Warmhalten mit Silika-Aerogel
Neueste Entwicklungen in den Werkstoffwissenschaften und der Nanotechnologie haben die Konzipierung neuartiger Methoden der Wärmedämmung ermöglicht. Aerogele sind Nanomaterialien, die in vielen Isoliermaterialien für verschiedene Anwendungen, begonnen bei Häusern und Geschäftsgebäuden bis hin zu Missionen zur Erkundung des Weltalls, immer mehr an Bedeutung gewinnen. Trotz ihrer einzigartigen physikalischen Eigenschaften wurde die Beliebtheit der Aerogele durch hohe Produktionskosten geschmälert. Mit Hilfe der EU-Finanzierung des Projekts Quartzene hat Svenska Aerogel nun ein patentiertes Verfahren zur Herstellung eines aerogelartigen Materials mit der Bezeichnung Quartzene® entwickelt. Der neue Werkstoff in Mikrometergröße kann zu 50 bis 60 % geringeren Kosten als alle anderen Aerogele vermarktet werden. „Die neuen patentierten Verfahren von Svenska Aerogel gestatten zum ersten Mal die Entwicklung von Aerogeldämmung für Anwendungen auf dem Massenmarkt wie etwa für Gebäude, Beschichtungen und Einweglebensmittelbehälter“, erklärt Svenska Aerogel-Gründer und FuE-Leiter Prof. Christer Sjöström. Barrieren auf dem Weg zum etablierten Werkstoff Aerogele gehören zu den Festkörpern mit der geringsten Dichte, sind aber in Anbetracht ihres Gewichts erstaunlich fest und einer der besten Isolatoren, die es jemals gab. Trotz der beeindruckenden Liste ihrer herausragenden Eigenschaften konnten die traditionellen Aerogele bislang aufgrund von Poren und Grenzflächen in ihrer Struktur in viele praktische Anwendungsbereiche nicht vordringen. Ein Hauptfaktor sind die hohen Produktionskosten in Verbindung mit der zur Erzeugung des Aerogels erforderlichen aufwendigen Trocknung mittels konventioneller Trocknungsverfahren. Ein traditionelles Silika-Aerogel wird durch den Sol-Gel-Prozess hergestellt, bei dem in einem Nassverfahren ein poröses Silikanetzwerk synthetisiert wird. Die anschließende Trocknung muss unter überkritischen Bedingungen für das eingesetzte Lösungsmittel erfolgen, um ein Schrumpfen oder Kollabieren der festen Struktur zu vermeiden. Bei herkömmlichen Trocknungsverfahren kamen relativ hohe Drücke zum Einsatz, die das Material letztlich entweder schrumpfen lassen oder es zu einer höheren Dichte als gewünscht verdichten. Das Trocknungsverfahren von Quartzene® wird unter Umgebungsdruck und mit geringen Temperaturanstiegen ausgeführt. Seine Herstellung ist daher deutlich günstiger als bei traditionellen Aerogelen, die durch überkritische Trocknung hergestellt werden. „Bei dem eingesetzten Trocknungsverfahren unter Umgebungsdruck werden Feststoffe durch Mahlen zu kleineren Stücken zerkleinert. Die hohe Luftgeschwindigkeit und die kleinen Partikel tragen dazu bei, das Trocknungsverfahren schnell und energieeffizient durchzuführen“, erklärt Prof. Sjöström. Er führt außerdem an: „Neben der Senkung der Produktionskosten kann bei dem neuartigen Trocknungsverfahren die Abwärme bei höheren Umgebungstemperaturen erneut genutzt werden. Wärmerückgewinnung und -wiederverwendung können die Energieeffizienz um bis zu 90 % steigern.“ Das nach diesem Trocknungsverfahren vorliegende Endprodukt ist ein feinkörniges, mikrometerfeines Pulver, aber durch den Einsatz verschiedener Granulationsverfahren können auch gröbere Größen hergestellt werden. Quartzene® kann aufgrund seiner maßgeschneiderten Nanoporosität, seiner extrem geringen Dichte und der Tatsache, dass die einzigen Abfallprodukte Wasser und Salz sind, bei einer Vielfalt von Anwendungen zum Einsatz kommen. Leichtbeton für energieeffiziente Gebäude Als körniger und pulverförmiger Werkstoff in der Art eines Aerogels kann Quartzene® seine vorteilhaften Eigenschaften auf Baustoffe wie Schaumbeton übertragen. „Heutzutage sind Gebäude für etwa 40 % des Energieverbrauchs und 36 % der CO2-Emissionen in der EU verantwortlich. Durch den Einsatz von Wärmedämmstoffen wie Quartzene® in den vorhandenen Gebäuden können die CO2-Emissionen durch Heizen und Kühlen um mehr als 40 % gesenkt werden“, merkt Prof. Sjöström an. Im Vergleich zu den existierenden Dämmstoffen hat der neue Leichtbeton von Aercrete, der durch Beimengen von Silika-Aerogel Quartzene® hergestellt wird, eine verbesserte Wärmedämmleistung und Feuerbeständigkeit, Eigenschaften, die bei Anwendungen dieser Art dringend gefragt sind. Umfangreiche Liste der Anwendungen Die Projektpartner haben gleichermaßen an Einweglebensmittelbehältern aus Quartzene® getestet, ob der Wärmeübergang verhindert werden kann. Es wurde bewiesen, dass der Werkstoff die Lebensmittel von der Umwelt isoliert und gleichzeitig die erforderliche Temperatur behält. Kolon Glotech, ein weiterer Projektpartner, setzte Quartzene® zur Verbesserung von Oberflächenbehandlungen und Beschichtungen in der Automobilindustrie ein und nahm eine Bewertung vor. Neben der Erzeugung optimierter Oberflächen und der Regulierung der Oberflächentemperatur wurde die Forschung auf die Untersuchung neuer Produkte zur Schalldämpfung ausgerichtet. Quartzene® vereint in sich hohe Porosität, sehr geringe Dichte und Wärmeleitfähigkeit zu niedrigem Preis. Das energie- und kosteneffiziente Herstellungsverfahren von Svenska Aerogel ergibt einen Werkstoff, der im Vergleich zu konventionellen Aerogelen einzigartig ist.
Schlüsselbegriffe
Quartzene, Aerogel, Svenska Aerogel, Lebensmittelbehälter, Wärmedämmung, thermische Isolierung, überkritische Trocknung, Schaumbeton, Automobilindustrie, Fahrzeugsektor
