Smart Energy Materials

Organische Photovoltaikelemente zur Stromversorgung mobiler Anwendungen, Flugdrachenkraftwerke aus hochfesten Textilien, Off-Shore-Windkraftwerke mit Fundamenten aus Ultrahochfestbetonen oder Glasfassaden mit Nanospiegeln zur klimaoptimalen Lichtlenkung: Ein Großteil der gesamten Innovationstätigkeit geht heute auf Fortschritte im Werkstoffbereich zurück. Dies gilt für den neuen Markt intelligenter Energiesysteme ebenso wie für Produktneuerungen, die auf die zunehmende Orientierung an geschlossenen Materialkreisläufen als ein Resultat der aktuellen Nachhaltigkeitsdiskussion zurückgehen oder den Ressourcenverbrauch durch Leichtbaukonstruktionen zu begrenzen versuchen.

Getrieben durch knapper werdende Rohstoffressourcen sind immer mehr Hersteller gezwungen, nach Alternativen zu den aus dem 20. Jahrhundert bekannten und bewährten materiellen Errungenschaften, die in vielen Fällen auf die Petrochemie zurückzuführen sind, zu suchen. So befinden wir uns zum Beispiel mittlerweile in einem Wettrennen um Materialneuerungen, die biobasierten Wachstumsprozessen entspringen und weniger Energie in der Produktion benötigen sollen als die bewährten Lösungen.

Darüber hinaus wird Werkstoffen aktuell mehr abverlangt, als lediglich eine einzige funktionale Aufgabenstellung zu erfüllen. Für das Bauwesen und den Fahrzeugbau müssen Materiallösungen heute leicht- gewichtig sein und gleichzeitig eine extreme Festigkeit und außergewöhnliche Stabilität aufweisen. Dämmstoffe sollten in den Wintermonaten Wärme schlecht leiten, im Sommer aber eine hohe Wärmespeicherkapazität aufweisen und zudem schwer entflammbar sein. Von Oberflächen für Außenanwendungen werden schmutzabweisende und kratzfeste Eigenschaften erwartet. Für den Einsatz im Innenbereich sind in der jüngeren Vergangenheit Materialien mit lichtleitenden, nachleuchtenden bzw. farbverändernden Oberflächen entwickelt worden, die die Möglichkeiten für Gestalter enorm erweitert haben.

Dies trifft insbesondere auf Entwicklungen der Nanotechnologien zu, die vielfältige Einsatzmöglichkeiten in den unterschiedlichen Technologiefelder haben: Nanostrukturierte Antireflexionsschichten zur Steigerung der Leistungsfähigkeit von Solarzellen, Kratzfestfolien für solarthermische Kraftwerke, schmutzabweisende Fassadenfarben oder bakterienhemmende Nanosilberbeschichtungen. Heute stehen uns Werkstoffe in einer solchen Bandbreite zur Verfügung, dass es für nahezu jede funktionale Anforderung eine Materiallösung gibt.

In der Broschüre “Smart Energy Materials” erläutert Dr. Sascha Peters im Auftrag des Hessische Wirtschaftsministeriums, welche Potenziale innovative Materialien bei der Energiewende haben werden. Dabei geht es nicht nur um die Verwendung in neuen dezentralen Energiesystemen und Kleinstenergiekraftwerken, sondern auch um die Möglichkeiten zur Reduzierung energetischer Verluste und Steigerung der Energieeffizienz. Anhand von Erfolgsbeispielen aus dem Land Hessen werden Best Practice Vorhaben und Entwicklungen aus unterschiedlichen Industriebereichen präsentiert. Zu diesen zählen beispielsweise:

• Adaptive Fassaden für energieeffiziente Gebäude (Fraunhofer LBF, Darmstadt)
• CO₂-Architektur mit solarer Energieversorgung (HHS Planer + Architekten AG, Kassel)
• Schiffsbau mit Flettner-Rotorantrieb (HfG Offenbach)
• Innovativer Leichtbau im Fahrzeugbau (EDAG, Fulda)

Bild: Solarthermische Anlage in Südspanien (Quelle: Schott Solar)

Bild: Neptunbälle für Dämmstoffe mit natürlicher schwerer Entflammbarkeit (Quelle: Neptutherm)