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2011-01: Polymaterialien

Solarthermie

Abbildung 1:Wohnhaus Prof. Reinhold W. Lang (Quelle: Dieter P. Gruber)

In der Vernetzung der Kunststoff- und Solarenergieforschung liegt ein hohes Potential für die Weiterentwicklung von Solarthermie-Technologien. Das Großforschungsvorhaben SolPol-1,2 ist eine Forschungsinitiative des Instituts für Polymerwerkstoffe und Prüfung der Johannes Kepler Universität Linz und zeichnet sich durch die längerfristige Kooperation von Akteuren aus Wissenschaft und Wirtschaft entlang der gesamten Wertschöpfungskette aus. Das Forschungsvorhaben wird vom Klima- und Energiefonds gefördert und durch die FFG im Rahmen des Programms "Neue Energien 2020" abgewickelt.

Kooperatives Großforschungsvorhaben:
Solarthermische Systeme aus Polymerwerkstoffen

Von Reinhold W. Lang, Gernot M. Wallner und Jörg Fischer *

Hintergrund, Konzeption und Zielsetzungen

Thermische Kollektoren und Kollektorsysteme werden derzeit in aufwändigen und kostenintensiven Fertigungsprozessen aus einer Vielzahl unterschiedlicher Materialien mit einem vergleichsweise geringen Kunststoffanteil gefertigt. Abgesehen von der begrenzten künftigen Verfügbarkeit bestimmter Rohstoffressourcen wie beispielsweise Kupfer für Absorber, liegt in der Verwendung eines zunehmenden Anteils von Polymerwerkstoffen in solarthermischen Systemen auch ein hohes Potential für innovative Weiterentwicklungen in Bezug auf Funktionsfähigkeit und attraktiveres Design mit gleichzeitigen Folgewirkungen auf die Wirtschaftlichkeit (Kostenreduktion) und die Marktdurchdringung. Eindrucksvolle Belege für diese Annahme liefern Entwicklungen in zahlreichen anderen Sektoren, wie beispielsweise Automobil-, Elektro- und Elektronik-, Bau- und Verpackungsindustrie.
Basierend auf den bereits vorhandenen jedoch bis dato kaum in Wechselbeziehung stehenden wissenschaftlichen und industriellen Kompetenzen in den Bereichen Solarthermie und Polymertechnologien, ist die visionäre Gesamtzielsetzung des Großforschungsvorhabens SolPol-1,2, die existierende weltweite Spitzenposition Österreichs auf dem Gebiet der Solarthermie durch polymer-basierende innovative Neuentwicklungen auch künftig sicherzustellen bzw. weiter auszubauen. Dazu werden die existierenden Stärken Österreichs auf diesen beiden Gebieten zusammengeführt und zielgerichtet ausgebaut. Gleichzeitig soll damit auch ein wesentlicher Beitrag zur Verbreitung erneuerbarer Energietechnologien und zur Reduktion von Treibhausgasemissionen geleistet werden.
Zur Erreichung dieser Gesamtzielsetzung wurde das Forschungsvorhaben in zwei sich ergänzende kooperative Projekte unterteilt, dem Grundlagenforschungsprojekt SolPol-1 als Teil 1 (insgesamt fünf Wissenschaftliche Partner) und dem Industriellen Forschungsprojekt SolPol-2 als Teil 2 (insgesamt acht Wissenschaftliche Partner und zehn Unternehmenspartner).
Die Hauptziele des Grundlagenforschungsprojektes SolPol-1 liegen in der Schaffung der wissenschaftlichen und methodischen Voraussetzungen für die Entwicklung neuartiger thermischer Kollektorsysteme in Kunststoffbauweise sowie in der Abschätzung der ökologischen und ökonomischen Folgewirkungen bei weltweiter Marktdurchdringung. Die Industrielle Forschung zur Entwicklung von neuartigen Polymerwerkstoffen sowie daraus herzustellender Modell-Kollektoren und -Komponenten ist Gegenstand des Projektes SolPol-2.
Das Forschungsprogramm im Detail
Das Forschungsprogramm besteht aus insgesamt neun Arbeitspaketen, die entlang der Wertschöpfungskette wie in Abbildung 1 gezeigt positioniert sind. Im Grundlagenforschungsprojekt SolPol-1 werden in drei Arbeitspaketen (Work Packages, WP) folgende Themen behandelt:

• Leistungsanforderungen an Polymerwerkstoffe in solarthermischen Systemen (Performance Requirements) – Komponenten-spezifische Definition der Performance- und Eigenschaftsprofile inkl. Quantifizierung der physikalischen und technischen Werkstoffeigenschaften (WP-01)
• Entwicklung und Implementierung von zeitraffenden Charakterisierungsmethoden für Polymerwerkstoffe für solarthermische Komponenten in Kontakt mit Wasser und Luft (Test Methods) (WP-02).
• Nationale und globale Perspektiven für thermische Kollektorsysteme aus Kunststoff (N/G Perspectives) – Marktpotential, Ökobilanz/Lebenszyklusanalyse und volkswirtschaftliche Auswirkungen bezüglich Treibhausgasreduktion (WP-03).

Das Industrielle Forschungsprojekt SolPol-2 besteht aus den insgesamt folgenden sechs Arbeitspaketen (AP):

• Eigentemperatursicherer solarthermischer Modell-Kollektor mit hohem Polyolefinanteil (OHC Collector) – Detailkonzeption, Simulation, Werkstoffauswahl, Fertigung, Aufbau und Vermessung von Modell-Kollektoren (AP-01).
• Solarthermische Modell-Kollektoren ohne Überhitzungsschutz in Kunststoff- und Hybridbauweise (Hybrid Collector) – Detailkonzeption, Simulation, Werkstoffauswahl, Fertigung, Aufbau und Vermessung von Modell-Kollektoren (AP-02).
• Konzeptstudien zu Großflächen-Folien-Kollektoren (Large-Area Film Collector) – Identifizierung, Auswahl und Charakterisierung geeigneter Werkstoffe und Halbzeuge (AP-03).
• Langzeitbeständige funktionale Polyolefine mit spektral-selektiven Eigenschaften (Functional Compounds) – Systematische Variation der Einsatzstoffe, Optimierung der solaren Absorption sowie Herstellung und Vermessung von Modell-Kollektoren (AP-04).
• Polyolefin-Compounds für langzeitbeständige Wasser-Wärmespeicher adaptierbarer Kapazität (Durable Compounds) – Werkstoffentwicklung, Herstellung von Halbzeugen und beschleunigte Charakterisierung des Alterungsverhaltens für anwendungsrelevante Bedingungen (AP-05).
• Neuartige Designkonzepte für Vollkunststoff-Kollektorsysteme (ID Collector Concepts) – Ideenskizzen für neuartige Vollkunststoff-Kollektoren, Simulation und Werkstoffauswahl (AP-06).

Abbildung 2: Das Forschungsprogramm von SolPol-1,2 mit Positionierung der insgesamt neun Arbeitspakete entlang der Wertschöpfungskette

Reinhold W. Lang ist Professor an der Johannes Kepler Universität Linz und Vorstand des Instituts für Polymerwerkstoffe und Prüfung. Er ist gleichzeitig Leiter des Gesamtforschungsvorhabens SolPol. Email: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
Gernot M. Wallner ist ebenfalls Professor an der Johannes Kepler Universität Linz und stellvertretender Vorstand des Instituts für Polymerwerkstoffe und Prüfung sowie stellvertretender Leiter des Gesamtforschungsvorhabens SolPol. Email: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
Jörg Fischer ist Senior Scientist und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Polymerwerkstoffe und Prüfung. Er leitet zudem das Büro für "Management and Administration" der SolPol-Projekte. Email: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

*) Reinhold W. Lang ist Professor an der Johannes Kepler Universität Linz und Vorstand des Instituts für Polymerwerkstoffe und Prüfung. Er ist gleichzeitig Leiter des Gesamtforschungsvorhabens SolPol. Email: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
Gernot M. Wallner ist ebenfalls Professor an der Johannes Kepler Universität Linz und stellvertretender Vorstand des Instituts für Polymerwerkstoffe und Prüfung sowie stellvertretender Leiter des Gesamtforschungsvorhabens SolPol. Email: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
Jörg Fischer ist Senior Scientist und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Polymerwerkstoffe und Prüfung. Er leitet zudem das Büro für "Management and Administration" der SolPol-Projekte. Email: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein! [^]