Technologie

Informationsdienst Technologie und Innovationen: Wochenrückblick KW 20

Energieinnovationen:
1. Siemens bricht mit 60% Wirkungsgrad bisherigen Gasturbinen-Rekord
2. Umfassende Potentialanalyse der Silicium-Photovoltaik
3. Industrieglas um das 100-fache korrosionsbeständiger gemacht
4. Toshiba durch 2,3-Mrd.-Übernahme Weltmarktführer bei intelligenten Stromzählern

Elektromobilität:
5. Regierungsprogramm Elektromobilität beschlossen
6. Batterien 15% leistungsstärker und 7% billiger durch Nanomaterialien

Sonstiges:

7. Russland will Atomanlagen mit modernen Robotern ausrüsten
8. Internationaler Aktionsplan gegen extreme Sonnenstürme gefordert
9. 3D-Drucker für unter 1.200 Euro entwickelt
10. Ökofelder sind Insektiziden in der Schädlingsbekämpfung überlegen

 

Energieinnovationen:

 

Siemens bricht mit 60% Wirkungsgrad bisherigen Gasturbinen-Rekord
Die Siemens SGT5-8000H-Gasturbine in dem Kraftwerk Irsching 4 hat im Testlauf die bisherigen Rekorde in Sachen Leistung sowie Wirkungsgrad gebrochen. Die Gasturbine ist auf eine Leistung von 400 MW im reinen Gasturbinenbetrieb und 600 MW im Gas- und Dampfturbinen-Betrieb ausgelegt. Die Anfänge der Entwicklung der innovativen Gasturbinentechnologie liegen bereits zehn Jahre zurück. Bei einer Leistung von 578 MW wurde nun ein Wirkungsgrad von 60,75 Prozent erzielt. Michael Süß, CEO des Siemens-Sektors Energy: „Gerade in Zeiten, in denen immer mehr Windkraft- und Solaranlagen den Anteil fluktuierender Einspeisung ins Netz stetig erhöhen, sind ausgleichende, schnell reagierende Großkraftwerke für die Stabilität im Stromnetz ganz entscheidend.“ Die neue Generation der GuD-Kraftwerke verbraucht dabei ein Drittel weniger Erdgas pro erzeugter Kilowattstunde als der Durchschnitt der derzeit weltweit installierten GuD-Anlagen. Dadurch sinken auch die CO2-Emissionen um ein Drittel. Nach dem jetzt begonnenen Probebetrieb wird E.ON Irsching 4 noch in diesem Sommer in den kommerziellen Betrieb nehmen. Entwicklung, Bau und Betrieb der Prototypanlage hat Siemens bislang 500 Millionen Euro gekostet.

 

Umfassende Potentialanalyse der Silicium-Photovoltaik
Ein Forscherteam von 24 Partnern aus Forschung und Industrie erkunden in dem Verbundprojekt „SolarWinS“ die zukünftige Entwicklung der Silicium-Photovoltaik und loten das Wirkungsgrad-Potenzial multikristalliner Silicium-Solarzellen aus. Dieser Solarzellentyp wird derzeit zu über 40 Prozent eingesetzt – er ist vergleichsweise preiswert, jedoch lassen sich mit der gegenwärtigen Technik nur rund 17 Prozent der einfallenden Sonnenstrahlung in elektrische Leistung umwandeln. Solarzellen aus monokristallinem Silicium werden ebenfalls zu rund 40 Prozent eingesetzt und erreichen einen Wirkungsgrad von rund 19 Prozent, allerdings entstehen dafür während der Kristallzüchtung höhere Kosten. Welche Technik sich durchsetzen wird ist gegenwärtig noch offen. Das Verbundprojekt „SolarWinS“ soll nun als „Solar-Forschungscluster zur Ermittlung des maximalen Wirkungsgradniveaus von multikristallinem Silicium“ die jeweiligen Potentiale ermitteln. Dafür wird das Verbundprojekt während der kommenden drei Jahre durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) mit 5,5 Millionen Euro gefördert. Dabei kann eine Wirkungsgraddifferenz von nur einem Prozent für eine Firma mit einer Produktion von etwa 100 Millionen Solarzellen im Jahr einen jährlichen Zusatzgewinn von mehr als 20 Millionen Euro bedeuten. Informationen über den zukünftigen Weg der Photovoltaik sind daher von strategischer Bedeutung für Investitionen und damit die langfristige Ausrichtung und Wettbewerbsfähigkeit der beteiligten Unternehmen.

