeit noch wie Zukunftsmusik klang, wird von Tag zu Tag Realität. Dank ehrgeiziger Forschungsvorhaben gab es in der Energieforschung in den letzten Jahren zahlreiche Durchbrüche. Sie alle versprechen eine saubere und nachhaltigere Energieversorgung der Zukunft. Die Forschungsprojekte gehen von der Grundlagenforschung bis hin zur konkreten Anwendung. Zahlreiche renommierte Forschungsinstitute beschäftigen sich mit der Energieversorgung von morgen. Darunter auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), welches im Rahmen der Hannover Messe 2015 erstmalig seine Energieforschungsprojekte auf einem Gemeinschaftsstand präsentieren wird (Stand G31, Halle 27).  Das Spektrum der Forschungsprojekte reicht von Energie- und Wärmespeichern, Batterien und Brennstoffzellen für Fahrzeuge, solarthermische Kraftwerke, intelligente Rotorblätter für Windkraftanlagen.

Abwärme aus Industrieanlagen intelligent nutzen

Wissenschaftler arbeiten intensiv an der intelligenten Nutzung von Abwärme. Die kann mit Hilfe von Wärmespeichern gesammelt und zurück in den Industrieprozess geschleust werden. Alternativ kann aus ihr auch Strom erzeugt werden. Ebenso werden in Elektro-Fahrzeugen der Zukunft Wärmespeicher zum Einsatz kommen, beispielsweise für die Klimatisierung der Fahrzeuge oder im Thermomanagement. Hier beschäftigt sich das DLR-Institut für Technische Thermodynamik mit innovativen konventionellen Wärmespeichern, Latentwärmespeichern und thermochemischen Wärmespeichern. Gemeinsam mit Partnern aus der Industrie werden neue Speicherkonzepte entwickelt, die eine schnelle Anwendung ermöglichen. So gelangen Anwendungen von den Grundlagen zur Marktreife.

Bei einem Feststoffspeicher für solarthermische Kraftwerke können verschiedenste Formen und Materialien zum Einsatz kommen. Vom Naturstein über Beton bis hin zu Kochsalz untersucht das DLR unterschiedlichste Konzepte. Quelle: DLR

Bei einem Feststoffspeicher für solarthermische Kraftwerke können verschiedenste Formen und Materialien zum Einsatz kommen. Vom Naturstein über Beton bis hin zu Kochsalz untersucht das DLR unterschiedlichste Konzepte. Quelle: DLR

Mit Brennstoffzellen, Elektrolyse und Wasserstoff Strom erzeugen

Eine weitere vielversprechende Innovation sind Brennstoffzellen. Mit ihnen lässt sich elektrischer Strom erzeugen frei von Abgasen und mechanische Einwirkung. Forschungsfelder sind hier sowohl Grundlagenthemen der Zellen- und Stackentwicklung als auch anwendungsbezogene Projekte, wie sich beispielsweise Brennstoffzellen in dezentrale stationäre Kraftwerke integrieren lassen. Die Forscher des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik arbeiten hier im Bereich der Hochtermperatur-Brennstoffzellenforschung und Elektrolyse. Das DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte hat ein mit Brennstoffzellen betriebenes Lastenfahrrad entwickelt, welch sich auch in hügeligen Gelände nutzten lässt. Beladen hat das Rad eine durchschnittliche Reichweite von ca. 200 Kilometern. Das Fahrrad lässt sich schnell und einfach betanken, indem die Wasserstoff-Kartusche des Fahrrads ausgewechselt wird.

