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Funktionale Keramikwerkstoffe für solarthermische Anwendungen



Wasserspaltung: Ceroxid-Defektstruktur

In Kooperation mit den DLR-Instituten für Solarforschung und Technische Thermodynamik werden Materialien und Werkstoffe für konzentrierende solarthermische Verfahren entwickelt. Das Materialspektrum umfasst poröse und partikuläre Absorbermaterialien sowie Redoxmaterialien, die sowohl zur solarthermischen Gewinnung von Wasserstoff und synthetischen Brennstoffen als auch zur Hochtemperaturwärmespeicherung eingesetzt werden sollen.

Absorbermaterialien

Als Werkstoff für offene volumetrische Solarabsorber wird SiSiC untersucht. Hier sind Effizienz- und Lebensdauerabschätzungen unter Wüstenbedingungen von besonderem Interesse: Die Ablagerung von Wüstenstaub auf den heißen Absorberoberflächen beeinflusst den Absorptionsgrad und den Luftdurchsatz; ferner tritt je nach Temperatur und Staubzusammensetzung Korrosion auf den Absorberwerkstoffen auf.

Materialien zur Erzeugung Solarer Brennstoffe

Zum Themenkomplex "Solar Fuels" werden thermochemische Kreisprozesse mit Oxiden von Übergangsmetallen ("Redoxkeramiken") untersucht. Die Redoxmaterialien werden zur Wasserstoffgewinnung zunächst bei hohen Temperaturen durch Abgabe von Sauerstoff auf eine niedrigere Oxidationsstufe reduziert. Im Folgeschritt erfolgt die Re-Oxidation in Gegenwart von Wasserdampf oder CO2, wobei die Gase Sauerstoff "abspalten" und H2 bzw. CO, also die Grundbausteine für synthetische Brennstoffe, freigesetzt werden. Unsere Forschungsarbeiten zielen auf eine Effizienzsteigerung durch verbesserte Redoxmaterialien (z.B. dotiertes Ceroxid) und auf eine Verbesserung von Lebensdauer und Zyklierbeständigkeit der eingesetzten Redoxkeramiken.

Bruchtest einem Solarabsorber

Materialien zur Energiespeicherung

Redoxkeramiken könnten in Zukunft auch zur thermochemischen Speicherung von Wärme eingesetzt werden. Dazu wird im endothermen Reduktionsschritt Wärmeenergie gespeichert, die später in einem exothermen Oxidationsschritt wieder freigesetzt wird. Für diese Anwendungen werden Manganoxid und andere Oxide multivalenter Kationen untersucht. Neben einer hohen Energiespeicher-Kapazität und Reaktionsgeschwindigkeit spielt die zyklische Beständigkeit eine große Rolle für den zukünftigen Einsatz der Redoxkeramiken. Dazu wird der Einfluss von Konstitution, Mikrostruktur, Porosität und Form von Redoxkeramiken erforscht. Die Hochtemperaturwärmespeicherung ist nicht nur für solarthermische Kraftwerke interessant, sondern ermöglicht beispielsweise auch die Nutzung industrieller Abwärme


Kontakt
Dr. Peter Mechnich
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Werkstoff-Forschung
, Struktur- und Funktionskeramik
Köln

Tel.: +49 2203 601-2100

Dr. Michael Welter
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Werkstoff-Forschung
, Struktur- und Funktionskeramik
Köln

Tel.: +49 2203 601-4283

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