Aktuell / 29.11.2016

Thermoelektrik-Fertigung erhält Nachhaltigkeitspreis 2016

Für das neu entwickelte Verfahren zur Herstellung solcher Thermoelektrik-Module (Format 5x5 cm) wurde die Firma Evonik mit dem Deutschan Nachhaltigkeitspreis Forschung ausgezeichnet. ©Evonik Creavis GmbH

Am 25. November wurde in Düsseldorf zum neunten Mal der Deutsche Nachhaltigkeitspreis verliehen. In fünf Wettbewerben wurden vorbildliche Nachhaltigkeitsleistungen in Wirtschaft, Kommunen und Forschung prämiert. Der Nachhaltigkeitspreis Forschung ging an ein vom BMWi gefördertes Projekt. In diesem hat das Unternehmen Evonik Creaviss ein neues Verfahren entwickelt, mit dem es thermoelektrische Module kostengünstig industriell fertigen kann.

Das Projekt High-TEG (Highly efficient manufacturing of Thermo-Elektric Generators) hat es auf das Siegertreppchen des Deutschen Nachhaltigkeitspreises geschafft. In diesem mit rund 6,4 Millionen Euro geförderten Verbundvorhaben haben Forscher aus Industrie, Forschungseinrichtungen und Industrie daran gearbeitet, leistungsfähige und haltbare TEG günstig herzustellen und für den Massenmarkt vorzubereiten. In Kooperation mit dem Projekt "ThermoHEUSLER" sind Materialien gefunden worden, die sehr gute Effizienzwerte erreichen und industriell kostengünstig hergestellt werden können.

Thermoelektrische Generatoren automatisiert herstellen

Funktionsschema eines Thermoelektrik-Moduls. Durch das Temperaturgefälle zwischen Heiß- und Kaltseite wird ein elektrischer Strom induziert. ©Evonik Creavis GmbH

Das Forschungsteam von Evonik Creavis hat ein vollautomatisches Verfahren entwickelt, das die Herstellungskosten für thermoelektrische Generatoren (TEG) um 70 Prozent reduziert. Dadurch wird ein breiter Einsatz wirtschaftlich, zum Beispiel, um den Kraftstoffverbrauch von Fahrzeugen zu senken. In dem neuen Verfahren werden die Schenkel, die Einzelkomponenten der TEG, in einem Schritt und gleichzeitig innerhalb eines mechanisch stabilen, thermisch und elektrisch isolierenden Trägers gefertigt. Gleichzeitig wird die Stabilität der TEG verbessert und Material eingespart. Am Entwicklungsprozess bis hin zum marktreifen Produkt waren Hochschulen, Materialhersteller, Anlagenhersteller sowie potenzielle Anwender beteiligt.

 

Die Jury begründet die Auszeichnung von Evonik Creavis damit, dass das Unternehmen mit dem neuen Herstellungsverfahren erstmals einen Ansatz zur wirtschaftlichen Produktion von thermoelektrische Generatoren liefere und damit einen bedeutenden Beitrag zur zukünftigen Nutzung von Abwärme als Energieträger leiste.

Abwärmenutzen und direkt in Strom wandeln

Das Forschungsteam stellt sich nach der Verleihung des Nachhaltigkeitspreises Forschung dem Fotografen. ©Evonik Creavis GmbH

Abwärme fällt in allen Bereichen des täglichen Lebens an – in Industrie, Haushalt und Verkehr. Allein in Deutschland summiert sich dieses Abwärmepotenzial auf 300 TWh pro Jahr. Diese Energiemenge entspricht knapp der Hälfte des gesamten Energieverbrauchs der deutschen Industrie. Sogenannte thermoelektrische Generatoren können dieses riesige Energie-Reservoir anzapfen und in eine höherwertige Energieform überführen. Sie erzeugen bereits aus kleinen Temperaturdifferenzen elektrischen Strom. Diese Verwertung ansonsten verlorener Abwärme bzw. Umgebungswärme wird zukünftig einen wichtigen Beitrag zur Energieeffizienz und zur Einsparung von CO2-Emissionen beitragen. Die Technik, mit der Strom emissions- und geräuschlos erzeugt werden kann, blieb bisher auf Nischenanwendungen wie die Versorgung von Sensoren beschränkt. Die weitere Verbreitung scheiterte bislang an der arbeitsaufwendigen und teuren Herstellung der Module.

