MEM-Modul - Swiss Nano Cube

MEM-Modul / Gesamtversion
2.11. BKU-Teil 5 – MEM-spezifischen Anwendungen (Begleitinformation)
Folie 1
Gas- und Dampfturbinen
Im Bereich der Energieumwandlung bieten sich Innovationspotenziale in erster Linie
durch Verbesserung der Umwandlungseffizienz beispielsweise bei der Erzeugung von
Strom durch Turbinen.
Optimierungspotenziale gibt es insbesondere bei kohlebefeuerten Kraftwerken, die
weltweit einen hohen Anteil an der Stromerzeugung haben. Weltweit haben die in
Betrieb befindlichen Steinkohlekraftwerke nur einen Wirkungsgrad von im Mittel ca. 30
Prozent, während neue Anlagen Wirkungsgrade von mehr als 45 Prozent aufweisen.
Gasturbinen-Kraftwerke erreichen schon heute Wirkungsgrade von annähernd 60
Prozent.
Optimierungen durch eine weitere Anhebung des Kraftwerkswirkungsgrades erfordern
bei grundsätzlicher Beibehaltung des Kraftwerksprozesses höhere
Arbeitstemperaturen. Hierfür müssen neue Werkstoffe mit extremer Hitzebeständigkeit
beispielsweise auf Basis von Nanomaterialien entwickelt werden, Verbesserungen
lassen sich u.a. durch optimierte thermische Barriere-Schichten für Turbinenwerkstoffe
erzielen. Ein Entwicklungsziel für die nächsten 10 Jahre liegt darin, die zulässigen
Heissgastemperaturen in Gasturbinen auf über 1600 °C anzuheben und damit den
Wirkungsgrad des Kraftwerkes auf deutlich über 60 Prozent zu steigern.
Folie 2
Elektrische Energiespeicher
Das wichtigste Anwendungsfeld elektrischer Energiespeicher ist die Versorgung
mobiler Elektronikgeräte und zukünftig auch immer häufiger von Hybrid- und
Elekrofahrzeugen.
Hier sind elektrochemische Speicher (Batterien, Akkus, Superkondensatoren)
vorteilhaft, die im Vergleich zu anderen Stromspeichern höhere Wirkungsgrade,
Energie- und Leistungsdichten besitzen. Bezüglich der Anforderungen an elektrische
Energiespeicher in den verschiedenen Anwendungen gilt es eine Vielzahl von Kriterien
zu optimieren, wie u.a. Energie- und Leistungsdichte, Lebensdauer, Ansprechzeit,
Betriebstemperaturbereich, Sicherheit und Wirkungsgrad.
Viele dieser Leistungsmerkmale lassen sich durch den Einsatz von Nanotechnologien
optimieren. Ein Beispiel sind Lithium-Ionen-Batterien, die aufgrund einer
herausragenden Energie- und Leistungsdichte als eine der zukunftsträchtigsten
Varianten der Stromspeicherung gelten.
Einsatzpotenziale bieten sich für Elektrofahrzeuge aber auch als Stromspeicher in
Windfarmen, um für einen Ausgleich zwischen der schwankenden Stromerzeugung
und der Stromnachfrage zu sorgen.
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