 

Industrieglas um das 100-fache korrosionsbeständiger gemacht
Glas ist ein recht dauerhafter Werkstoff, dessen Oberfläche allerdings unter schwierigen Bedingungen, wie ungünstigem Klima oder in Kontakt mit auslaugenden Flüssigkeiten wie Wasser, langsam zerstört wird, auch bekannt als Glaskorrosion. Im Ergebnis trübt das Glas ein – besonders für technische Gläser ein Problem. Durch den Einbau von verschiedenen Metalloxiden (z.B. von Aluminium, Zirkon, Zink oder Bor) in die Glasmatrix lässt sich die Beständigkeit zwar erhöhen, allerdings wachsen auch die Herstellungskosten erheblich. Wissenschaftler des INNOVENT Technologieentwicklung e.V. in Jena haben nun eine kostengünstige Variante entwickelt. Anstatt die Metalloxide im gesamten Glaskörper zu verteilen, werden sie nur an der Oberfläche aufgetragen. Dafür nutzten die Forscher eine Weiterentwicklung der etablierten Flammenpyrolyse. Bei diesem auch als „Combustion Chemical Vapour Deposition (CCVD) bekannten Verfahren wird eine Flamme über die zu funktionalisierende Oberfläche geführt. Der Flamme werden dabei geringe Mengen an Chemikalien zugesetzt, die durch eine Vernetzung mit der Oberfläche eine neue Schicht bilden. Das zugesetzte Aluminiumoxid macht nun die Glasoberflächen kostengünstig korrosionsbeständig. Durch diese Oberflächenmodifikation wird eine einhundertfache Verbesserung der Beständigkeit erreicht und die Wasserbeständigkeit von günstigem Kalk-Natron-Glas reicht dann an die des wesentlich teureren Borosilikatglas heran. Für das Verfahren können die meisten der bereits heute eingesetzten Anlagen zur Flammenpyrolyse ohne größere Veränderungen eingesetzt werden, was zudem eine kostengünstige Integration des Verfahrens in laufende Produktionsprozesse ermöglicht. Für Anwendungen wie in der Solartechnik ist dabei von Interesse, dass die Transmission des korrosionsbeständigeren Glases durch die Behandlung maximal um 0,5 Prozent sinkt, die Haltbarkeit jedoch bedeutend steigt.

 

Toshiba durch 2,3-Mrd.-Übernahme Weltmarktführer bei intelligenten Stromzählern
Der japanische Elektronikriese Toshiba kauft für 2,3 Milliarden Dollar den Schweizer Traditionskonzern Landis+Gyr. Die Schweizer sind auf die Produktion von intelligenten Stromzählern spezialisiert. Toshiba wird in diesem Bereich nun nach eigener Darstellung Weltmarktführer. Neben Toshiba waren auch Siemens, ABB und General Electric als Interessenten gehandelt worden. Neuer Konzernleiter wird der bisherige operative Chef, der Deutsche Andreas Umbach. Bei konventionellen Stromzählern hat Landis+Gyr einen Weltmarktanteil von 11 Prozent. Bei der intelligenten Variante, den sogenannten „smart meters“, mit denen der Stromverbrauch besser gesteuert und damit die Auslastung der Stromnetze gesteigert werden kann, kommt das Unternehmen in Privathaushalten auf einen Marktanteil von weltweit 36 Prozent. Durch den weltweiten Aufbau von intelligenten Stromnetzen (Smart Grids) wird der Technologie ein weiteres starkes Wachstum bescheinigt.

 

Elektromobilität:

 

Regierungsprogramm Elektromobilität beschlossen
Die Bundesregierung hat am Mittwoch die milliardenschwere Förderung von Elektroautos beschlossen. Das Regierungsprogramm Elektromobilität enthält Förderzusagen, Steuererleichterungen und weitere Unterstützungen (wie Sonderparkplätze für E-Autos und die Erlaubnis zur Nutzung von Busspuren), mit dem Ziel, bis 2020 eine Million Elektrofahrzeuge und bis 2030 sechs Millionen auf die deutschen Straßen zu bekommen und Deutschland damit zum weltweiten Leitmarkt für die Elektromobilität zu machen. Der Schwerpunkt des Regierungsprogramms liegt jedoch auf Forschung und Entwicklung – hier werden bis 2013 eine Milliarde Euro zusätzlich zur Verfügung gestellt. Die Industrie will bis 2015 weitere zwölf Milliarden Euro investieren. Hauptaugenmerk liegt hier auf einer konkurrenzfähigen Batterietechnik. Steuerliche Anreize für E-Autos und auch Hybridautos bilden die Befreiung von der Kfz-Steuer für zehn Jahre sowie eine Absenkung des Steuersatzes für Dienstwagen. Der Bund selbst will bei dem Ersatz seiner Fahrzeugflotte künftig verstärkt E-Autos ordern. Von den in Deutschland angemeldeten 42 Millionen Pkw sind momentan nur rund 2.300 Elektroautos. Die Mehrkosten für ein Elektrofahrzeug würden derzeit mit rund 11.000 Euro gegenüber einem mit Verbrennungsmotor zu Buche schlagen. Bis 2017 dürfte dies auf eine Größenordnung von 5.000 Euro zurückgehen. Laut der grünen Opposition sowie der Industrie Grund genug, zusätzlich eine Kaufprämie einzuführen, wie beispielsweise in Frankreich. Die Kaufprämie in unserem Nachbarland beträgt 5.000 Euro. Die Bundesregierung lehnt diese Art der Förderung jedoch weiterhin ab.