 

Im Verbundprojekt HighTEG arbeiteten die Forscher und Entwickler von Firmen und Forschungseinrichtungen daran, entlang der Wertschöpfungskette die Herstellung von großflächigen thermoelektrischen Elementen preiswerter zu machen. Dabei bearbeitete Evonik Creavis die Aufgabe, flächige thermoelektrische Halbzeuge zu entwickeln. Die Firma Leoni produzierte sogenannte Tinsel-Leiter aus geplätteten Metalldrähten, die um Textilfäden gewickelt werden. Sie untersuchte, wie sich Halbleitermaterialien (z. B. Bi2Te3) mit Hilfe dieser Technologie verarbeiten lassen. CeramTec arbeitete daran, ein vollkeramisches TEG-Modul mit stoffschlüssiger Verbindungstechnik auf Basis geeigneter Metallisierungen zu entwickeln. Das DLR wirkte als Erfahrungsträger im Bereich TE Materialpräparation und -charakterisierung im Projekt mit. Dabei standen die Bestimmung der TE-Eigenschaften von Halbzeugen und die TE-Charakterisierung der prototypisch hergestellten Module im Vordergrund. Die Aufgabe vom LS-TC bestand darin, Prozessabläufe für die Verarbeitung zu entwickeln, sowohl für bereits kommerziell verfügbare TE-Materialien, als auch für neu entwickelte Materialien. Der Heizgerätehersteller Stiebel Eltron brachte das Know-how für die Applikation bzw. das Anforderungsprofil zum Einbau von TE-Elementen in Wärmesysteme ein.

Klimaneutrale Universität Lüneburg auch vorne dabei

Neben dem Herstellungsverfahren für Thermoelektrik-Module gehörte das BMWi-Projekt „Klimaneutraler Campus Leuphana Universität Lüneburg“ zu den drei Finalisten.

 

Die Jury begründet die Nominierung der Universität Lüneburg: Mit einem integralen Ansatz sei es gelungen, eine klimaneutrale Strom- und Wärmeversorgung zu entwickeln, die regional eingebettet unterschiedliche Technologien der erneuerbaren Energien verknüpfe. Damit werde ein entscheidender Impuls zur Umsetzung nachhaltiger Energieversorgung ganzer Quartiere gegeben.

 

Im Forschungsnetzwerk Energie in Industrie und Gewerbe fördert das BMWi gezielt Forschungsvorhaben zu Schwerpunktthemen der Energieeffizienz, beispielsweise zurAbwärmenutzung.

Verknüpfte Projekte

  • Bei industriellen Hochtemperaturprozessen fallen prozessbedingt große Abwärmemengen an. Eine Möglichkeit, diese Abwärme zu nutzen, ist die Stromerzeugung mittels thermoelektrischer Generatoren (TEG). ... mehr

Mehr zum Projekt

Verbundprojekt: Energieeffiziente thermoelektrische Generatoren durch Material- und Fertigungsoptimierung

Abschlussbericht ist erhältlich als externer Download von der TIB Hannover.

Förderkennzeichen:

0327863A-I

Laufzeit:

2010-2014

Projektbeteiligte

Stoffschlüssige Verbindungstechnik und Modulbau
MAHLE Behr Technologie- und Methodencenter

Halbzeuge auf Basis polymerer und anorganischer Substrate
Evonik - Creavis Technologies & Innovation

Kontaktierung und Tinselentwicklung
LEONI Bordnetz-Systeme

Entwicklung keramischer Substrate und Module
CeramTec

Thermische Integration
KIT Karlsruhe - Institut für Mikroverfahrenstechnik

Charakterisierung thermoelektrischer Materialien
DLR - Institut für Werkstoff-Forschung

Thermisches Management von Funktionsmaterialien
ZAE Bayern - Abt. Funktionsmaterialien der Energietechnik

Flexible TE-Schichten durch Slurry-Präparation
Universität Magdeburg - Verfahrens- und Systemtechnik

Nutzung des TE-Effekts
Stiebel Eltron

Infotipps

Thermoelektrik: Strom aus Abwärme
BINE-Themeninfo I/2016

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.