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FAU aktuell

Wasserstofftechnologien, 3D-Druck und Partikeltechnik

Der Demonstrator-Prototyp zeigt in einem gläserenen Reaktor, wie der in flüssiger Form sicher gespeicherte Wasserstoff in einer katalytischen Dehydrierungsreaktion wieder freigesetzt und dann mit einer Brennstoffzelle in elektrische Energie umgewandelt wird. (Bild: Annette Tyrach)

FAU präsentiert sich auf der ACHEMA 2015

Mit den Schwerpunkten Wasserstofftechnologien, 3D-Druck und Partikeltechnologie präsentiert sich die FAU vom 15. bis 19. Juni auf der ACHEMA 2015, dem Weltforum der chemischen Technik und Prozessindustrie in Frankfurt am Main. In der Halle 9.2, wo Hochschulen und Forschungseinrichtungen ihre Innovationen und Forschungsergebnisse vorstellen, ist die FAU mit einem 60 Quadratmeter großen Gemeinschaftsstand des Exzellenzclusters Engineering of Advanced Materials (EAM) und des Departments Chemie- und Bioingenieurwesen vor Ort. Zehn Einrichtungen aus Erlangen präsentieren dort aktuelle Entwicklungen aus dem Bereich Wasserstofftechnologie, Energiespeicherkonzepte, Additive Fertigung, Partikeltechnologie und – diagnostik, Bioprozesstechnik und Fluid System Design.

Die Schwerpunkte am Stand:

Technologien für die Energiewende

Die Speicherung von Energie in Form von chemisch gebundenem Wasserstoff und dessen Umwandlung in Strom gilt als eine Schlüsseltechnologie der Energiewende. Auf dem Stand der FAU zeigen die Forscher einen Demonstrator-Prototyp in Tischgröße, der genau die Prozesse sichtbar macht, die sonst in großen Anlagen verborgen sind: Es wird anschaulich gezeigt, wie aus regenerativen Energiequellen erzeugter Strom in Wasserstoff umgewandelt, gespeichert und rückverstromt wird. Forscher der FAU haben in den vergangenen Jahren wesentliche Fortschritte bei einem neuartigen Verfahren zur chemischen Wasserstoffspeicherung erzielt. Mithilfe sogenannter flüssiger Wasserstoffträgermaterialien (Liquid Organic Hydrogen Carrier – LOHC) können auch große Mengen Wasserstoff verlustfrei und bei Umgebungsbedingungen gespeichert, gelagert und transportiert werden. Außerdem wird am Stand gezeigt, wie man aus Biomasse mittels der sogenannten Heatpipe-Reformer-Technologie Wasserstoff erzeugen kann.

3D-Druck

Additive Fertigung nennen Fachleute das, was Laien als 3D-Druck kennen. Und diese Technologie ermöglicht es der Industrie, Bauteile in nahezu beliebiger Form aus Kunststoff oder Metall herzustellen. Auf der ACHEMA zeigt die FAU neue Technologien am Anfang und Ende der Prozesskette.
Beim 3D-Drucken mit Kunststoff werden feinste Pulver, derzeit Polyamidkügelchen, bei hohen Temperaturen mit Laserstrahlen Schicht für Schicht aufgeschmolzen. Gezeigt werden zwei Verfahren zur Pulvererzeugung, um neue polymere Partikelsysteme mit anderen Materialeigenschaften zu entwickeln oder auch um die Fließ- und Verarbeitungseigenschaften bereits bestehender Pulver zu optimieren. Um eine möglichst hohe Qualität der Bauteile zu erreichen, haben FAU-Forscher Verfahren entwickelt, die Größe der Partikel im Pulver noch weiter zu verkleinern (bis auf 0,5 – 30 Mikrometer): Entweder durch Mahlen und anschließendes Verrunden der entstandenen scharfkantigen, unförmigen Partikeln zu Kugeln oder durch Schmelzen des Kunststoffs unter Zusatz stabilisierender Substanzen und anschließendes Abkühlen, wobei ebenfalls kleine aber bereits runde Pulverpartikel entstehen.
Für die Medizintechnik, Energietechnik oder chemische Verfahrenstechnik können mittels additiver Fertigung maßgeschneiderte metallische Bauteile hergestellt werden. Die Beschichtung dieser Bauteile mit katalytisch aktiven Materialien eröffnet zudem neue Anwendungsfelder im Bereich hocheffizienter strukturierter Reaktoren, z.B. zur Freisetzung von Wasserstoff aus flüssigen Energiespeichern (LOHC). Durch rechnergestütztes Apparatedesign können diese hinsichtlich Fluiddynamik und Wärmetransport optimiert werden. Mit dem selektiven Elektronenstrahlschmelzen können hierfür besonders effiziente Reaktoren bereitgestellt werden. Das Anwenderzentrum VerTec an der FAU bietet interessierten Unternehmen Kooperationsmöglichkeiten im Rahmen eines Konsortiums zur Additiven Fertigung.

