Thermoelastische Drähte und Generatoren zur Nutzung von Niedrigtemperaturabwärme

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jan Frenzel; Privatdozent Dr. Sebastian Fähler
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 549600725

Der fortschreitende Klimawandel ist eine der größten Herausforderungen der Gegenwart. Ein direkter, aber häufig übersehener Beitrag zur globalen Erwärmung stellt die industrielle Abwärme da. Der Großteil dieser Abwärme entsteht unter 80°C und wird verschwendet, da es in diesem Temperaturbereich keine effiziente Technologie gibt, um diese Abwärme in elektrische Energie umzuwandeln. In diesem Projekt adressieren wir diesen Aspekt mit einem Thermoelastischen Generator, der Formgedächtnisdrähte als Funktionswerkstoff verwendet. Diese Drähte wandeln Niedrigtemperatur-Abwärme in mechanische Energie um, die dann z.B. durch Induktionsspulen in elektrische Energie konvertiert wird. Diesen neuartigen Ansatz zur Nutzung von Niedrigtemperatur-Abwärme untersuchen wir in einem interdisziplinären Team. An der RUB werden Formgedächtnisdrähte entwickelt, die spezifische Eigenschaften für diese Anwendung haben und am HZDR werden diese Drähte in thermoelastische Generatoren mit verbesserter Effizienz und Leistungsdichte integriert. Durch unsere komplementäre Kompetenz in den Bereichen Werkstoffwissenschaft, Ingenieurswissenschaften und Physik können wir alle wesentlichen wissenschaftlichen Fragestellungen von diesem neuartigen Ansatz abdecken. Diese Fragestellungen beinhalten insbesondere die Effizienz von Material und Gesamtsystem, die Wechselwirkung zwischen Funktionswerkstoff und Gerät, sowie die funktionelle Ermüdung unter anwendungsnahen Bedingungen. In Bezug auf die notwendigen Temperatur- und Lastzyklen unterscheidet sich diese Anwendung von Formgedächtnismaterialien von bisherigen Anwendungen in der Medizintechnik, als Aktor oder in der elastokalorischen Kühlung, so dass ein neues Paradigma für die Werkstoffentwicklung notwendig ist. Als zentrales Ergebnis erwarten wir ein umfassendes Verständnis der thermoelastischen Energieumwandlung, die sehr eng mit den verwendeten Formgedächtnisdrähten verbunden ist. Ziel ist es nachzuweisen, dass unser Ansatz mit anderen Technologien (z.B. Thermoelektrika) in Bezug auf Effizienz und Leistungsdichte konkurrieren kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen