Aus der Branche

• ITA-Masterabsolvent gewinnt Hanns-Voith-Stiftungspreis 2023

Der Masterabsolvent Flávio André Marter Diniz des Instituts für Textiltechnik der RWTH Aachen (ITA) entwickelte in seiner Masterarbeit ultradünne Poly-Ethylen (PE)-Carbonfasern mit einem 2-3mal kleineren Filament-Durchmesser als üblich. Dazu kann mit dem Einsatz von PE-basierten Precursoren der Carbonfaser-Preis zukünftig um 50 Prozent gesenkt werden und eröffnet damit vielfältige weitere Anwendungsmöglichkeiten in Schlüsselbranchen wie Windkraft, Luft- und Raumfahrt und Automotive. Für diese bahnbrechende Entwicklung wurde Marter Diniz mit dem Hanns-Voith-Stiftungspreis in der Kategorie „Neue Werkstoffe“ ausgezeichnet. Der Preis ist mit 5.000 € Preisgeld dotiert.

Flávio André Marter Diniz gewann den Preis in der Kategorie „Neue Werkstoffe“ für seine Masterarbeit mit dem Titel „Untersuchung des Stabilisierungs- und Carbonisierungsprozesses für die Herstellung von ultra-dünnen polyethylenbasierten Carbonfasern“.

Der Einsatz von Carbonfasern in hochbeanspruchten Leichtbaulösungen wie z.B. den aktuellen Wachstumsanwendungen von Windkraftanlagen oder Drucktanks ist wegen hervorragender mechanischer Eigenschaften bei gleichzeitig geringer Dichte heute nicht mehr wegzudenken. Hohe Herstellkosten konventioneller PAN-Präkursor-basierter Carbonfasern machen den Werkstoff sehr kostenintensiv. Dazu ist er nicht ausreichend verfügbar. Neue Fertigungsansätze, die alternative Rohmaterialien und Herstellprozesse erarbeiten, können ein Schlüssel und Wachstumsmotor für weitere industrielle Composites Anwendungen sein.

Ziel der Arbeit war die Entwicklung eines neuen und kostengünstigen Herstellprozesses für qualitativ hochwertige ultra-dünne Carbonfasern durch einen Polyethylen-Präkursor. Dazu sollte der heute zeitlich aufwändige Sulfonisierungsprozess deutlich verkürzt werden. Als Ergebnis stellte Marter Diniz neuartige ultra-dünne polyethylenbasierte Carbonfasern mit einem Filament-Durchmesser < 3 μm mit einer hervorragenden Oberflächenqualität der Fasern ohne erkennbare strukturelle Defekte her. Der Faserdurchmesser ist 2-3-mal kleiner als bei herkömmlichen PAN-basierten CF. Damit ist die Grundlage für mechanisch hochwertige Materialeigenschaften gegeben. Parallel konnte die Sulfonisierungsdauer um 25 Prozent gesenkt werden. Das entwickelte Material und die Technologie setzten wichtige Meilensteine auf dem Weg zu günstigeren Carbonfasern. Mit PE-basierten Precursoren kann der Preis von CF um 50 Prozent gesenkt werden, im Vergleich zu herkömmlichen PAN-basierten CF.

Insgesamt wurden fünf weitere Nachwuchswissenschaftler in sechs Kategorien (Antriebstechnik, Innovation & Technology/Künstliche Intelligenz, Neue Werkstoffe, Papier, Wasserkraft und Wirtschaftswissenschaften vergeben. Die Hanns-Voith-Stiftung hat in diesem Jahr zum 10. Mal herausragende Nachwuchswissenschaftler mit dem Hanns-Voith-Preis ausgezeichnet.

Was einst als deutscher Erfindungsgeist und deutsche Ingenieurskunst für Wohlstand und Wirtschaftswachstum sorgte, werde bald Geschichte sein. Grundlegende wirtschaftliche Rahmenbedingungen am Wirtschaftsstandort Deutschland seien nicht mehr gegeben: verbieten, abschalten, verlagern heiße die neue Maxime, mit der Brüssel und Berlin nicht nur dem Mittelstand die Luft zum Atmen nehmen.

