Thermische Beschichtungssysteme

Meereskraftwerke stellen eine vielversprechende, aktuell jedoch wenige genutzte Möglichkeit zur Ergänzung der etablierten regenerativen Energieerzeugungsmöglichkeiten dar. Aufgrund des direkten Kontakts der ermüdungsbeanspruchten Bauteile zum Meerwasser und diesbezüglich konservativer Auslegungsvorschriften gehen aktuelle Anlagenkonzepte jedoch mit verhältnismäßig hohen Herstellungskosten einher. Erste Untersuchungen deuten darauf hin, dass die regulativ vorgeschriebene Ermüdungsfestigkeitsreduktion zu konservativ ist und dass lichtbogengespritzte Schichten auch auf Gusseisen aufgebracht werden können, ohne die Ermüdungsfestigkeit maßgeblich negativ zu beeinflussen. Auf dieser Grundlage werden im Projekt verschiedene, typische thermisch gespritzte Korrosionsschutzschichten auf ihre Beschichtungseigenschaften untersucht sowie die Auswirkung der Beschichtungen auf die Ermüdungsfestigkeit entsprechend beschichteter Gusswerkstoffe experimentell untersucht.

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Das Wachstum der Biogasindustrie und alternativer Brennstoffe hat zu einer Verringerung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe und folglich zu einer geringeren Emission toxischer Elemente geführt. Die Methanemissionen aus der Biogasbranche müssen jedoch weiterhin überwacht und quantifiziert werden, was komplexe und spezialisierte Technologien erfordert.

Innovative Beschichtungen, die durch thermisches Spritzen hergestellt werden, sollen als Katalysatoren für die effiziente Zersetzung von Methan dienen. Die heterogenen Beschichtungen sind so entwickelt worden, dass sie die Zersetzung von Methan bei niedrigeren Temperaturanforderungen und ohne inerte atmosphärische Bedingungen ermöglichen. Das Endprodukt soll die teuren Katalysatoren ersetzen und kann sowohl in der Klein- als auch in der Großindustrie eingesetzt werden. Darüber hinaus wird die Wirksamkeit der Beschichtungen in der Methanumgebung mit Hilfe eines speziellen Emissionsnachweisgeräts kontinuierlich überwacht.

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Das thermische Spritzen ist als Beschichtungsverfahren bereits im Verschleiß- und Korrosionsschutz etabliert. Die daraus bekannten Vorteile sollen im Projekt zur Steigerung der Verschleißschutzfestigkeit von Bodenbearbeitungswerkzeugen in der Landwirtschaft übertragen und erweitert werden. Durch den punktuellen und inhomogenen Verschleiß an den Scharrzinken von Grubbern kann oftmals die Verschleißgrenze der Bauteile nicht ermittelt werden. Bauteilversagen und unbekannter Verbleib der Zinken im Feld sind häufig die Folge. Mit der Entwicklung eines Schichtsystems aus verschleißanzeigender und widerstandsfähiger Beschichtung soll dem Landwirt ein wirtschaftlicherer Umgang mit den Werkzeugen ermöglicht werden. Neben u.a. vergleichenden Abrasionsprüfungen werden im Projekt auch Feldversuche durchgeführt.

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Der aufstrebende Biokohle-Sektor ermöglicht es landwirtschaftlichen Betrieben, große Mengen an CO₂ zu binden und verfügt über enormes Potenzial zur Bereitstellung von Carbon Dioxide Removal (CDR)-Zertifikaten. Abfallstoffe sind weithin verfügbare Ausgangsmaterialien für Biokohle.

Durch den Einsatz des thermischen Spritzens können Methanemissionen während des Pyrolyseprozesses von Biokohle reduziert werden. Hierfür werden Schichten entwickelt, die katalytische Eigenschaften besitzen und das Methan in weniger schädliche Gase umwandeln. Diese sind so konzipiert, dass sie kostengünstig auf Schlüsselkomponenten des Pyrolyseprozesses, wie Reaktoren, Öfen und Kammern, aufgebracht werden können.

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Es gibt derzeit aufgrund des sich entwickelnden Marktes nur wenig Erfahrung mit dem Transport großer Mengen Flüssigwasserstoff (LH2). Die Tankkonstruktionen beziehen sich auf Standardanwendungen für die Lagerung und den Transport an Land mit vakuumisolierten, doppelwandigen Konstruktionen aus austenitischem Edelstahl, welche eine vergleichsweise hohe Wärmediffusivität und -leitfähigkeit sowie ein erhöhtes Gewicht aufweisen. Dies verringert derzeit die Effizienz aufgrund des gesteigerten Boil-Offs und der ungünstigen gravimetrischen Speicherdichte.
Für die maritime Erzeugung sowie den Transport von LH2 sind somit neue Tankkonzepte notwendig. Hierbei werden innovative technische Ansätze aus der Raumfahrt (Faserwicklungen) sowie für Hochtemperaturanwendungen (Wärmedämmschichten „TBC“) aufgegriffen und zusammengeführt.

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