Signifikante Brennstoffeinsparungen bei Thermoprozessen durch neuartige Isolationsmaterialien und Brennhilfsmittel aus papierabgeleiteten Keramike.

 

Verbesserte Energieeffizienz von Thermoprozessen

Wärmebehandlungsprozesse, die bei Temperaturen oberhalb von 1000 °C ablaufen, sind für den überwiegenden Teil des Energieverbrauchs im verarbeitenden Gewerbe verantwortlich. Durch eine Verbesserung der thermischen Isolierung und ein geringeres Gewicht der Brennhilfsmittel (kurz BHM) können signifikante Energieeinsparungen erreicht werden.

Im Projekt PaKerNat werden dafür neuartige papiertechnisch hergestellte keramische Strahlungsschirme und Flächentragwerke entwickelt, die als verbesserte Isolationsmaterialien bzw. Brennhilfsmittel eingesetzt werden sollen.

 

Material- und Prozessentwicklung

Zur Erreichung der Projektziele müssen zum einen neuartige Werkstoffe entwickelt werden. Zum anderen muss die Geometrie der Strahlungsschirme und BHM hinsichtlich Wärmemanagement, Kriecheigenschaften sowie Thermoschockbeständigkeit topologisch und mikrostrukturell optimal ausgelegt sein. Für die Aufarbeitung der Rohstoffe zu Pulpen und deren papiertechnische Verarbeitung zu Grünkörpern ist weiterhin die Entwicklung robuster, kostengünstiger und insbesondere skalierbarer Prozesse notwendig. Die nachfolgenden Prozesse der Entbinderung und Sinterung erfordern die Entwicklung von Wärmebehandlungsparametern, die eine sichere und energieeffiziente Herstellung der Produkte in Industrieöfen ermöglichen. Als Bauteile sollen sowohl Platten als auch Wickelkörper und Verbindungselemente hergestellt werden.

 

Projektpartner

Im Projekt PaKerNat sollen angefangen von der Rohstoffauswahl und dem Bauteildesign über die Prozesstechnik und die thermische Behandlung Topologie-optimierte keramische Leichtbaustrukturen für Brennhilfsmittel und Strahlungsschirme im Demonstratormaßstab hergestellt werden.

Die Universitätsarbeitsgruppe FAU entwickelt unter Berücksichtigung der anorganischen Rohstoffe und deren Partikelgrößenverteilungen, der Porenbildner und der papiertechnischen Additive die für die Formgebung notwendigen Suspensionen und die für die Verbindung der Lagen notwendigen Adhäsiv-Zusammensetzungen.

Die PTS erarbeitet die papiertechnologischen Lösungen zu den „hochgefüllten“ Papieren, also nassgelegte Faserverbunde mit einem hohen Anteil an funktionalen Füllstoffen, insbesondere auch im Hinblick auf das Scale-Up. Im Weiteren sollen die Papiere zu welligen Strukturen weiterverarbeitet werden.

Die Firma OecoPac Grunert Verpackungen GmbH ist für die Herstellung der gewickelten Strukturen verantwortlich.

Das Fraunhofer-Zentrum HTL entwickelt mittels Computerverfahren optimierte Mikrostrukturen und Tragwerkgeometrien und ermittelt geeignete Materialien zur Erreichung der spezifischen Bauteileigenschaften (Kriechbeständigkeit, Albedo). Ein weiterer Schwerpunkt ist die Ermittlung spezifischer Entbinderungs- und Sinterprozesse, die auf die hohen Organikanteile und filigranen Strukturen der Bauteile ausgelegt sind.

Durch die Firma Rauschert werden die thermischen Prozesse in den Technikumsmaßstab skaliert. In den Öfen von Rauschert soll auch der erste langfristige Einbau und Test der hergestellten BHM und Strahlungsschirme erfolgen und durch die integrierte Erfassung des Strom- und Gasverbrauchs die reale Energieeinsparung mit und ohne den neuartigen Strahlungsschirmen und Brennhilfsmitteln ermittelt werden.