Der Geschäftsführer der Industrievereinigung Chemiefaser e.V., Dr. Wilhelm Rauch, und der Ressortleiter Umwelt-& Chemikalienpolitik des Zentralverbandes Oberflächentechnik e.V., Dr. Malte M. Zimmer sind sich einig in der Beurteilung der aktuellen Situation und haben mit der Aussage „Deutschland verabschiedet sich aus der 1. Liga“ einen wirtschaftspolitischen Weckruf gestartet. Deutschland sei im Abstiegskampf – allerdings finde sich anscheinend weder auf der Trainerbank noch im Management irgendjemand, der ein Interesse hätte, das aufzuhalten. Wenn das Durchreichen in die „Vierte Welt-Liga“ nicht generell durch eine sofortige politische Richtungsänderung aufgehalten werde, verliere Deutschland nicht nur weiter im Klima- und Umweltschutz oder bei den Fachkräften, sondern die Gesellschaft als Ganzes die Grundlagen ihrer Existenz und damit auch ihren gesellschaftlichen Zusammenhalt.

Von der – noch – viertgrößten Wirtschaftsnation der Welt werde es künftig ein Hauptexportgut geben: neben dem bereits erfolgten technologischen Aderlass drehten zunehmend Unternehmen, Forschende und Fachkräfte Deutschland den Rücken und wanderten in Länder ab, die die dringend notwendigen Bedingungen für Innovationen und wettbewerbsorientiertes Wirtschaften böten. Während global agierende Konzerne diese Schritte öffentlich meist unbemerkt längst eingeleitet haben, bliebe vor allem inhabergeführten Familienunternehmen nur noch wenig Zeit. In der Chemiefaserindustrie produzieren seit 2021 mehr als ein Drittel der Unternehmen in Deutschland nicht mehr oder haben ihre Produktion für immer geschlossen.

Nach der Energiekrise im vergangenen Jahr und den Erfahrungen aus der Coronazeit, die drastisch die unmittelbare Gefahr von Abhängigkeiten illustriert haben, sollte zu erwarten gewesen sein, dass seitens der Politik entsprechende Vorkehrungen getroffen werden, um das künftig zu verhindern. Weit gefehlt: eine verbotsorientierte Chemikalienpolitik, die die Substitution chemischer Stoffe zum Dogma der europäischen Politik gemacht hat, erreicht mit dem Green Deal und der Revision von REACH neue und immer größere planwirtschaftliche Höhenflüge.

Großtechnische Anlagen zur Produktion erneuerbarer Energien wie grünem Wasserstoff und Biogas oder Windkraftflügel aus Carbonfasern würden zukünftig sicher irgendwo hergestellt - in Europa nicht. Die dafür benötigten Textilmembranen und Carbonfasergewirke stehen bald auf der REACH-Verbotsliste. Der deutsche Weg zur CO2-Neutralität werde ein steiniger sein, wenn die ältesten Kohlekraftwerke wieder angeschaltet würden und alsbald jede noch verbliebene CO₂-freie Technologie, von Windkraft, Solar über Wärmepumpen zu Biogas, in der Herstellung und im Betrieb über das EU-Chemikalien- und Stoffrecht in Deutschland verboten sein wird. Alsbald werde Deutschland nicht mehr im Stande sein, die Veredlungssubstanzen für Fasern bzw. textile Abluftfilter für den Umweltschutz herstellen zu dürfen, geschweige denn ein langzeithaltbares Kugellager für eine Windkraftturbine oberflächenzuveredeln.

Was mit der Photovoltaik (PV)-Technologie bereits hervorragend funktioniert habe, so Rauch und Zimmer, klappe jetzt auch bei anderen Technologien: Abhängigkeiten von Dritten. 2010/11 war Deutschland der Innovationstreiber in der PV-Technologie. Schon in den folgenden drei Jahren sank die Zahl der Arbeitsplätze von 150.000 auf rund 30.000. Im Jahr 2023 werden 80 % der Solarzellen und 98 % der weltweit verwendeten Wafer aus dem Weltmarktführer China kommen. Den von der EU geplanten “European Chips-Act“ zur Reduzierung der Abhängigkeit von Asien werde es allein deshalb nicht geben können, weil die dazu notwendigen Prozesse und Rohstoffe in Summe aller avisierten Verbote in der EU nicht mehr erlaubt sind.

Berücksichtigt man zusätzlich, dass China die zweitgrößte Volkswirtschaft der Welt, Exportweltmeister vor den USA und Deutschland sowie einer der wichtigsten Akteure auf den globalen Finanzmärkten ist, verwundert es doch, dass Deutschland an das offiziell weiter als Entwicklungsland eingestufte Land 2020 473,4 Millionen Euro an Entwicklungshilfe zahlte.