 

Batterien 15% leistungsstärker und 7% billiger durch Nanomaterialien
Forscher des NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) unter Leitung des Center for Nanointegration (CeNIDE) an der Universität Duisburg-Essen haben durch den Einsatz von Nanomaterialien den Energie-Inhalt von Lithium-Ionen-Batterien um 15 Prozent gesteigert und die Kosten dafür gleichzeitig um sieben Prozent gesenkt. Grundlage ist die Verwendung von nanoskaligem Silizium-Kohlenstoff-Kompositmaterial für die Elektroden der Lithium-Ionen-Batterien. Die bisherige Realisierung war an der geringen Verfügbarkeit des Materials gescheitert. Seit 2009 verfügt das Duisburger Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V. (IUTA) jedoch über eine Anlage zur Herstellung von Nanopartikeln mit definierten Eigenschaften im Kilogramm-Maßstab. Eingebettet in eine Matrix aus Kohlenstoff verbessern diese nanoskaligen Silizium-Partikel in den Elektroden nun sowohl die Speicherdichte als auch die Leistung der Batterien. Die Industrialisierung der Prozesse soll innerhalb der nächsten zwei Jahre beginnen. Die Wissenschaftler der UDE arbeiten auch eng mit dem Industriekonzern Evonic zusammen, der wiederum mit Daimler zusammen das Joint Venture Li-Tec zur Herstellung von leistungsstarken Lithium-Ionen-Batterien für Elektroautos und Hybridfahrzeuge betreibt. Daimler seinerseits möchte dieses Joint Venture nun in eine größere Allianz mit Renault-Nissan und dem japanischen Elektronikkonzern NEC einbringen.

 

Sonstiges:

 

Russland will Atomanlagen mit modernen Robotern ausrüsten
Der russische Zivilschutzminister Sergej Schoigu hat angekündigt, noch im laufenden Jahr Objekte des staatlichen Atomkonzerns Rosatom und Einheiten des Zivilschutzes mit moderner Robotertechnik auszustatten. Anlässlich der derzeitigen internationalen Ausstellung „Umfassende Sicherheit – 2011“ in Moskau bezeichnete Schoigu die Robotertechnik bei der Beseitigung der Folgen der Havarie im japanischen AKW Fukushima-1 aber auch für das Abkühlen der Reaktoren als unentbehrlich. Auf der Messe wurden nun Neuentwicklungen im Bereich der Robotertechnik vorgestellt, die in lebensgefährlichen Situationen die Folgen eines Reaktorunfalls beseitigen sollen. Die Neuentwickelten Kühlsysteme, die neben mächtigen Pumpanlagen auch die innovative Robotertechnik umfassen, sollen den russischen AKWs noch in diesem Jahr zulaufen.

 

