Entwicklung von maßgeschneiderten sekundären Oxidrohstoffen für nachhaltige Solarabsorber und -wärmespeicher

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd Friedrich; Dr. Peter Mechnich
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528382263

Variierende chemische Zusammensetzung ist ein Hindernis für den Einsatz nachhaltiger Sekundärrohstoffe in der Herstellung technischer Werkstoffe. In dieser Forschungsarbeit soll eine wissenschaftliche Methodik entwickelt und bewertet werden, die eine gezielte Synthese von technischen Sekundärrohstoffen aus metallurgischen Rückständen und recycelter Feinkeramik als Zusatzstoffe ermöglicht. Als Anwendungsfall sollen fayalitische Nebenprodukte, die üblicherweise in der Nichteisenmetallurgie entstehen und keramische Verarbeitungsrückstände als sekundäre Ressourcen für keramische Partikel mit spezifischen thermischen, optischen und strukturellen Eigenschaften untersucht werden. Diese Partikel werden zur Verwendung als hochtemperaturstabile Absorber- und Speichermedien in fokussierenden Solarkraftwerken (CSP - Concentrated Solar Power) entwickelt. Keramische Verarbeitungsrückstände (ZrO2 und TiO2) werden als Dotierstoffe zu den fayalitischen pyrometallurgischen Nebenprodukten hinzugefügt, um den Kristallisationsprozess und die Produkte des Schmelzprozesses zu optimieren und so die funktionellen Eigenschaften zu verbessern. Materialdesign und -synthese umfassen angepasste Dotierungs-/Schmelz-/Kühl- und anschließende Wärmebehandlungsprozesse, begleitet von thermochemischer Modellierung. Die Charakterisierung umfasst die Phasen- und Mikrostrukturevolution sowie die thermophysikalischen Eigenschaften der daraus abgeleiteten neuen Keramiken. Die Eigenschaften werden mit denen von Keramikpartikeln verglichen, die nach dem neuesten Stand der Technik aus primären Rohstoffen hergestellt wurden, um die neue Methode zu verglichen. Thermodynamische Modellierung und experimentelle Ergebnisse werden kombiniert, um die Hypothesen dieser Forschung zu validieren und einen verallgemeinerten, integrierten Modell-Workflow für die Umwandlung von metallurgischen Nebenprodukten in künstliche Mineralien mit Mehrwert zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Italien
• Kooperationspartner: Professor Enrico Bernardo, Ph.D.