DER

• Institut für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (IEC / TU BAF)
• Fraunhofer Institut für keramische Technologien und Systeme (IKTS / Dresden)
• Institut für Energieforschung (IEF Jülich)
• Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik (IKGB / TU BAF)

Gesamtziel der Arbeiten im Forschungsvorhaben ist die Entwicklung einer innovativen Vergasungstechnologie zur hoch effizienten energetischen Verwertung von Biomasse und Kohle. Dabei soll die Nutzung höherer Prozesstemperaturen für den Vergasungsprozess ermöglicht werden. Hohe Temperaturen führen zu deutlich höheren Materialbelastungen sowohl in der Vergasungskammer als auch in den nachgeschalteten Wärmeübertragern und Konstruktionselementen. Neben den thermisch induzierten Belastungen ist vor allem der Werkstoffangriff durch eine chemisch aggressive und abrasive Reaktoratmosphäre bei der Auslegung der Anlage zu berücksichtigen. Dadurch rückt die Auswahl und Weiterentwicklung geeigneter Konstruktionswerkstoffe in den Fokus der Forschungsarbeiten.

Das Ziel des hier bearbeiteten Teilprojektes ist die Entwicklung vollkeramischer Wärmeübertragermodule einschließlich der notwendigen Anbindungstechnik, die flexibel in einem weiten Temperaturbereich eingesetzt werden können und unempfindlich gegenüber schnellen Temperaturänderungen und aggressiven und abrasiven Atmosphären sind.

Entsprechend der Aufgabenstellung nach Steigerung des Wirkungsgrades müssen die einzusetzenden Werkstoffe über eine ausgezeichnete Hochtemperaturbeständigkeit im Bereich oberhalb 800 °C verfügen. Metallische Werkstoffe sind in diesem Temperaturbereich nur bedingt einsetzbar. Nichtoxidkeramiken dagegen bieten aufgrund ihrer hervorragenden Hochtemperatur-Eigenschaften sehr gute Voraussetzungen, bei der Konstruktion von Wärmetauschern und Teilkomponenten zur Anwendung zu kommen.

Ausgehend von einer definierten Abgaszusammensetzung sowie anwendungsnahen Betriebsparametern (Temperatur, Druck), werden die an der Oberfläche der Keramiken auftretenden Korrosionsmechanismen grundlegend untersucht. Durch Aufbringung von Schutzschichten auf die Oberfläche des Basismaterials mittels eines PLD-Verfahrens sollen gegebenenfalls an der Oberfläche ablaufende Korrosionsmechanismen gezielt minimiert werden. Zur Überprüfung der Schutzwirkung ist vorgesehen, Testproben unter realitätsnahen Bedingungen zu belasten und anschließend hinsichtlich ihrer Tauglichkeit zu bewertet.

Zur Realisierung eines optimalen Wärmeübertragerdesigns wird geprüft, ob eine laserbasierte Fügetechnologie zur Herstellung dieser komplexen keramischen Baugruppen eingesetzt werden kann. Die dazu notwendige Entwicklung spezieller Lote erfolgt mit dem Ziel, dass die Lote unter den Bedingungen des vorgegebenen Belastungsvektor langzeitstabil eine feste Fügung der Baukomponenten sicher stellen.