Internationaler Aktionsplan gegen extreme Sonnenstürme gefordert
Der Sonnenfleckenzyklus zwischen dem Maximum und dem Minimum der Sonnenaktivität dauert rund 11 Jahre. Zwischen 2008 und 2010 herrschte ein ungewöhnlich langes Sonnenminimum. Das nächste Maximum – wiederum eines der stärksten der letzten Zyklen – wird für Anfang 2013 erwartet. Die Sonneneruptionen und Sonnenstürme aus geladenen Teilchen können dabei die satellitengestützte Navigation und Fernmeldeverbindung sowie die Energie- und Stromnetz-Infrastruktur empfindlich schädigen. Aufgrund der zunehmenden Anwendung dieser Technologien im Alltag und der Wirtschaft warnte die Vize-Chefin der US-Agentur für atmosphärische und ozeanische Studien (NOAA) nun vor den Folgen für die irdische Infrastruktur und Wirtschaft. 1994 fielen beispielsweise in Kanada Mobilfunknetze, GPS-Systeme und Stromnetze zeitweilig aus. Bereits 1989 hatte ein Sonnensturm das Stromnetz im kanadischen Quebec lahm gelegt. Der stärkste bislang registrierte Sonnensturm hatte sich im August 1859 ereignet. Augenzeugen aus Rom und Hawaii berichten, dass die Sonne eine volle Minute lang doppelt so hell geleuchtet haben soll wie sonst. In den Telegrafenämtern schlugen Funken aus den Leitungen und einige Stationen gingen sogar in Flammen auf. Ein Sonnensturm dieser Stärke hätte heute katastrophale Folgen für die Kommunikation und die Stromversorgung. 2003 mussten durch Sonnenstürme getroffene Satelliten zeitweise abgeschaltet werden oder wurden sogar kurzzeitig vermisst. Radar- und Sprechfunkanlagen von Flugzeugen wurden beeinträchtigt, mit entsprechenden Sicherheitsrisiken, und es kam zu Flugverspätungen. Aufgrund der stärkeren Vernetzung nehme auch das potentielle Schadensausmaß stetig weiter zu. Daher forderte Sullivan eine enge internationale Kooperation, um die Folgen starker Magnetstürme besser in den Griff zu bekommen. „Ohne einen abgestimmten internationalen Aktionsplan würde der nächste extrem schwere Sonnensturm zu einer globalen Katastrophe führen“, so Sullivan.

 

3D-Drucker für unter 1.200 Euro entwickelt
An der TU Wien wurde ein neuartiger 3D-Drucker entwickelt, der kleiner und zudem deutlich billiger als die bisherigen Geräte ist. Drucker, die dreidimensionale Objekte herstellen können, gibt es schon seit einigen Jahren – allerdings zu teuren Preisen. Da nun entwickelte Gerät ist dagegen lediglich so groß wie eine Milchtüte und kostet nur rund 1.200 Euro. Durch die Produktion in größeren Stückzahlen ließe sich der Preis noch weiter reduzieren, wodurch die Technologie zu einem erschwinglichen Alltagsgerät reifen würde. 3D-Drucker erzeugen die gewünschten Objekte wird in einem kleinen Becken mit flüssigem Kunstharz. Das Kunstharz wird genau dort hart, wo man es intensiv mit Licht bestrahlt wird. Schicht für Schicht, jede rund ein Zwanzigstel eines Millimeters dick, wird das Kunstharz dann so an einander angelagert, bis das Objekt vollständig ausgehärtet ist. Damit lassen sich auch komplizierte geometrische Objekte herstellen. Der Vorteil von 3D-Druckern liegt weniger in der Massenproduktion von immer gleichen Objekten als vielmehr darin, dass sehr einfach individuell angepasste, maßgeschneiderte Einzelstücke, beispielsweise für medizinische Teile oder technische Ersatzteile, sowie Prototypen erzeugt werden können. Dabei steht eine Vielzahl von anspruchsvollen Werkstoffen mit unterschiedlichen mechanischen, optischen und thermischen Eigenschaften zur Verfügung.

 

Ökofelder sind Insektiziden in der Schädlingsbekämpfung überlegen
Eine Studie der Universität Würzburg hat Ökofelder und konventionelle mit Insektiziden behandelte Fläche auf Blattläuse hin verglichen. Demnach bringt der Einsatz von Insektiziden gegen Blattläuse den Landwirten keine Vorteile. Der Biologe Jochen Krauss: „Der vorbeugende Einsatz von Insektiziden gegen Blattläuse kostet zwar Zeit und Geld, bringt aber nach unseren Ergebnissen keine Vorteile.“ Auf den Ökoflächen fanden sich fünfmal so viele Pflanzenarten und die dreifache Menge an Blattlaus-Feinden, die Menge dieser Schädlinge war dadurch um das Fünffache geringer. Kurzfristig führe das Spritzen zwar zu weniger Blattläusen. Aber bereits nach vier Wochen wurden deutlich mehr Blattläuse als auf den ungespritzten Äckern gefunden. Auf Äckern, die nicht mit Insektiziden gespritzt werden, scheint also die Schädlingskontrolle durch natürliche Feinde besser zu funktionieren, noch größer ist die Vielfalt der Feinde aber auf den Öko-Feldern – diese sparen zudem Zeit, Geld und Gift ein.

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