Die drei Kernforderungen beider Verbände lauten:

• Wir brauchen umgehend eine Wirtschaftspolitik für und nicht gegen die in Deutschland und Europa produzierenden Unternehmen, für die darin beschäftigten Menschen und für den Umwelt- und Klimaschutz.
• Wir brauchen wieder eine intensive technologie- und ergebnisoffene Diskussion zwischen Fachleuten, politisch Verantwortlichen und Behörden zum Erreichen wirtschaftlicher, sicherheitspolitischer und klimatischer Ziele - und damit die Abkehr von einem Ideologie-dominierten planwirtschaftlichen Gesellschaftsentwurf.
• Innovationsprozesse, die den Einklang zwischen Ökonomie und Ökologie mittels technischer Lösungen verbessern können, müssen wieder gangbar gemacht und die Rahmenbedingungen für erfolgreiches internationales Wirtschaften geschaffen werden.

„Es ist Zeit für weniger Ideologie und mehr Wissen in Deutschland und in Europa“, schließen die Verbandsvertreter ihr Statement.

Auf der WindEnergy stellt Freudenberg Performance Materials dem Fachpublikum aus der internationalen Windenergiewirtschaft Freudenberg Friction Inserts vor. Mit Hilfe dieser Technologie kann die Leistungsdichte von Windkraftanlagen durch Reibwerterhöhung erhöht werden.

Freudenberg Friction Inserts (FFI) basieren auf einem speziellen dünnen Vliesstoff, der einseitig mit Hartpartikeln beschichtet ist. Die FFIs werden maßgeschneidert an die jeweilige Anwendung angepasst; zum einen an die Geometrie und zum anderen an die Einflussparameter der Verbindung. Sie erzeugen keinen Spalt und können dadurch genau dort aufgebracht werden wo sie benötigt werden.

FFI werden in die Verbindung zweier Fügepartner eingebracht. Durch das Eindringen der Partikel in die Bauteiloberflächen kommt es zu einer Mikroverzahnung zwischen den zu fügenden Bauteilen. Auf diese Weise wird der Reibungskoeffizient zuverlässig erhöht und es können höhere Drehmomente in Verbindungen übertragen werden. Im Ergebnis werden Windkraftanlagen leistungsfähiger und effizienter. Zusätzlich wird die Verkleinerung von Bauteilen bei gleicher Performance möglich, was das Einsparen von Gewicht und Material ermöglicht.

FFI tragen dazu bei, die Zuverlässigkeit der Verbindungen und damit der gesamten Windkraftanlage zu verbessern. Gleichzeitig verhindern sie das Rutschen von Verbindungen und beugen Fretting vor.

Weitere Anwendungsbeispiele für Freudenberg Friction Inserts sind hochbelastete Flanschverbindungen zwischen Rotorwelle und Getriebe, Verbindungen zwischen Hauptlager und Gehäuse des Maschinenträgers, zwischen Getriebe und Generator sowie am Blattverstellergetriebe und am Hohlrad des Planetengetriebes. FFI erhöhen die Haftreibung zwischen den Bauteilen.

• Mehr als 30 führende Unternehmen aus dem Chemie- und Werkstoffsektor begrüßen die jüngsten Positionspapiere aus Brüssel, Berlin und Düsseldorf

Die politischen Voraussetzungen für erneuerbaren Kohlenstoff aus Biomasse, CO2 und Recycling zur Vermeidung fossilen Kohlenstoffs in der Chemie- und Werkstoffindustrie haben sich in Europa grundlegend verändert. Erstmals wird in den Verlautbarungen von Politikern aus Brüssel und Deutschland berücksichtigt, dass eine Dekarbonisierung allein nicht ausreicht und es wichtige Industriezweige mit gleichbleibendem oder gar wachsendem Kohlenstoffbedarf gibt. Nun erfahren die nachhaltige Deckung dieses Kohlenstoffbedarfs und die Einführung nachhaltiger Kohlenstoffkreisläufe erstmals Beachtung auf der politischen Bühne. Beides ist entscheidend, wenn man die Chemie- und Werkstoffindustrie nachhaltiger aufstellen will.

Das Ziel besteht dabei in der Schaffung nachhaltiger Kohlenstoffkreisläufe. Hierzu ist ein umfassendes Kohlenstoffmanagement aus erneuerbaren Quellen erforderlich. Dazu zählt Kohlenstoff aus Biomasse, CO2-Abscheidung und -Verwendung (CCU) – wobei die industrielle CO2-Nutzung ein wesentlicher Bestandteil ist – sowie mechanisches und chemisches Recycling von Kohlenstoff. Schließlich wird nur die Nutzung solch erneuerbarer Kohlenstoffströme eine echte Entkopplung der Chemie- und Werkstoffindustrie von fossilen Kohlenstoffträgern ermöglichen. Und nur so kann die Chemieindustrie weiterhin Rückgrat der modernen Gesellschaft bleiben und nachhaltiger werden, um die weltweiten Klimaziele zu erreichen.

Hauptziel der Renewable Carbon Initiative (RCI) ist es daher, eine intelligente Umstellung vom fossilen hin zum erneuerbaren Kohlenstoff zu unterstützen. Dazu soll mehr und mehr Kohlenstoff aus Biomasse, CO2 und Recycling genutzt werden, anstatt zusätzlichen fossilen Kohlenstoff aus der Erde zu entnehmen. Und das ist sehr wichtig, da 72 % der menschengemachten Treibhausgasemissionen unmittelbar mit fossilem Kohlenstoff zusammenhängen. Die RCI fördert dabei alle verfügbaren Träger erneuerbaren Kohlenstoffs, jedoch sind die politischen Voraussetzungen unterschiedlich – je nachdem, ob es gerade um
Kohlenstoff aus Biomasse, aus Recycling oder aus CO2-Abscheidung und -Verwendung (CCU) geht. Insbesondere das CCU-Verfahren wird bislang weder im europäischen Green Deal noch im Paket Fit for 55 berücksichtigt.

Dies dürfte sich nach dem Kommuniqué der europäischen Kommission vom 15. Dezember zu „Nachhaltigen Kohlenstoffkreisläufen“ nun grundlegend ändern. Darin wird eine Haltung vertreten, die einen wichtigen Schritt in die richtige Richtung markiert und zeigt, dass das Thema des eingebetteten Kohlenstoffs im politischen Mainstream angekommen ist. Dies lässt sich auch an aktuellen Äußerungen von Mitgliedern des europäischen Parlaments und am sechsten IPCC- Gutachten ablesen, das demnächst erscheinen soll. Inzwischen wird das CCU-Verfahren als vielversprechende Lösung für nachhaltige Kohlenstoffkreisläufe und als potentiell nachhaltige Alternative für die Chemie- und Werkstoffindustrie angesehen. Zudem taucht der Begriff der „Entfossilisierung“ (Defossilisation) in den politischen Debatten in
Brüssel immer häufiger auf und ergänzt bzw. ersetzt den Begriff der Dekarbonisierung in Bereichen, in denen Kohlenstoff unverzichtbar ist. Die Europa-Abgeordnete Maria da Graça Carvahlo gehört zu einer ganzen Reihe von Politikern in Brüssel, die das CCU-Verfahren für eine wichtige Zukunftsindustrie halten. Die Politik hat das Thema also erkannt und es entwickelt sich eine gewisse Dynamik für CCU. Dabei ist auch die Erwähnung von CCU für eine künftige Politik zur Kohlenstoffentnahme und im Rahmen der Überarbeitung des Emissionshandelssystems (ETS) zu erwähnen.

Da die neuen Grundsatzpapiere exakt mit der Strategie der RCI übereinstimmen, unterstützen die mehr als 30 Verbandsmitglieder die neue Entwicklung mit  Nachdruck und sind bereit, die Politik mit Daten und detaillierten Vorschlägen zu versorgen. So sollen die Schaffung nachhaltiger Kohlenstoffkreisläufe und ein solides Kohlenstoffmanagement aktiv unterstützt werden. Es folgt ein Überblick über die einschlägigen politischen Grundsatzpapiere.

