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Thermischer Transmitter - Die Innovation - Der Thermische Transmitter ist eine Technologie zur direkten Umwandlung von Wärme- energie in elektrische Energie durch die Herstellung einer Kunststoffoberfläche mit einem extrem hohen Adsorptionsvermögen für Wärmeenergie (Infrarot) – Thermischer Akkumulator.

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Thermischer Transmitter - Die Innovation -

Der Thermische Transmitter ist eine Technologie zur direkten Umwandlung von Wärme-energie in elektrische Energie durch die Herstellung einer Kunststoffoberfläche mit einem extrem hohen Adsorptionsvermögen für Wärmeenergie (Infrarot) – Thermischer Akkumulator.

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Thermischer Transmitter - Die Herausforderung -

„Mehrfachnutzung von Wärmeenergie als tragende Säule zukünftiger

Energieversorgung – Energy Harvesting“

Der weltweite Energieverbrauch hat inzwischen eine Größe von ca. 500 ExaJoule (1018 Joule)erreicht. Neben Kraftwerken und Verbrennungsanlagen gehören die ca. 45 Mio. Fahrzeugezu den größten Abwärmeproduzenten in Deutschland. Über 50% dieser Energie werden als Wärmeenergie wieder frei und eine Nutzung dieser steht erst am Anfang der Entwicklung. Funktionalisierte Kunststoffe sind heute in der Lage, derartige Energiemengen aufzufangen, einzusammeln und einer energetischen Wiederverwendung zuzuführen.

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Thermischer Transmitter - Die Technische Lösung -

Der Thermische Transmitter ist eine Technologie zur direkten Umwandlung von Wärme-energie in elektrische Energie durch die Herstellung einer Kunststoffoberfläche mit einem extrem hohen Adsorptionsvermögen für Wärmeenergie (Infrarot) – Thermischer Akkumulator. Die DUROPAN GmbH präsentiert den Gesamtaufbau des Thermoelektrikmoduls„Thermischer Transmitter“ als Engineering-Leistung und den thermischen Akkumulator alsbesondere Kompetenz. Der thermische Akkumulator besteht aus einer mit halbleitenden Partikeln dotierten Polymermatrix. Er stellt die Funktionen des thermischen Kopplers undthermischen Leiters sicher. Die praktische Umsetzung der thermischen Kopplung innerhalb der Polymermatrix erfolgt beispielsweise mit IR-absorbierenden Pigmenten (n- oder p-leitend) und/oder ähnlichen nanoskaligen kristallinen Werkstoffen, welche eine starke Adsorption infraroter Strahlung imWellenlängenbereich von 800 nm bis 1500 nm ermöglichen. Der thermische Leiter hat die Aufgabe die Wärmeleitung innerhalb der Polymermatrix sicherzustellen. Diesen Zweck erfüllen z.B. Carbon-Nanotubes (CNT) bzw. Carbon-Nanofasern. Die Wärmeleitfähigkeit der CNT ist mit 6000 W/(m·K) doppelt so hoch wie die Wärmeleitfähigkeit des Diamanten und sichert den stabilen Wärmefluss zum Thermogenerator. Die Baugruppen Thermogenerator, sowie der thermische Diffusor sind am Markt verfügbare Bauelemente, die ingenieurtechnisch in das Gesamtkonzept des Thermoelektrikmodulsintegriert werden. Der thermische Diffusor dient zur Erzeugung des Temperaturgefälles.

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Thermischer Transmitter - Leistung, Eigenschaften & Anwendung -

Das Wärmeangebot, die darstellbare Temperaturdifferenz und eine moderne Steuer-elektronik erlauben eine ansprechende Ausbeute der verfügbaren (Ab-)Wärme und ihre Umwandlung in elektrische Energie. Elektrische Eigenschaften: Variabilität der Leistung durch:

• Anzahl der p-n-Übergänge des Thermogenerators • Auswahl des thermoelektrischen Materials • Vergrößerung der Temperaturdifferenz ΔT • Auswahl des jeweiligen elektronischen Boosters

In Abhängigkeit von der Startenergie kann mit einem elektronischen Booster die Leistungs-ausbeute stabil gestaltet werden. So können aus einer Temperaturdifferenz von 40 bis 80 KLeistungen von 800 Watt pro Quadratmeter und auch darüber hinaus erzielt werden. Physikalische und chemische Eigenschaften:

• Thermischer Akkumulator = hochwertiges, lösemittelfreies 2K-System • Innovationen durch den Einsatz von Nanopartikeln • UV-Beständig, Witterungs- und Chemikalienbeständig • Variable Endhärte

Mechanische und sonstige Eigenschaften:

• Freie Formgestaltung • Wartungsfrei, da keine mechanischen Elemente • Lebensdauer der Thermogeneratoren beträgt 300.000 Stunden (34 Jahre)

Anwendungsmöglichkeiten:

1. Nutzung der Wärme aus den Stahl- und Walzwerken, 2. Nutzung der Wärme im Bereich der Aluminiumproduktion, 3. Nutzung der Potentialunterschiede bei der Gasentspannung (Erdgas, Flüssiggas), 4. Nutzung der Wärme aus Biogasanlagen und Brennstoffzellen, 5. Verwertung der Wärmepotenziale der Sonne im Bereich der Gebäudetechnik, 6. Nutzung der Motorenabwärme bei Fahrzeugen 7. Entwärmung von Photovoltaik-Modulen

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W & M - E X T R A : Z I M W & M - E X T R A

8 WIRTSCHAFT & MARKT EXTRA WIRTSCHAFT & MARKT EXTRA 9

ler. Das wichtigste Geheimnis ihrer Tech-nologie ist der Thermische Akkumulator.Um diesen zu entwickeln, führten siemit wissenschaftlicher Unterstützunglange Versuchsreihen mit verschiedenenKunststoffen durch, in die Infrarot absor-bierende Nanopartikel eingebettet wur-den. Die Technologie ist durch Patentegeschützt. Die Wärmeleitung innerhalbder Polymermatrix sichern Carbon-Nano-tubes (CNT), feinste Röhrchen, derenWärmeleitfähigkeit doppelt so hoch wiedie von Diamanten ist. Sie sichern denstabilen Wärmefluss zum Thermogene-rator. Unsichtbar wird die Leiterplattevon einer Flüssigkeit durchströmt, diedie Temperaturdifferenz durch den Ab-transport der Wärme aufrecht erhält.

STROM VON GLÜHENDEN GUSSTEILEN

Die Zahl möglicher Anwendungen fürdiese Technologie ist praktisch unbe-grenzt, schwärmt Dr.-Ing. Beck. Sie istüberall einsetzbar, wo Wärme ungenutztin die Umwelt entweicht. BeispielsweiseAbwärme aus Stahl- und Walzwerken,aus der Aluminiumproduktion, aus Bio-gasanlagen und Brennstoffzellen, ausder Gebäudetechnik oder aus der Motor-abwärme von Kraftfahrzeugen. NebenKraftwerken und Verbrennungsanlagengehören die 45 Millionen Fahrzeuge zuden größten Abwärmeproduzenten inDeutschland.

Über 50 Prozent der eingesetztenEnergie entweichen als Wärmeenergie.Sie ließe sich mit Technologien desEnergy Harvesting wenigstens teilweise»ernten«. Wie das praktisch funktionie-ren könnte, erläutert Börnert an einemPilotprojekt des Netzwerks in einer Gie-ßerei: An der Position im Produktions-prozess, wo die glühenden Gussteile ab-kühlen, wird ein von außen gekühlterHarvester-Käfig gebaut, der die Abwärmezur Erzeugung von Strom verwertet. »Auseiner Temperaturdifferenz von 40 bis 80Kelvin können wir, je nach Auslegungdes Harvesters, 800 Watt pro Quadrat-meter und mehr gewinnen, fast die zehn-fache Leistung von Photovoltaikelemen-ten«, sagt Dr.-Ing. Beck. Als weiterer Vor-teil kommt hinzu, erklärt er, dass »unserSystem praktisch wartungsfrei arbeitet,300.000 Stunden garantieren wir alsLebensdauer der Thermogeneratoren«.

Die praktisch unbegrenzten Anwen-dungsmöglichkeiten »brachten uns

schnell zu dem Schluss, dass wir diemöglichst breite praktische Verwertungunserer Technologie nur mit einem vomBundesministerium für Wirtschaft undTechnologie unterstützten Netzwerk ausIndustrieunternehmen und Forschungs-einrichtungen schnell vorantreiben kön-nen«, erinnert sich Dr.-Ing. Beck. DiePartner sind in ganz Deutschland ange-siedelt, kleine und mittlere Industrie-unternehmen in Halberstadt, Berlin,Teltow, Wernigerode, Blankenburg/Harz,Magdeburg, Forchheim in Oberfranken,Luckenwalde, Nachterstedt, Erfurt-Ermstedt, Burkersdorf und Dresden.Ausgewählt wurden sie so, erklärt Netz-werkmanager Börnert, dass sich eineVielzahl neuer Verbundprojekte für ge-meinsame Forschung und Entwicklungergibt. Die Zielgebiete können die Stahl-industrie ebenso wie die Aluminiumpro-duktion sein, die Metallerzeugung oderKältetechnik, Kraftwerke und Verbren-nungsmaschinen oder die Nutzung vonSonnenstrahlung und Erdwärme.

