Sonntag, 21. Januar 2018

[ #technik ] Werkstoffe und Materialien für die Energiewende

Fragen der Material- und Werkstoffkunde spielen für den Umbau des Energiesystems eine wichtige Rolle. 

Der Betrieb bestehender Energieanlagen lässt sich durch den Einsatz alternativer Werkstoffsysteme optimieren und verlängern. Neuartige Material- bzw. Werkstoffsysteme ermöglichen zugleich Produktinnovationen im Bereich der regenerativen Energieversorgung. Für die Beurteilung und Entwicklung neuer Materialien und Werkstoffe gewinnt ein modell- und simulationsbasiertes Vorgehen zunehmend an Bedeutung.

acatech. Die gegenständliche acatech Publikation analysiert die Rolle von Materialien und Werkstoffen in den für den Energiesektor wesentlichen Funktionsbereichen. Der Fokus liegt auf Materialklassen mit elektrochemischen und photoelektronischen Eigenschaften, Werkstoffen für Leichtbauanwendungen sowie Werkstoffen für lastflexible Kraftwerke. Beleuchtet werden zudem spezifische Anforderungen an materialwissenschaftliche Methoden, insbesondere an Modellierung und Simulation, sowie die Rolle der Charakterisierung von Materialien.

Deutsche Akademie der Technikwissenschaften. Als Werner von Siemens 1873 Mitglied der Königlichen Akademie der Wissenschaften wurde, galt ihm diese Ehrung ausschließlich als Wissenschaftler, nicht aber als Erfinder und Industrieller. So betonte es die Akademie – und auch Werner von Siemens in seinen Lebenserinnerungen. Bis weit ins 20. Jahrhundert galten die Ingenieurwissenschaften als angewandte Naturwissenschaften – und nicht als eigenständige Disziplin.

Vielleicht weil diese Einschätzung ganz im Gegensatz steht zur gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Bedeutung der Technikwissenschaften, entwickelte sich die Akademie in den 1990er Jahren in schnellen Schritten.

Die Akademie setzt sich dafür ein, dass aus Ideen Innovationen und aus Innovationen Chancen auf Wohlstand erwachsen. Dahinter steht die Überzeugung, dass nachhaltiges Wirtschaften und ein verantwortungsvoller Umgang mit den natürlichen Ressourcen der Erde heute nur mit Hilfe innovativer Technologien möglich sind. Solche Technologien entstehen im Zusammenspiel von Forschung, innovativer Wirtschaft, geeigneten staatlichen Rahmenbedingungen und einer gegenüber Technik aufgeschlossenen Gesellschaft.

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Inhalt
1 Einleitung 5
2 Photoelektronische Materialien 6
2.1 Einführung 6
2.2 Werkstoffseitige Möglichkeiten und Herausforderungen der Beleuchtung 6
2.3 Werkstoffseitige Möglichkeiten und Herausforderungen der nächsten
 zehn Jahre in der Photovoltaik 6
2.4 Horizonte zur Erschließung von Energietechnologien durch neue
 Werkstoffe in der Photovoltaik 7
2.5 Horizonte zur Erschließung von Energietechnologien durch neue
 Werkstoffe für die direkte Wasserspaltung 8
2.6 Fazit 8
Literatur 9
3 Materialien mit elektrochemischen Eigenschaften
für Speicheranwendungen 10
3.1 Einführung 10
3.2 Werkstoffseitige Möglichkeiten und Herausforderungen der nächsten
 zehn Jahre 10
3.3 Horizonte zur Erschließung von Speicheroptionen durch neue Werkstoffe 11
3.4 Fazit 12
Literatur 13
4 Werkstoffe für lastflexible Kraftwerke 14
4.1 Einführung 14
4.2 Werkstoffseitige Möglichkeiten und Herausforderungen der nächsten
 zehn Jahre 14
4.3 Horizonte zur Erschließung von Energietechnologien durch
 neue Werkstoffe 15
4.4 Fazit 16
Literatur 17
5 Rolle der Leichtbauwerkstoffe in der Energietechnik 18
5.1 Einführung 18
5.2 Werkstoffseitige Möglichkeiten und Herausforderungen der nächsten
 zehn Jahre 18
5.3 Horizonte zur Erschließung von Energietechnologien durch
 neue Werkstoffe 19
5.4 Fazit 20
Literatur 20
6 Polymerwerkstoffe für Energieeffizienz und
regenerative Energie/Stoff-Technologien 21
6.1 Einführung 21
6.2 Werkstoffseitige Möglichkeiten und Herausforderungen der nächsten
 zehn Jahre 21
6.3 Horizonte zur Erschließung von Energietechnologien durch
 Polymerwerkstoffe 23
6.4 Fazit 24
Literatur 24
7 Materialien für effiziente Energiewandlung 25
7.1 Beispiel 1: Weichmagnetische Werkstoffe 25
7.1.1 Einführung 25
7.1.2 Werkstoffseitige Möglichkeiten und Herausforderungen
im Hinblick auf Effizienzsteigerung von Generatoren,
Transformatoren und Motoren 26
7.1.3 Horizonte zur Erschließung von Effizienzpotenzialen durch
neue Werkstoffe und Verarbeitungstechnologien 27
7.1.4 Fazit 28
Literatur 28
7.2 Beispiel 2: Die Rolle der Tribologie für die Energiesysteme der Zukunft 29
7.2.1 Einführung 29
7.2.2 Werkstoff- und verfahrensseitige Möglichkeiten
und Herausforderungen 29
7.2.3 Horizonte zur Erschließung 31
7.2.4 Fazit 31
Literatur 31
8 Querschnittsthemen und Methoden 32
Literatur 33

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