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Die Energiewende mit Kunststoffen

Eine zuverlässige, kostengünstige und umweltschonende Energieversorgung ist eine wichtige Voraussetzung für die Nachhaltige Entwicklung moderner Gesellschaften. Technologischer Dreh- und Angelpunkt dabei ist die Transformation des gegenwärtigen, primär auf nicht-regenerativen fossilen und nuklearen Energieträgern basierenden Energiesystems auf ein Energiesystem, das sich möglichst vollständig auf erneuerbare Energien stützt.

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Abb. 1: Solarthermische Voll-Kunststoffkollektorstudien in Plug&Function-Bauweise links oben und rechts: Greiner Technology & Innovation GmbH (GTI, Eberstalzell/OÖ) links unten: One-World-Collector von Sunlumo Technology GmbH(Perg/OÖ).

Abb. 1: Solarthermische Voll-Kunststoffkollektorstudien in Plug&Function-Bauweise...

Das 2009 an der Johannes Kepler Universität (JKU) in Linz neu gegründete ´Institut of Polymeric Materials and Testing´ (IPMT) betreibt in enger Kooperation mit anderen Forschungseinrichtungen und Unternehmen eine Reihe von Großforschungsvorhaben zum Einsatz von Kunststoffen in der Solartechnik mit dem Ziel, durch polymerwerkstoff-basierende Innovationen einen Beitrag zum Wachstum und zur Breitentauglichkeit und globalen Marktdurchdringung von Solartechnologien zu leisten.

Die Notwendigkeit zur Umgestaltung bestehender Energiesysteme (Energietechnologien und Energiewirtschaftsstrukturen) ergibt sich einerseits aus veränderten Rahmenbedingungen wie der Liberalisierung und Globalisierung der Energiemärkte, andererseits aufgrund gesellschaftlicher Umdenkprozesse, die in den folgenden grundlegenden Denkansätzen begründet sind:

- dem ökologisch-problemorientierten Ansatz, der die Umweltauswirkungen des Energiesektors in den Vordergrund der Betrachtungen stellt (z.B. Treibhauseffekt/Klimaveränderung, Schadstoffemissionen, Nuklearstrahlungsbelastung durch Atomenergienutzung), und

- dem ökonomisch/ökologisch-innovationsorientierten Ansatz einer Nachhaltigen Entwicklung unter Berücksichtigung volkswirtschaftlicher, sozialer und geopolitischer Rahmenbedingungen und Risiken.

Im Rahmen der an der JKU Linz ebenfalls seit 2009 neu eingerichteten kunststoffspezifischen Studienprogramme (1 Bachelorstudium und 3 unterschiedliche Masterstudien und fachspezifische Doktoratstudien),
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die neben den Bereichen der Polymerchemie, Polymerphysik und Kunststofftechnik auch die des Wirtschaftsingenieurwesens und Managements aus mikro- und makro-ökonomischer Sicht abdecken, sind diese Denkansätze wichtiger Bestandteil in Lehre und Forschung. Ein spezieller Fokus liegt dabei auf sich daraus ableitbaren Folgerungen für Polymertechnologien und polymer-basierenden Innovationen, die eine derartige Transformation des Energiesystems unterstützen und begünstigen.

Inzwischen weisen zwar nahezu alle Bereiche erneuerbarer Energietechnologien hohe globale Wachstumsraten auf, die es allerdings auch künftig aufrecht zu erhalten gilt. Dies trifft insbesondere auf die Bereiche der direkten und indirekten Solarenergienutzung wie Solarthermie, Photovoltaik und Windkraft zu. Für das weitere Wachstum und die Marktdurchdringung dieser Technologien wird speziell werkstoff-getriebenen und insbesondere polymer-basierenden Innovationen eine hohe Bedeutung beigemessen, was in der Folge näher erörtert und bezugnehmend auf das Solar-Forschungsprogramm des Instituts beispielhaft dargelegt wird.

Kunststoffe und die Transformation des Energiesystems

Analog zum Einsatz und zur Bedeutung in anderen Technologiebereichen (z.B. Bautechnik, Fahrzeugtechnik, Elektrotechnik, Elektronik) bilden die ausgezeichneten Eigenschaften von Polymerwerkstoffen zusammen mit der Möglichkeit, die Werkstoffeigenschaften in weiten Grenzen variieren sowie spezielle multi-funktionale und auch selektive Eigenschaftsprofile gezielt für spezifische Anwendungen und Anforderungsprofile einstellen zu können, auch die wesentliche
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Grundvoraussetzung für erfolgreiche Entwicklungen und den Einsatz in der Solartechnik. Ebenso bedeutend ist die hochflexible und automatisierbare Verarbeitbarkeit von Kunststoffen, mit der Möglichkeit zur Fertigung komplexer Bauteile mit hoher Funktionsintegration.

Diese grundsätzlichen Merkmale von Polymertechnologien sowie die sich daraus ergebenden wirtschaftlichen Vorteile gilt es zusammen mit den konstruktiv-designerischen Möglichkeiten für verschiedene solartechnische Anwendungen zu nutzen. Das hohe Innovationspotential von Polymertechnologien ist für die Solarthermie in Abb. 1 am Beispiel von Vollkunststoff-Kollektorstudien in Plug&Function-Bauweise und für die Photovoltaik (PV) in Abb. 2 ebenfalls beispielhaft anhand eines semi-flexiblen PV-Moduls mit neuartigen Einkapselungsmaterialien gezeigt.

Kooperation und Partnerschaft

Bezugnehmend auf das Potential von Kunststofftechnologien in der Solartechnik und die künftige Marktdurchdringung stellt sich die Frage, was getan werden muss, um eine derartige Entwicklung zu beschleunigen? Auch hier kommt – wieder analog zu anderen Bereichen erfolgreicher Entwicklungen – kooperativen FuE-Aktivitäten von Industrie und Forschungseinrichtungen unter Miteinbeziehung solartechnischer und kunststofftechnischer Kompetenzen eine Schlüsselrolle zu.

Projekt: SolPol

Beispiele für derartige Kooperationen sind die vom Institut koordinierten und unter der Markenbezeichnung SolPol laufenden
österreichischen Großforschungsvorhaben für den innovativen Kunststoffeinsatz in der Solarthermie und Photovoltaik. Unter Beteiligung von insgesamt 14 Unternehmen und 10 Forschungseinrichtungen wird in den SolPol-Projekten jeweils die gesamte Wertschöpfungskette abgebildet. Übergeordnete Zielsetzung dabei ist, die Position der beteiligten Solar- und Kunststoffunternehmen in diesen global rasch wachsenden Märkten zu stärken und auszubauen. Eine Übersicht über die derzeit unter IPMT-Leitung laufenden, multi-lateralen Solarforschungsprojekte mit wesentlichen Daten und Fakten zeigt Tabelle 1. Durch diese primär wissenschaftsgetriebenen Forschungsinitiativen zu Polymerwerkstoffen für die Solartechnik hat sich das Institut mit diesem Schwerpunkt auch im internationalen Vergleich bestens etabliert.

Abschließend sei angemerkt, dass analog zu den historischen Energiewenden auch für die anstehende, nächste Transformation des Energiesystems weitreichende und tiefgreifende Auswirkungen auf die Technologien und Strukturen in anderen Bereichen der Wirtschaft und Gesellschaft mit unvermeidbaren Systemkonflikten zu erwarten sind. Dabei ist jedoch davon auszugehen, dass die Kunststoffwirtschaft in der Gesamtbilanz zur Gruppe der Gewinner dieses Transformationsprozesses zählen wird.
Abb. 1: Solarthermische Voll-Kunststoffkollektorstudien in Plug&Function-Bauweise links oben und rechts: Greiner Technology & Innovation GmbH (GTI, Eberstalzell/OÖ) links unten: One-World-Collector von Sunlumo Technology GmbH(Perg/OÖ).
JKU Science Park
Institutsvorstand Prof. Reinhold W. Lang von der Johannes Kepler Universität Linz; semi-flexibler PV-Modul der Fa. Sunplugged (Mieming/Tirol) mit Kunststoffeinkapselung im Hintergrund.


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