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EU-Forschungsprojekt INTEGRAL - Isabellenhütte Heusler stellt Halb-Heusler-Pilotproduktion vor

Im Rahmen des von der Europäischen Union (EU) geförderten Projektes* INTEGRAL, das die Rückgewinnung von Energie aus Abwärme unter Verwendung von thermoelektrischem Material erforscht, führt die Isabellenhütte das Teilprojekt „Materialherstellung und Prozessentwicklung“ an. Die Isabellenhütte verantwortet dabei den Aufbau und die Entwicklung einer von drei Pilotproduktionen, welche thermoelektrische Halb-Heusler-Materialien in großen Mengen herstellen soll.
Projektübergreifendes Ziel ist es, bis 2019 den Technologiereifegrad dieser Form der Energierückgewinnung von 4 (Versuchsaufbau im Labor) auf 7 (Prototyp im Einsatz) zu erhöhen.

In Zusammenarbeit mit dem schwedischen Hersteller von Kühlsystemen für Lastkraftwagen (Lkw) TitanX, dem Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) sowie dem britischen Engineering-Dienstleister Ricardo arbeitet die Isabellenhütte im Rahmen des EU-Projektes INTEGRAL (INitiative To bring 2nd gEneration of thermo-electric Generators into industrial ReALity) an der Entwicklung eines thermoelektrischen Generators (TEG), der an Lkw-Abgasanlagen angekoppelt werden soll.

TEG gewinnt Energie über Halb-Heusler-Material
Der TEG besteht aus zwei Wärmetauschern und dem aktiven thermoelektrischen Halb-Heusler-Material, das zwischen diesen beiden Wärmetauschern angeordnet ist. Ein Wärmetauscher sammelt die Wärme aus den Abgasen ein. Die Wärme wird von diesem Heißseitenwärmetauscher zum aktiven thermoelektrischen Material geführt. Die Wärme strömt durch das thermoelektrische Material und wird vom zweiten Wärmetauscher aufgenommen und abgeführt. Durch den thermoelektrischen Effekt wird ein Teil des Wärmestroms durch das thermoelektrische Material in elektrische Energie umgewandelt.

Schmelzblock, Wafer und Halbleiter Bauelemente aus Halb-Heusler-Material. Bild: © Isabellenhütte Heusler GmbH & Co. KG

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Forschungsarbeit mit enormem Potential
In dieser Forschungsarbeit steckt enormes Potential. Insbesondere die Automobilindustrie, Kraftwerke oder Hersteller von Heizungsanlagen und auch der Endverbraucher könnten in großem Maße von dieser Form der Energierückgewinnung profitieren. Denn: Etwa 50 % der weltweit erzeugten Energie geht als Abwärme verloren und entweicht ungenutzt. Bei Fahrzeugen sind es 70 %. Bis heute gibt es keine serienreife Technologie, diese Energie wieder nutzbar zu machen.

Das dabei eingesetzte Halb-Heusler-Material zeichnet sich durch eine moderate Effizienz aus. Es ist in der Lage 5 % bis 7 % des hindurchgeleiteten Wärmestroms in elektrische Energie umzuwandeln. Im Vergleich zu alternativen Werkstoffen wie Siliziden oder Skutteroditen ist Halb-Heusler deutlich stabiler. Es vereint eine hohe mechanische Festigkeit mit hoher thermischer und chemischer Widerstandsfähigkeit.

Aufbau einer Pilotproduktion
Die Isabellenhütte beabsichtigt in 2017 eine Pilotproduktion am Unternehmensstandort in Dillenburg aufzubauen. Diese soll in der Lage sein, große Mengen Halb-Heusler-Material in industrienahem Umfeld herzustellen. Anschließend soll das Material in dem mit TitanX und Ricardo gemeinsam entwickelten Generator verbaut und einem Praxistest unterzogen werden. Dazu wird der Generator auf einem Heißgasprüfstand, der die Abgasanlage eines LKW simuliert, untersucht.

Eine hohe Qualität in großen Mengen dauerhaft zu gewährleisten, ist vor diesem Hintergrund die wesentliche Herausforderung, welche die Halb-Heusler-Herstellung zu erfüllen hat. Ziel der Produktionsanlage ist es, 20 kg an konstant qualitativ hochwertigem Halb-Heusler-Material zu erschmelzen. Die erschmolzenen Blöcke werden in Scheiben, sogenannte Wafer, und schließlich zu kleinen, wenige Millimeter starken Bauelementen, gesägt. Qualitätsziel ist eine Ausbringungsquote von mindestens 95 %. Die hergestellten Halb-Heusler-Bauelemente werden von TitanX im beschriebenen Generator verbaut.

Mit der Inbetriebnahme der Produktionsanlage in 2017 und den folgenden Prozessentwicklungen bis zum Projektende 2019 soll der Beweis erbracht werden, dass die industrielle Herstellung und Anwendung von Halb-Heusler-Funktionswerkstoffen möglich ist und sich kommerziell wie ökologisch lohnt.

*Das Projekt INTEGRAL wird vom EU Horizon 2020 research and innovation programme unter der Fördernummer (EU Grant Agreement Number) 720878 unterstützt.

Bilddateien:


Schmelzblock, Wafer und Halbleiter Bauelemente aus Halb-Heusler-Material. Bild: © Isabellenhütte Heusler GmbH & Co. KG
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29.05.2017 11:25

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Isabellenhütte Heusler GmbH & Co. KG

Eibacher Weg 3-6
D-35683 Dillenburg
Dipl.-Ing. Thomas Otto
Tel.: 02771 / 934-282

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