22.07.2020

Selbstreinigende Schichten für grüne Solarenergie

Am Lehrstuhl für Funktionale Werkstoffe und Werkstoffsysteme des Departments Werkstoffwissenschaft wurde ein neues Projekt zur Entwicklung nanostrukturierter selbstreinigender Schichten für die Spiegel von Sonnenwärmekraftwerken (Concentrated Solar Power Plants CSP) gestartet.

Sonnenkraftwerk auf Zypern ( Copyright: The Cyprus Institute, Nicosia, Zypern)

Vor allem in den südeuropäischen Ländern spielen Sonnenwärmekraftwerke und deren nutzbare Solarthermie eine immer wichtigere Rolle bei der Abdeckung des Energiebedarfs. Trotz vieler neuer Technologien sind die Stromgestehungskosten (Kosten, welche für die Energieumwandlung von einer anderen Energieform in elektrischen Strom notwendig sind) nach wie vor höher als bei konventionellen Kraftwerken.

Selbstreinigende Schichten für Spiegel
Hohe Kosten für die Reinigung der notwendigen Spiegel erschweren die Nutzung der Solarthermie durch Sonnenwärmekraftwerke. Deshalb soll die Effizienz der Spiegel durch Entwicklung selbstreinigender kratzfester Beschichtungen verbessert werden. „Da der Spiegel die erste Komponente in Kontakt zum Sonnenlicht im Energieumwandlungsprozess darstellt, ist seine Effizienz kritisch für den gesamten Systemwirkungsgrad“, erläutert Univ.-Prof. Dr. Christian Mitterer. Ein Reflexionsverlust infolge Verschmutzung der Spiegel von einem Prozent führt direkt zu einer Steigerung der Stromgestehungskosten von einem Prozent. Dies stellt somit ein signifikantes Problem für den Betrieb sowie für die Betriebs- und Wartungskosten der Kraftwerksbetreiber dar. Mit Hilfe chemischer und physikalischer Methoden sollen selbstreinigende und kratzfeste Schichten und Nanopartikel basierend auf Titanoxid sowie nanotexturierte polymere Beschichtungen für Spiegel für Sonnenwärmekraftwerke entwickelt werden. „Es sollen superhydrophile Schichten, bei denen organische Verschmutzungen und Staub durch den photokalalytischen Effekt (dabei werden Verschmutzungen durch die Einwirkung des ultravioletten Anteils im Sonnenlicht zersetzt) entfernt werden, und superhydrophobe Schichten, auf deren exakt strukturierter und damit wasserabweisender Oberfläche der Lotos-Effekt zur Oberflächenreinigung verwendet wird, entwickelt werden. Damit soll eine deutliche Steigerung des Wirkungsgrades von Sonnenwärmekraftwerken und eine Reduktion der Betriebskosten erreicht werden“, erklärt Mitterer.

Ökonomische Effizienz als Ziel
Das Gesamtziel des Forschungsvorhabens ist die Verringerung der Betriebs- und Wartungskosten sowie des Wasserverbrauchs und damit die Erhöhung des Wirkungsgrades von Sonnenwärmekraftwerken. Dies soll durch die Entwicklung und Optimierung der Eigenschaften von selbstreinigenden Oberflächen durch geeignete Oberflächenbehandlungs- und -beschichtungsverfahren erreicht werden. Die Entwicklung soll auf Schichten fokussiert sein, die im Zuge der Herstellung der Spiegel und auch auf bereits im Einsatz befindliche Installationen aufgebracht werden können.

Weitere Informationen
Univ.-Prof. Dr. Christian Mitterer
Lehrstuhl für Funktionale Werkstoffe und Werkstoffsysteme
E-Mail: christian.mitterer(at)unileoben.ac.at
Tel.: 03842/402 4220
nano4csp.cyi.ac.cy