In der Windkraft und bei Solaranlagen erweisen sich verbesserte Werkstoffe als der Schlüssel zum Erfolg
Schlaue Materialien lösen Energiesorgen

In Sachen Windenergie ist Deutschland weltweit Technologieführer. Mit einer installierten Kapazität von 16 600 Megawatt sind hier etwa ein Drittel der weltweit laufenden Windkraftwerke installiert. Das Thema treibt indes nicht nur Ökostrom-Anhänger um.

In Sachen Windenergie ist Deutschland weltweit Technologieführer. Mit einer installierten Kapazität von 16 600 Megawatt sind hier etwa ein Drittel der weltweit laufenden Windkraftwerke installiert. Das Thema treibt indes nicht nur Ökostrom-Anhänger um: Auch auf dem Plenum der ersten Rhine-Ruhr International Materials Conference wurde die Zukunft der Windbranche skizziiert: „Eine Herausforderung bildet die Hochsee-Winderzeugung“, sagte Christian Nath, Geschäftsführer der Germanischer Lloyd Windenergie GmbH auf der weltgrößten Werkstoff-Konferenz in der Essener Villa Hügel.

Der Hamburger Nath legte Zahlen nach, die die Werkstoff-Experten aufmerken ließen: Bis 2030 sollen in deutschen Hoheitsgewässern, also „offshore“, weitere 20 000 Megawatt installiert werden. Eine enorme Herausforderung auch an die Materialforschung. Offshore-Anlagen sind extremen Belastungen ausgesetzt und lassen sich nur mit sehr viel mehr Aufwand warten und reparieren als Windkrafträder an Land. Auch die Zuverlässigkeit der Versorgung mit Windenergie muss steigen, wenn die Stromindustrie stärker auf den Wind bauen will. Heute trägt Windkraft zu rund sechs Prozent im Energiemix bei.

Werkstofftechnik spielt dabei eine Schlüsselrolle: Je schneller sich die Räder drehen, desto mehr Strom fließt. Doch wenn der Wind zum Sturm wird, müssen die Mühlen angehalten werden, sonst brechen die Flügel. Das geschieht automatisch oder per Fernsteuerung – und meist aus Sicherheitsgründen viel zu früh. Ein neuer Zweig der Werkstoffwissenschaft, die Adaptronik, könnte hier zu besseren Lösungen führen: Sensoren, die in die Flügel eingebaut werden, könnten vor Bruchgefahr warnen, wenn der Winddruck zu groß wird und der faserverstärkte Kunststoff zu reißen droht.

Die Sensoren bestehen aus Piezokeramikfasern, die direkt in das Grundmaterial eingebettet sind und die besondere Fähigkeit haben, Druck in elektrische Signale umzuwandeln. Wird die so erzeugte Spannung in dem intelligenten Material zu hoch, schrillen am Steuercomputer die Alarmglocken und er schaltet das Windrad ab. Im öffentlich geförderten Leitprojekt Adaptronik haben 20 Firmen und Forschungsinstitute in den vergangenen Jahren große Fortschritte bei der Entwicklung dieser Werkstoffe gemacht.

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