Effiziente Nutzung von Industrieabwärme: Bahnbrechende Kolbenmaschine aus Empa-Technologie in Dübendorf, St. Gallen und Thun

Dübendorf, St. Gallen und Thun, 15.02.2024 - Industrielle Abwärme ist eine brachliegende Goldgrube: Sie fällt in großen Mengen an, wird aber kaum effizient genutzt. Eine neuartige Maschine von Empa-Experten und ihren Partnern, die aus einer innovativen Motorentechnologie entstand, könnte das ändern – auch mit Hilfe eines „Empa Entrepreneur Fellowship“, mit dem der Empa-Forscher und Jungunternehmer Andyn Omanovic kürzlich ausgezeichnet wurde.

Eine bahnbrechende Ventilsteuerung für Verbrennungsmotoren

Gute Ideen machen zuweilen überraschende Karrieren. Über Jahre hatten Fachleute der Empa an einer innovativen Ventilsteuerung für Verbrennungsmotoren gearbeitet – mit Hilfe von elektrohydraulisch betätigten Ventilen, die es ermöglichen, den Gaswechsel viel flexibler als bei herkömmlicher Nockenwellentechnologie zu gestalten. In einem Ottomotor ließ sich der Treibstoffverbrauch so im typischen Normalbetrieb für Personenwagen um rund 20 Prozent senken. Mittlerweile wird dieser Ansatz für treibstoff-flexible Motoren von Nutzfahrzeugen zusammen mit einem LKW-Hersteller weiterentwickelt.

Effiziente Nutzung von Industrieabwärme dank Kolbenmaschine

Doch nun könnte diese Technologie auch in einem anderen Bereich Fortschritte ermöglichen. Die Empa hat ihrem ehemaligen Doktoranden Andyn Omanovic ein „Entrepreneur Fellowship“ zugesprochen, um eine neuartige Kolbenmaschine mit dieser Steuerung auf den Markt zu bringen. Die Kommerzialisierung übernimmt die etavalve GmbH, ein Spin-off der Empa und der ETH Zürich, das vom Hydraulikexperten Wolfgang Schneider, der an der Entwicklung der Technologie mitbeteiligt war, mitgegründet wurde.

Die Idee: Abwärme aus Prozessen in der Metall- oder Zementindustrie und anderen Bereichen soll mit Hilfe der besagten Kolbenmaschine effizienter genutzt werden als mit heute gängigen Methoden, die mit Turbinen arbeiten. Da Zylinder und Kolben einen geschlossenen Raum bilden, erklärt Omanovic, erfolgen Kompression und Expansion des Prozesses in beinahe idealer Weise; das ermöglicht eine äußerst hohe Energieausbeute: Die Abwärme wird über die Kolben in mechanische Kraft umgewandelt, mit der schließlich Strom erzeugt wird. Aber erst durch die neuartige flexible Steuerung der Ventile wird dieser Prozess überhaupt umsetzbar.

Pilotmaschine für die effiziente Nutzung von Pflanzenkohle-Anlagen

„Turbinen sind vor allem für hohe Temperaturen und bei Leistungsanforderungen von mehreren hundert Megawatt effektiv“, erklärt der Empa-Forscher, „aber für Temperaturbereiche von etwa 500 bis 900 Grad, bei denen die Abwärme unregelmäßig anfällt, und bis zum Leistungsbereich von einigen Megawatt ist unsere Kolbenmaschine besser geeignet.“ Das Potenzial ist hoch: Für Deutschland wurde 2016 die Menge der industriellen Abwärme über 300 Grad auf rund 10 Terrawattstunden pro Jahr beziffert. Zum Vergleich: In der Schweiz wurden im Jahr 2022 laut dem Verband Schweizerischer Elektrizitätsunternehmen (VSE) insgesamt rund 57 Terawattstunden Strom verbraucht.

Aussichtsreich ist dabei auch die Nutzung von Abwärme aus Pyrolyseanlagen, die Biomasse in Pflanzenkohle verwandeln, um Kohlenstoff dauerhaft zu binden – ein Verfahren, an dem auch Empa-Forschende arbeiten. Dabei fällt als Nebenprodukt so genanntes Schwachgas an, das Methan und gasförmige Schadstoffe enthält und, gesetzlich vorgeschrieben, verbrannt werden muss. „Das geschieht zuweilen oft mit einer Gasfackel ohne jegliche Verwertung

(Quelle:Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Bearbeitet mit ChatGPT)

Suche nach Stichworten:

Thun Effiziente Nutzung Industrieabwärme: Bahnbrechende Kolbenmaschine Empa-Technologie Dübendorf, Thun

---

---