Eine neue Generation von Hochleistungs-Stromleitungen
Komposite, d. h. Verbundwerkstoffe oder Materialien, die Kombinationen aus zwei oder mehreren einzelnen Materialien sind, sind in vielen industriellen Anwendungen im Einsatz. Sie ermöglichen die Vereinigung der einzigartigen Eigenschaften der einzelnen Materialien, so dass das Ganze schließlich sogar mehr als die Summe aller Teile wert ist. Aluminium ist ein sehr leichtes, höchst dehnbares und korrosionsbeständiges Metall. Es ist ein fast doppelt so guter elektrischer Leiter wie Kupfer, und, aufgrund seines leichten Gewichts, wird es vor allem für Hochspannungsleitungen benutzt. Endlosfaserverstärktes Aluminium (Endless fibre-reinforced aluminium, EFRA) ist ein Metallmatrixverbundwerkstoff (metal matrix composite, MMC), die eine spezielle Klasse von aus einer metallischen Matrix mit hoch leistungsfähigen Verstärkungen bestehenden Verbundwerkstoffen sind. Drähte aus endlosfaserverstärktem Aluminium mit Keramikfaserverstärkung sind kommerziell als Alternative zur Stahlverstärkung von Energieleitungen erhältlich. Kohlefasern sind eine neue Klasse hochfester, dehnbarer, Zugspannung widerstehender, bruchfrei streckbarer Materialien, die gleichmaßen als Verstärkung in Kompositen eingesetzt werden. Kohlefasern zur Stromverteilung hätten sogar gegenüber Keramikfasern erhebliche Pluspunkte zu bieten: sie sind fester, leichter, kostengünstiger, geringere Wärmeausdehnung und hängen somit weniger durch. Europäische Forscher wollten unter Einsatz der finanziellen Mittel des MACE-Projekts ("Multifunctional advanced carbon aluminium composite for electricity transport") die Einsatzmöglichkeiten kohlefaserverstärkter Aluminium-Metallmatrixverbundwerkstoffe zur Stromverteilung erkunden. Das Konsortium sollte die bei der Massenfertigung von Kohlenstoff-Aluminium-Verbunddraht auftretenden Prozessschwierigkeiten überwinden und insbesondere das Eindringen von geschmolzenem Aluminium in den Kohlenstoffdraht erleichtern. Der Plan verlangte außerdem den Entwurf moderner Leitungsaufwickelverfahren, um den sehr steifen Draht handhaben zu können. Das Ziel wurde erreicht: mechanische Prüfungen an EFRA-Drähten bezeugten die gewünschten Eigenschaften. Modelle der Funktionsfähigkeit der Leitungen bewiesen einen deutlichen Widerstand gegenüber dem Durchhängen. Die theoretischen und experimentellen Ergebnisse belegen das Potential des EFRA-Drahts als ein modernes Leitungskernmaterial. Die zukünftige Forschungsarbeit sollte sich auf eine bruchfreie gleichmäßige Rundheit konzentrieren. Wirtschaftlichkeitsbewertungen ergaben, dass die EFRA-Drähte unter der Maßgabe, dass der Marktpreis niedringer als doppelt so hoch wie der Preis für Stahlkernleitungen ist, gute Chancen haben, die herkömmliche Technologie zu ersetzen. Eine Optimierung der MACE-Technologie könnte Europa bei der Deckung des wachsenden Strombedarfs bei gleichzeitig reduzierten Umweltauswirkungen unterstützen.
