Hochwarmfeste Legierungen steigern Energieeffizienz

Die Helmholtz-Gemeinschaft fördert ein neues Helmholtz-Kolleg am KIT: In der Research School „Integrated Materials Development for Novel High Temperature Alloys“ befassen sich Nachwuchsforscher mit neuartigen hochwarmfesten Legierungen. Diese Materialien zeichnen sich durch hohen Schmelzpunkt und niedriges Gewicht aus. Sie ermöglichen Turbinen mit höherem Wirkungsgrad, etwa in Gaskraftwerken oder Flugzeugen. Indem sie die Energieeffizienz steigern, leisten die neuen Legierungen einen Beitrag zur Energiewende.

Angesichts des weltweit steigenden Energiebedarfs und zunehmender Treibhausgasemissionen bedarf es neuer Materialien zur Energieumwandlung, auch für konventionelle Technologien. Bei ihrer Entwicklung sind Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gefragt, die interdisziplinär denken und arbeiten. Diesen Erfordernissen entspricht das Helmholtz-Kolleg „Integrated Materials Development for Novel High Temperature Alloys“ am KIT, das die Helmholtz-Gemeinschaft in den kommenden sechs Jahren fördert. Das Kolleg bildet Doktoranden in der Materialentwicklung, -charakterisierung und -modellierung aus.

Im Zentrum steht eine Gruppe von neuartigen Materialien mit großem Potenzial für die Energietechnologie: die gerichtet erstarrten eutektischen Legierungen. Eutektische Legierungen weisen einen eindeutig bestimmbaren Schmelzpunkt auf. Da alle Bestandteile gleichzeitig erstarren, entsteht ein feines, gleichmäßiges Gefüge. Dazu gehören beispielsweise in-situ chromfaserverstärkte Nickelaluminide. „Diese lassen sich – anders als keramikfaserverstärkte Verbundwerkstoffe – in einem Prozessschritt herstellen“, erklärt Professor Martin Heilmaier vom Institut für Angewandte Materialien (IAM) des KIT. „Daher spart bereits die Herstellung dieser Legierungen Energie ein.“ Zusammen mit Professor Oliver Kraft vom selben Institut fungiert Heilmaier als Sprecher des neuen Helmholtz-Kollegs.

Die hochwarmfesten Legierungen eignen sich als Material für Turbinen, beispielsweise für den stationären Betrieb in Gaskraftwerken oder auch für den mobilen Einsatz in Flugzeugen. Sie zeichnen sich durch eine hohe Oxidationsbeständigkeit aus. Da sie einen relativ hohen Schmelzpunkt besitzen, lassen sie sich bei höheren Temperaturen einsetzen als herkömmliche Materialien. Dies ermöglicht es, Turbinen mit höherem Wirkungsgrad zu bauen. Außerdem sind die neuartigen Legierungen leichter, wodurch sich bei Flugzeugturbinen Gewicht einsparen lässt. Beide Faktoren steigern die Effizienz der Energieumwandlung. Die Entwicklung hochwarmfester Legierungen kommt jedoch nicht nur konventionellen Anlagen zugute. Langfristig könnte sie auch ganz neue Technologien ermöglichen.

Quelle: KIT