Brüssel: Kommuniqué zu „nachhaltigen Kohlenstoffkreisläufen“
Am 15. Dezember veröffentlichte die EU-Kommission ein Kommuniqué zum Thema „nachhaltige Kohlenstoffkreisläufe“. Erstmals wird darin die wichtige Rolle des Kohlenstoffs für verschiedene Industriezweige klar benannt. Zu den wichtigsten Aussagen des Papiers gehört die erstmals uneingeschränkte Anerkennung des CCU-Verfahrens als Lösung für die Kreislaufwirtschaft unter Einschluss CCU-basierter Kraftstoffe. Das Kommuniqué unterscheidet im Bereich der Kohlenstoffbeseitigung zwischen biologischem, fossilem und direkt aus der Luft entnommenem CO2 und kündigt zudem eine genaue Überwachung der
einzelnen CO2-Ströme an. Doch nicht nur das CCU-Verfahren wird als wichtiger Eckpfeiler für die Zukunft angesehen, sondern auch Kohlenstoff aus der Bioökonomie. Hier wird der Begriff des „Carbon Farming“
aufgegriffen, der sich auf ein besseres Bodenmanagement bezieht. Damit soll die Kohlenstoffbindung in lebender Biomasse, totem organischem Material und Böden durch eine verbesserte Kohlenstoffbindung oder geringere Kohlenstoffemissionen verbessert werden. Zwar ist dieListe natürlicher Kohlenstoffspeicherverfahren unserer Auffassung nach nicht abschließend; dennoch befürworten wir die Haltung des Grundsatzdokuments, ein nachhaltiges Boden- und Forstmanagement als eine wichtigere Grundlage für die Bioökonomie zu beachten als lediglich die Bodennutzung als Kohlenstoffsenke. Überraschend ist, dass chemisches Recycling in dem Kommuniqué an keiner Stelle erwähnt wird, obwohl es eine weitere alternative Kohlenstoffquelle darstellt, mit der sich fossiler Kohlenstoff aus der Erde (in Form von Rohöl, Erdgas oder Kohle) ersetzen lässt.

Berlin: Der Koalitionsvertrag der neuen Regierung – „Mehr Fortschritt wagen. Bündnis für Freiheit, Gerechtigkeit und Nachhaltigkeit“
Ganz Europa wartet gespannt darauf, wie die neue deutsche Regierung aus Sozialdemokraten, Grünen und Freidemokraten die deutsche Klimapolitik gestalten wird. Die neue Reformagenda konzentriert sich insbesondere auf die Solar- und Windenergie sowie Wasserstoff. Die Solarenergieleistung soll bis 2030 auf 200 Gigawatt gesteigert werden. Zudem sollen zwei Prozent der Landesfläche für Windkraftanlagen genutzt werden. Für grünen Wasserstoff soll eine Wasserstoffinfrastruktur aufgebaut werden, die in Zukunft das Rückgrat des Energiesystems bilden soll. Sie wird außerdem für synthetisch erzeugte Treibstoffe und eine nachhaltige Chemieindustrie benötigt. Darin kann man ein klares Bekenntnis zum CCU- Verfahren erkennen. Einen weiteren Schwerpunkt bilden die Themen Kreislaufwirtschaft und Recycling. Eine höhere Recyclingquote und ein produktspezifischer Mindestgehalt an Recyclingmaterialien und sekundären Rohstoffen soll auf europäischer Ebene verankert werden. Zudem findet sich Im Koalitionsvertrag sich ein klares Bekenntnis zum chemischen Recycling. Mit Blick auf die sogenannte „Plastiksteuer“ in Höhe von 0,80 EUR pro Kilogramm nicht recycelter Plastikverpackung steht der Branche eine große Veränderung ins Haus. Die Steuer wurde bereits von der EU eingeführt, von den meisten Mitgliedstaaten aber nicht oder nur eingeschränkt an Hersteller und Händler weitergegeben. Die neue deutsche Regierung plant nun, die Steuer in voller Höhe auf die Branche umzulegen.

Düsseldorf: Kohlenstoff für den Klimaschutz – Die nordrhein-westfälische Strategie für das Kohlenstoffmanagement
Die RCI begrüßt ausdrücklich, dass Nordrhein-Westfalen als erste Region der Welt eine umfassende „Carbon Management“ Strategie aufgestellt hat. Diese bildet die Grundlage für die Umstellung von fossilen Kohlenstoffträgern auf erneuerbaren Kohlenstoff aus Biomasse, CO2 und Recycling. Darin werden für alle drei alternativen Kohlenstoffströme detaillierte Strategien entwickelt, um die Industrie kohlendioxidfrei zu machen. Dies ist umso bemerkenswerter, als Nordrhein-Westfalen das am stärksten industrialisierte Bundesland ist und über eine bedeutende Chemieindustrie verfügt. Ausgerechnet dort wird nun also der erste Masterplan verabschiedet, um die Industrie von fossilem Kohlenstoff auf Biomasse, CO2 und Recycling umzustellen. Im Erfolgsfall könnte NRW so zu einem weltweiten Pionier für nachhaltiges Kohlenstoffmanagement werden. Zudem könnte sich das Bundesland zu einem Vorbild für viele andere Industrieregionen entwickeln.

