Wie Forscher Werkstoffe für die Energiewende entwickeln

Damit die Energiewende gelingt, arbeiten Material- und Leichtbauforscher der Brandenburgischen-Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU) an gewichtsreduzierten Bauweisen der Zukunft. «Der Bedarf bei den Unternehmen hat zugenommen, nicht nur an Materialien, sondern vor allem an Technologie», berichtet Wissenschaftler Holger Seidlitz der Deutschen Presse-Agentur. Die Frage bei allem sei, wie diese leichten Werkstoffe in neue Bauteile verarbeitet werden und wie mit ihnen konstruiert werden könne. Zur Praxisnähe arbeitet der Professor für Leichtbau eng mit Unternehmen wie etwa der Forster System Montage-Technik GmbH (SMT) zusammen.

Das Lausitzer Unternehmen mit rund 100 Mitarbeitenden ist im Bereich Schienenverkehr mit Konzepten nach dem Leichtbauprinzip mit Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) tätig - auch international. Ein Kunde ist die Deutsche Bahn. Das Angebot der SMT bei Leichtbauverbundstoffen reicht von passgenauen Formbauteilen bis zu leichteren Fußbodensystemen für Züge.

Werkstoffe und Leichtbauweisen der Zukunft, mit denen die Wende zu einer CO₂-freien Energieerzeugung gelingen soll, brauchen spezielle Eigenschaften, wie Forscher Seidlitz beschreibt. Sie sollten eine notwendige Festigkeit und Haltbarkeit haben, gleichzeitig leicht und energieeffizient herzustellen sein und zudem auch leicht verarbeitet werden können. «Alles, was leichter ist, braucht weniger Energie, um technische Systeme zu beschleunigen und weniger Energie, um sie abzubremsen», erklärt Seidlitz, der an der BTU am Institut für Leichtbau und Wertschöpfungsmanagement (ILW) forscht.

Leichtbau-Werkstoffe brauchen spezielle Eigenschaften

Das Bundesforschungsministerium fördert nach eigenen Angaben über 200 Projekte mit dem Technologietransfer-Programm Leichtbau. Etwa 22 Prozent der kleinen und mittleren Unternehmen nutzen dem Ministerium zufolge Leichtbaumaterialien.

Seidlitz erklärt das steigende Interesse am Leichtbau auch mit der Vereinbarkeit von modernen Produktionsprozessen und geringeren Kosten, mit schonendem Ressourcen-Umgang und verbesserter Funktionalität. So arbeitet er beispielsweise an künftiger Speicher- und Transportinfrastruktur für Grünen Wasserstoff - Schlüsseltechnologie der Energiewende.

Transport und Speicherung von Wasserstoff mit Leichtbau

Dazu wird das Projekt «Mukran» als Teil eines Wasserstoffleitprojekts des Bundes vom Forschungsministerium gefördert. Die Wissenschaftler entwickeln in Zusammenarbeit mit verschiedenen Partnern aus der Industrie einen Kugelbehälter für den Wasserstoff-Transport. «Eine Frage ist: Wie müssen die Werkstoffe und Behälterbauweisen beschaffen sein, damit der Wasserstoff sicher gespeichert werden kann», erklärt Seidlitz. Wasserstoff als Energieträger habe großen Einfluss auf alle Werkstoffe, dringe aber überall durch.

Zukunftswerkstoffe auch für Flugzeugtriebwerke

Aber auch in anderen Bereichen wie der Luftfahrt oder der Automobilindustrie arbeiten die im Leichtbau Forschenden an unterschiedlichsten Projekten zusammen. Dabei geht es unter anderem um die Entwicklung ultraleichter und gleichzeitig hochfester Bauteile für Flugzeugtriebwerke von Rolls-Royce. Den Nachwuchs fördert die BTU mit rund 20 laufenden Promotionsvorhaben. Neu ist ein Masterstudiengang für Leichtbau und Werkstofftechnologie. Professor Seidlitz betreut mittlerweile ein Team von insgesamt 150 Mitarbeitenden, 2017 waren es noch 25.

Wie bedeutsam der Leichtbau weltweit sein könnte, zeigen Studien der Technischen Universität Chemnitz. Darin heißt es unter anderem, dass - wenn 10 Prozent Masse aller technischen Systeme weltweit reduziert würde - etwa 3000 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalent eingespart werden könnten. Laut Bundesforschungsministeriums spart ein Airbus A 320 durch 100 Kilogramm weniger Material 10.000 Liter Kerosin im Jahr.