Stromproduktion in solarthermischen Turmkraftwerken

Im Bereich der Solarforschung arbeiten die Wissenschaftler des DLR intensiv an neuartigen Strahlungsempfängern, die die Stromproduktion in solarthermischen Turmkraftwerken günstiger und effizienter machen. Bei einem Turmkraftwerk wird direktes Sonnenlicht mit Hilfe von Spiegeln zu einem Receiver auf der Turmspitze reflektiert, wo es in Wärme umgewandelt wird. Bei dem neuartigen Konzept werden Keramikpartikel in einem rotierenden Receiver bestrahlt. Diese absorbieren die Sonnenstrahlen und wandeln sie in Wärme um. Da Keramikpartikel bis auf 1000 Grad aufgeheizt werden können, dienen sie zugleich auch als Speichermaterial.

Batterien und das simulierte Fahren mit Elektroautos

Im Bereich Batterien betreibt das DLR Grundlagenforschung. Auf Basis von computergestützter Elektrochemie und numerischen Simulationen arbeiten die Wissenschaftler an der Verbesserung der Eigenschaften von Lithium-Ionen Batterien sowie Batterien der nächsten Generation. Anwendungsnah wird mit dem interaktiven Batterie-Tester LiBaT (Lithium-Ionen-Batterie-Tester) geforscht, beispielsweise durch simulierte Fahrten mit einem Elektroauto durch eine virtuelle Stadt. Hierbei wird ein Lastprofil erstellt, welches dann direkt auf eine reale Batterie übertragen wird.

Gasturbinen, Brennkammern und Radialverdichter

Ein weiteres Feld, in dem das DLR aktiv ist, betrifft die Verbrennungstechnik. Hier arbeiten die Forscher an der Verbesserung der Effizienz und Schadstoffemissionen von Kraftwerks- und Flugzeugturbinen. Das DLR-Institut für Antriebstechnik entwickelt derzeit neue Radialverdichter. Diese werden vor allem in Gasturbinen eingesetzt. Die Forscher des DLR haben mit modernsten Simulations- und Optimierungsverfahren einen Radialverdichter entworfen und hierbei neue Möglichkeiten der CNC-Fertigung (computer numerical control) eingerechnet. Bei Prüfstandtests des Hochleistungsradialverdichters konnten die Forscher eine Wirkungsgradsteigerung von 1,5 Prozent-Punkten messen. Zudem stellt das DLR den FLOX®-Brenner (FLameless OXidation) vor, der unterschiedliche Brennstoffe sehr stabil und effizient verbrennen kann.

Thermoelektrische Generatoren im Einsatz

Abwärme geht oft ungenutzt bei industriellen Prozessen, Wärmeströmen in Flugzeugturbinen und bei Verbrennungsmotoren verloren. Mit Hilfe von thermoelektrischen Generatoren (TEC) lässt sich die Abwärme in elektrische Energie umwandeln. Auf die Art kann Wärme als Nebenprodukt energiesparend und umweltschonend genutzt werden. Das DLR-Institut für Materialforschung nutzt die durch solche Generatoren erzeugte Energie zur Steuerung eines Modellhelikopters.

Intelligente Rotorblätter für die Windenergieforschung

Bei der Windenergieforschung arbeiten die Wissenschaftler an intelligenten Rotorblättern, genauen Simulationsmethoden und schnellen Echtzeitmodellierungen für Windenergieanlagen. Das Ziel ist höhere Erträge bei den Windkraftanlagen zu erreichen sowie mehr Vollaststunden und weniger Umweltbelastungen. Ebenso arbeiten die Wissenschaftler daran, den Schall von Windkraftanlagen durch innovative Strukturen und Bauweisen zu mindern.

Fazit

Mit seinen Forschungsprojekten deckt das DLR ein breites Spektrum zukunftsversprechender Technologien ab. Es werden Grundlagen für zukünftige Forschungsvorhaben geschaffen sowie anwendungsnahe Lösungen für die Märkte von morgen vorbereitet. Durch das DLR-Technologiemarketing erfolgt der Transfer der Lösungen. Hier wird sowohl mit Industriepartnern als auch innovationsfreudigen Unternehmen jeglicher Größe zusammengearbeitet. Ebenso unterstützt das DLR Spin-Offs aus dem DLR.

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Katja Reisswig

Katja Reisswig