Nachhaltigkeit, Recycling sowie E-Mobilität spielen auch bei der Herstellung und Verwendung von Composites eine immer größere Rolle und sind deshalb wichtige Themen in neuen oder bewährten Experten-Arbeitskreisen der AVK – Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe.

Die Themen Energiewende, Ressourcenschonung und Nachhaltigkeit sind Kernthemen des derzeitigen gesellschaftlichen und kulturellen Wandels. Die Nutzung und Schonung natürlicher Ressourcen und der Umgang mit dem Planeten Erde als Ökosystem generell sind zentrale Elemente des politischen Diskurses und halten Einzug in fast alle gesellschaftlichen und industriellen Themenbereiche. Das ökologische Bewusstsein hat in der Bevölkerung in den letzten Jahren massiv zugenommen und dieser Trend verstärkt sich auch weiterhin.

Auch Composites als Konstruktionsmaterialien und werkstoffliche Alternative zu etablierten Materialsystemen müssen sich diesen Themenbereichen stellen. Kunststoffe in all ihrer Vielfalt können, aufgrund ihrer Langlebigkeit, auch zu einem Problem werden. Hier gilt es Konzepte zu entwickeln und im industriellen Maßstab Lösungen umzusetzen. Nicht zuletzt wegen ihrer hohen Relevanz und der Aktualität nehmen entsprechende Themen in neuen, aber auch bewährten Experten-Arbeitskreisen der AVK einen breiten Raum ein.

Composites können durch ihre große Material- und Eigenschaftsvielfalt perfekt an die aktuellen Herausforderungen bei den Themen im Energie-, Automobil- und Bausektor angepasst werden. Ihre besonderen Eigenschaften haben sie vor allem in den Anwendungen bekannt gemacht, bei denen Leichtbau, Langlebigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Wartungsarmut gefordert sind. Windkraftanlagen beispielsweise wären ohne Composites nicht denkbar.

Hervorragende Eigenschaften in der Nutzungsphase reichen heute nicht mehr aus: Konstruktionsmaterialien müssen ihre Eignung über den gesamten Lebenszyklus nachweisen. Das Thema Nachhaltigkeit wird in allen Anwendungsbereichen immer wichtiger. Neue AVK-Arbeitskreise zu Themen wie Werkstoffeigenschaften und -anforderungen für die E-Mobilität, Recycling von Composites oder auch zu Thermoplastischen Composites-Rohren zeigen, welch große Dynamik im Composites-Sektor herrscht und was für die Zukunft möglich ist.

Auch die Themen in bewährten Arbeitskreisen werden aktuell ergänzt, wie z. B. SMC-Anwendungen in der Elektro-Mobilität oder die Vorteile von pultrudierten Composites im Infrastrukturbereich. Dabei bietet auch der Leichtbau von Komponenten in den weiter auf Einsparung von Ressourcen bedachten Industriesektoren eine große Vielfalt an Einsatzmöglichkeiten für Composites. Bereits heute zeigen sich Composites auch im Hinblick auf die Nachhaltigkeit vielfach gut aufgestellt.

Die Teilnahme an den AVK-Expertenarbeitskreisen ist für Mitarbeiter von Mitgliedsunternehmen kostenlos. Mehr zu den Themen rund um die Arbeitskreise auf www.avk-tv.de

Das Ende der Kernenergie rückt in Deutschland jetzt auch am Strommarkt näher. Mit der Abschaltung der sechs am Netz verbliebenen Meiler bis Ende nächsten Jahres werden Erneuerbare Energien weitere Funktionen im Energiesystem übernehmen, um eine sichere und klimafreundliche Stromversorgung zu gewährleisten. Teil der Lösung: Die innovative Nutzung von Batteriespeichern und das Ineinanderwirken von Strom- und Wärmemarkt, wie sie in der angewandten Forschung erfolgreich getestet wurden.

Für den Ausgleich schwankender Stromeinspeisung aus fluktuierenden erneuerbaren Energien kommt Speichern große Bedeutung zu. Wie dezentrale Energieanlagen dabei agieren können, hat das IT-Institut OFFIS im kürzlich abgeschlossenen und vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Forschungsprojekt ENERA gezeigt. In einem vom OFFIS koordinierten Teil ging es um die Selbstorganisation von Energiespeichern und deren Stromeinspeisung ins Netz. Von der Bäckerei bis zum Industriebetrieb wurden verschiedene mit Batteriespeichern ausgestattete Unternehmen in einen Feldtest zur Erprobung so genannter Software-Agenten geschickt. „Solche Software-Agenten können eigenständig Entscheidungen treffen und sie lassen sich auch sehr gut steuern“, erklärt Dr. Martin Tröschel, OFFIS-Co-Gruppenleiter für „Distributed Artificial Intelligence“, einem Teilbereich der Künstlichen Intelligenz.

„Es gibt keine zentrale Instanz, die jedem Speicher einen Fahrplan zuweist“
Ausgestattet mit den vom OFFIS-Team in die Software eingezogenen Leitplanken durften die Agenten entscheiden, wann die Batteriespeicher die geladene Energie abgeben. Ein maßgebliches Kriterium war das sogenannte „Peak Shaving“, nämlich das Glätten von Lastspitzen zu Zeiten besonders hoher Stromnachfrage. Zu solchen Zeiten ist das Einspeisen aus dem Speicher wegen der dann sehr hohen Börsenpreise für Elektrizität besonders attraktiv. Der Unterschied gegenüber heute gängigen Systemen, die zentral gesteuert werden und auf Peak Shaving getrimmt sind: „Das System  hat sich im Feldtest erfolgreich vollständig selbst organisiert. Es gibt keine zentrale Instanz, die jedem Speicher einen Fahrplan zuweist, wie das in virtuellen Kraftwerken der Fall ist“, erläutert Tröschel.

Speicher und Wärmepumpen für optimierten Einsatz Erneuerbarer nutzen
Begrenzend auf den Ausbau des Stromnetzes und damit auf Anstiege der Netzentgelte kann eine verstärkte regionale Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien wirken. Zudem dürfte der Stromverbrauch künftig durch den Bedarf von E-Autos, aber auch von Wärmepumpen, die Strom in Heizenergie umwandeln, steigen. Im gerade abgeschlossenen, ebenfalls vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Forschungsprojekt „Wind-Solar-Wärmepumpenquartier“ hat das Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) untersucht, wie sich in verschiedenen Szenarien unter Nutzung von thermischen und elektrischen Speichern in Verbindung mit Wärmepumpen der Anteil erneuerbarer Energien in Wohnquartieren erhöhen lässt. Zwei bestehende Wohnquartiere, eines in Niedersachsen, eines in Bayern, wurden dazu komplett in Sachen Strom- und Wärmebedarf und -erzeugung vermessen, ebenso wie die Erträge der Solarstromanlagen in den Siedlungen und die Erträge von Windenergieanlagen aus der Region. „Im Ergebnis zeigte sich, dass man durch eine gut gewählte Betriebsführung einen sehr hohen regionalen Deckungsgrad mit erneuerbaren Energien erreichen kann, der die Marke von 80 Prozent überschreitet“, sagt Dr. Tobias Ohrdes, Leiter der ISFH-Arbeitsgruppe Elektrische Energiesysteme. Mehr als 60 Prozent des Stromes können den Simulationen nach direkt durch Wind- und Photovoltaikstrom gedeckt werden. Durch Batteriespeicher und eine intelligente Steuerung der Wärmepumpen können weitere 20 Prozent des Strombedarfs lokal mit Wind und Sonne gedeckt werden. Wird der Wärmepumpenbetrieb im gesamten Quartier untereinander koordiniert, erhöht sich die erneuerbare Versorgung gegenüber einem unkoordinierten Betrieb um weitere vier Prozentpunkte.

Wärmepumpen-Bedarf stimmt gut mit Windkraft überein
Zu bedenken sind für die Ergebnisse allerdings die Bedingungen bei Windparks, deren Strom je nach Gegebenheiten direkt ins Mittelspannungsnetz eingespeist und damit nicht per se für den regionalen Bedarf genutzt wird.

"Die Kombination aus Feldstudien und Simulationen in den Projekten von OFFIS und ISFH sowie weiteren Projekten zur Energiewende in der Zuse-Gemeinschaft zeigt den Stellenwert digitaler Lösungen für den Strommarkt der Zukunft. Mit zunehmenden Anteilen grünen Stroms in den Netzen gewinnen solche Lösungen weiter an Bedeutung“, erklärt Dr. Klaus Jansen, Geschäftsführer der Zuse-Gemeinschaft. „Die erfolgreichen Verbundprojekte zeigen zudem den Stellenwert effizienter Förderung und Kooperation zwischen Unternehmen und gemeinnütziger Industrieforschung“, betont Jansen.

