Innovationen als Schlüssel für Nachhaltigkeit in der Wirtschaft
Neue funktionale und biomimetische Oberflächen zur Verhinderung / Verminderung von Eiswachstum
Förderer: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
geförderte Projektpartner:
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.
Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM), Bremen
Institut für Luft- und Kältetechnik gGmbH (ILK), Dresden
Arcelor Eisenhüttenstadt GmbH, Eisenhüttenstadt
Clean Lasersysteme GmbH, Herzogenrath
NTC Nano Tech Coatings GmbH, Tholey
Hellmann-Hygrex GmbH, Hamburg
Karl Achenbach GmbH & Co. KG / LAKAL, Saarbrücken
Küba Kältetechnik GmbH, Baierbrunn
WÄTAS Wärmetauscher Sachsen GmbH, Pobershau
Ansprechpartner:
Dr. Petra Uhlmann (Federführung)
Dr. Ralf Frenzel
Dr. Susanne Höhne
Dr. Frank Simon
Laufzeit: 09/2007 - 08/2010
Abstract
Oberflächen, die nicht mehr vereisen, stellen in einer Vielzahl von Branchen vor allem durch die Einsparung von Energie und umweltschädlichen Chemikalien sowie die Verminderung der CO2-Emission einen enormen volkswirtschaftlichen Nutzen dar. Ziel des Verbundprojektes ist die Verhinderung der großflächigen Vereisung von Oberflächen und die Verringerung der Haftung zwischen Eis und Oberfläche durch die Entwicklung neuartiger innovativer Oberflächenbeschichtungen, bei der biomimetische mit nanotechnologischen Konzepten verbunden werden.
In Deutschland werden jährlich ca. 66.000 GWh Elektroenergie zur Kälteerzeugung eingesetzt. Geht man vorsichtig geschätzt davon aus, dass 30 % der Kälteanlagen mit luftbeaufschlagten Verdampfern mit Oberflächentemperaturen unter 0 °C ausgerüstet sind können durch durchgängigen Einsatz von Apparaten mit den neuen Oberflächen ca. insgesamt ca. 10.000 GWh/a Elektroenergie eingespart werden. Bei einer Lebensdauer der Kälteanlagen von 15 Jahren würde in Jahresschritten ein Gesamtpotential von 660 GWh/a erschlossen. Neben dem Einspareffekt an Energie tritt auch eine Reduzierung an CO2-Emissionen ein. Im ausgewählten Anwendungsbereich werden nahezu ausschließlich elektrisch angetriebene Kältemaschinen mit luftbeaufschlagten Verdampfern mit Reifansatz betrieben, so dass sich mit einem Konversionsfaktor von 0,57 CO2/kWh für den Strommix in Deutschland ein CO2-Äquivalent von 151×106 t CO2/a pro Prozent Energieeinsparung bei der Kälteerzeugung für die Kältebehandlung von Lebensmitteln ausweisen lässt.
Die geplanten Arbeiten umfassen grundlegende Untersuchungen zur oberflächlichen Eisbildung und Haftung, sowie zur Ausbildung von Eisschichten auf Oberflächen mit dem Ziel eines grundlegenden Verständnisses der Prozesse der Eishaftung, auch auf molekularer Ebene. Die gewonnenen Erkenntnisse werden zudem bei der Entwicklung neuartiger Beschichtungen basierend auf (nano-)strukturierten Oberflächen technisch umgesetzt und durch die Entwicklung von Prototypen für Anwendungen in den Bereichen der Kältetrocknung und Trocknungsanlagen, Rolllädensysteme, Luftkühlern und Wärmetauschern sowie im Bereich der Beschichtung von Flachstahlprodukten nutzbar gemacht.
Im Rahmen des IPF-Teilprojekts wird der Gefrierpunkt von Wasser im oberflächennahen Bereich der Kühlelemente durch an die Oberflächen fixierte, aber gut solvatisierbarer Polymermoleküle, erniedrigt (analog einer Gefrierpunktserniedrigung durch Tausalze).