Zusätzlich zu den laufenden Projekt-beratungen treffen sich einmal jährlichalle Netzwerkpartner zu einer Art Gene-ralversammlung. Dabei entstehen neueIdeen. Immer wird nach neuen und ver-besserten Lösungen gesucht: Wie lässtsich thermische, mechanische oder che-mische Energie aus der Umgebung effek-tiv in nutzbare Energie umwandeln?Welche neuen Materialien sind erforder-

Dr.-Ing. Wolfgang Beck (r.) und Reinhard Börnert entwickeln Technologien und Verfahren, um aus der

Abwärme von Gießereien oder von Automotoren elektrische Energie zu gewinnen.

ur vierten »Woche der Umwelt« ludBundespräsident Joachim GauckAnfang Juni gemeinsam mit der

Deutschen Bundesstiftung Umwelt(DBU) in den Park von Schloss Bellevueein. Unter den geladenen Vertretern ausrund 170 Unternehmen, Institutionen,Forschungseinrichtungen, Vereinen undInitiativen war auch Dr.-Ing. WolfgangBeck, Geschäftsführer der DUROPANGmbH in Halberstadt. Eine unabhängigeJury hatte das Unternehmen als einesvon jenen ausgewählt, die bei dem Tref-fen neue Technologien, Produkte undProjekte für einen nachhaltigen Umgangmit Ressourcen präsentierten. In derpräsidialen Einladung sieht Dr.-Ing. Beck

trieren Dr. Beck und NetzwerkmanagerBörnert gern mit einer kleinen Versuchs-anordnung, die schon auf der HannoverMesse 2012 viel Interesse fand. Mit einerInfrarotlicht-Wärmequelle wird eineschwarze Platte bestrahlt, die mit Reihenvon Bauelementen bestückt ist, die Ar-beitsspeichern von Computern ähneln.Schon nach kurzer Bestrahlung leuchtenLED-Lämpchen auf.

Den verblüffenden Effekt ermögli-chen Thermische Transmitter, die miteinem extrem hohen Absorptionsver-mögen Wärme direkt in elektrischeEnergie umwandeln. Entwickelt wurdedas System bei DUROPAN von Dr. Beckund der Entwicklungsleiterin Anja Krich-

Energie effizient ernten N E T Z W E R K E N E R G Y H A R V E S T I N G

Zauch eine Würdigung der Arbeit desNetzwerks Energy Harvesting. Es wird imRahmen des ZIM-Programms vom Bun-desministerium für Wirtschaft und Tech-nologie gefördert. Gemanagt von Rein-hard Börnert, Geschäftsführer der un-abhängigen Beratungsgesellschaft BKSConsult GmbH in Berlin, arbeiten darin15 Industrieunternehmen und fünf For-schungseinrichtungen aus sechs Bundes-ländern zusammen.

Ihr Ziel: Die Entwicklung von Techno-logien, Verfahren, Anlagen und Produk-ten, die elektrische Energie mit einemthermischen Transmitter auf Basis vonTemperaturdifferenzen erzeugen. WieThermoelektrik funktioniert, demons-

MESSUNG DER SPANNUNG an thermischen Transmittern.

lich? Wie stimmt man das System ausEnergiewandler, -speicher und -verbrau-cher für bestimmte Anwendungen ambesten ab?

MILLIARDENMARKT PROGNOSTIZIERT

Ansporn sind auch Prognosen. Von der-zeit 660 Millionen Dollar soll der Marktfür Energy-Harvesting-Systeme in denkommenden zehn Jahren auf 4,4 Milliar-den steigen, glauben Optimisten. Ame-rikanische und japanische Forschungs-einrichtungen arbeiten intensiv an Ver-fahren und Geräten für das EnergyHarvesting. Auch europäische Forscherund Ingenieure beackern das technischeWachstumsfeld. Das Bundesministeriumfür Wirtschaft und Technologie und dieEU fördern entsprechende Projekte wiedas Netzwerk Energy Harvesting.

Zwischen den Jahresmeetings bearbei-ten die Netzwerker eigene Projekte. Einsbeschäftigt sich mit der Nutzung ineinem Blockheizkraftwerk. Die Tempe-raturen im BHKW liegen zwischen Vor-und Rücklauf bei 95 und 45 Grad Celsius,bestens geeignet für die Energieernte.

Netzwerk Energy HarvestingBKS Consult GmbHKurfürstendamm 2110719 Berlinwww.energy-harvesting.net

A D R E S S E