Aus Luft- und Raumfahrt, Automobilbau oder Windkraft sind Textilfasern bereits nicht mehr wegzudenken. Technische Textilien, zum Beispiel aus Kohlenstofffasern, sowie aus ihnen produzierte Halbzeuge werden auch das Bauwesen nachhaltig verändern. Die innovativen Werkstoffe und Bauteile bergen enormes Potenzial für die Branche. Dies zu heben, ist ein Ziel des Vereins AACHEN BUILDING EXPERTS. Hierfür bringt er alle relevanten Akteure zusammen.

Ressourceneffizientes und nachhaltiges Bauen mit technischen Textilien
Textilbeton oder Gelege aus textilen Werkstoffen weisen entscheidende Vorteile gegenüber klassischen Baustoffen wie Stahl, Glas und Beton auf. Die textile Bewehrung im Betonbau ermöglichst aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit vergleichsweise schlanke Betonbauteile mit geringem Eigengewicht, die dennoch sehr tragfähig und beständig sind. Die enorme Gewichtseinsparung senkt Transportkosten und ermöglicht es, höher zu bauen. Dies spart Grundfläche. Textilbeton benötigt darüber hinaus bis zu 80 Prozent weniger Beton. Daher schont der Baustoff Ressourcen, zum Beispiel den knapp werdenden Bausand. Besonders die starke Reduktion des Zementbedarfs ermöglicht 80 Prozent weniger Kohlendioxid-Emissionen. Die Zementherstellung der globalen Bauwirtschaft verursacht höhere CO2 -Emissionen als der weltweite Luftverkehr. Somit leistet Textilbeton einen wichtigen Beitrag zum ressourceneffizienten und nachhaltigen Bauen – der Zukunft der Bauwirtschaft.
Bei der Membranbauweise spielt die Leichtigkeit der Konstruktionen eine große Rolle. Hiermit lassen sich große Flächen überdachen. Gleichzeitig wird die textile Architektur höchsten ästhetischen Ansprüchen gerecht. Bekanntes Beispiel bildet das Gerry-Weber-Stadion mit seiner etwa 6.000 m2 umfassenden Dachkonstruktion.
Tragende Komponenten beim textilen Bauen sind textile Konstruktionen aus Hochleistungsfasern. Sie zeichnen sich durch extrem hohe Festigkeiten auch bei hohen Zugkräften aus - bei gleichzeitig geringem Gewicht. Meist werden die textilen Ausgangsmaterialien vor ihrer Verwendung zusätzlich beschichtet oder imprägniert. Diese Behandlungen ermöglichen spezifische Funktionalisierungen für den jeweiligen Zweck. Dies sorgt für eine große Anwendungsbreite. Teilweise sind textile Bauteile lichtdurchlässig, gleichzeitig schützen sie vor Wärme. Auch verbessern „Hightex“-Materialien akustische Eigenschaften von Räumen. Nicht zuletzt bieten textile Architekturen nahezu unbegrenzte Möglichkeiten der Form- und Farbgebung.

Aachener Innovationsnetzwerk fördert Wissenstransfer
„Die vielfältigen Möglichkeiten des Baustoffes Textil und das hohe Potenzial von technischen Fasern und Textilien sind in der Baubranche noch viel zu wenig bekannt“, so Goar T. Werner, Geschäftsführer des AACHEN BUILDING EXPERTS e. V. (ABE). Daher führt der ABE gezielt Experten aus Wissenschaft und Wirtschaft zusammen. Unterstützt wird er dabei unter anderem vom Institut für Textiltechnik und Lehrstuhl für Textilmaschinenbau (ITA) an der RWTH Aachen University. „Bauunternehmer und Architekten fragen sich, wo sie technische Textilien anwenden können und welche Vorteile diese Bauprodukte haben. Die Anbieter technischer Textilien wiederum überlegen: Wo können wir unsere innovativen Produkte unterbringen?“, weiß Prof. Dr.-Ing. Thomas Gries, Leiter des ITA. Zur Beantwortung eben dieser Fragen auf beiden Marktseiten und der Vernetzung dieser beiden „Welten“ will der ABE, das interdisziplinäre Kompetenznetzwerk für innovatives Bauen, beitragen. Dabei kooperiert der ABE ebenfalls eng mit den Instituten für Baustoffforschung (ibac) der RWTH Aachen University sowie dem TFI - Institut für Bodensysteme an der RWTH Aachen e.V. „Gemeinsam sorgen wir für den entsprechenden Wissenstransfer und bieten mit unserem `Innovationsnetzwerk Textiles Bauen´ ein Forum dafür, dass Innovationen eng am Bedarf der Bauwirtschaft entstehen“, erläutert Goar T. Werner.