Zwergenteilchen auf der Spur

Nur wenige Milliardstel Meter kleine Teilchen mit maßgeschneiderten Eigenschaften haben in den vergangenen Jahren als Ausgangsstoffe zum Beispiel in Bereichen der Kosmetik- oder Lebensmittelindustrie sowie in der chemischen Industrie eine wachsende Bedeutung erfahren. Eigenschaften und Einsatzbereiche von Nanopartikeln hängen stark von deren Oberflächenstruktur und Größe ab. Diese Charakteristika sind für die industrielle Produktion von entscheidender Bedeutung und müssen daher gründlich überwacht werden. Partikelanalytik ist den Winzlingen hier auf der Spur. Auf der ACHEMA stellen Forscher der FAU zwei neue Analyseverfahren vor.

Ein Exponat zeigt die Bestimmung der Partikelgröße mit laseroptischen Methoden als Online-Messung in der Gasphase und in Echtzeit. Mit einem mobilen Demonstrationsgerät werden Partikelkenngrößen während der Produktion bestimmt. Hierzu werden verschiedene Messtechniken miteinander verknüpft: Die laserinduzierte Inkandeszenz, bei der Nanopartikel mit einem kurzen hochenergetischen Laserpuls erhitzt werden, ermöglicht die Bestimmung der Primärteilchengröße und Volumenkonzentration, während mit der Weitwinkel-Lichtstreuung Aggregatgröße und fraktale Dimension von Partikelclustern erfasst werden können.

Die sogenannte analytische Ultrazentrifugation dient zur hochgenauen Bestimmung der Größen, Formen und optischen Eigenschaften von Nanoteilchen – und das in nur einem Gerät. Das Verfahren wird bereits in der Biologie, Biochemie und der medizinischen Biotechnologie eingesetzt, zum Beispiel zur Charakterisierung von DNA oder Proteinen. Die Methode wurde in den letzten Jahren besonders zur Analyse kleiner Teilchen stetig weiterentwickelt. Bei der Messung werden die Partikel in einer Flüssigkeit enormen Kräften ausgesetzt, die bis zu 250.000-mal höher sind als die Schwerkraft. Dabei setzen sich die Teilchen je nach Größe unterschiedlich schnell am Boden ab oder schwimmen auf der Flüssigkeit. Die Zentrifuge, die die Forscher des EAM verwenden, ist so aufgebaut, dass die Bewegungen der Teilchen durch optisch zugängliche Messzellen erfasst und ausgewertet werden können.

Exzellenzcluster Engineering of Advanced Materials (EAM)

Der an der FAU im November 2007 eingerichtete Exzellenzcluster „Engineering of Advanced Materials – Hierarchical Structure Formation for Functional Devices“ befasst sich mit der Erforschung und Entwicklung neuartiger Materialien. Die Vision des Clusters ist es, die Lücke zwischen der naturwissenschaftlich geprägten Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Nanotechnologie und ihrer ingenieurwissenschaftlichen Umsetzung in wichtigen technologisch-wirtschaftlichen Schlüsselbereichen im Bereich Nanoelektronik, Optik & Photonik, Katalyse und Leichtbau zu schließen. In über 90 Projekten arbeiten 200 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus neun Disziplinen (Angewandte Mathematik, Chemie- und Bioingenieurwesen, Chemie, Elektrotechnik, Informatik, Medizin, Maschinenbau, Physik und Werkstoffwissenschaften) entlang der Prozesskette vom Molekül bis zum Material zusammen. Sie kooperieren dabei u.a. mit außeruniversitären Forschungseinrichtungen wie den beiden Erlanger Fraunhofer-Instituten, dem Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts sowie mit ausgewählten Industriepartnern.

Weitere Informationen:

Dr. Annette Tyrach
Tel.: 09131/85-20840
annette.tyrach@fau.de
www.eam.fau.de/achema2015

 

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