Recherche de matériaux pour la transition énergétique
(par exemple, deux instituts Fraunhofer, Energy Campus Nuremberg, Centre bavarois pour la recherche énergétique appliquée ZAE) Une excellente recherche sur les matériaux combinée à une expertise en ingénierie des procédés. Les expositions exposées montrent des solutions possibles aux différents défis de la transition énergétique:
La production d'électricité par l'énergie éolienne joue un rôle important dans le mix d'énergie renouvelable. Une éolienne à six pales - constituée de deux rotors à trois pales sur un axe de rotation horizontal - a été optimisée dans sa structure aérodynamique à la Chaire de mécanique des fluides par simulation et essais expérimentaux en soufflerie. L'objectif est d'augmenter les performances globales de conversion de l'énergie éolienne en énergie électrique par rapport à la roue individuelle. Les paramètres suivants sont optimisés pour cela: la section, le profil et la taille relative des pales du rotor ainsi que le sens de rotation des éoliennes.
Nouvelles technologies de stockage
Les technologies de stockage innovantes sont la clé de l'utilisation efficace des énergies renouvelables. La technologie de réaction chimique montre des solutions. Une nouvelle forme de stockage de l’hydrogène produit par électricité à partir d’électricité renouvelable utilise ce que l’on appelle des "transporteurs d’hydrogène organique liquide" (LOHC). L'hydrogène est stocké ici dans un composé hydrocarboné. Ce groupe de substances n’est pas explosif, a une consistance similaire à celle du carburant diesel, atteint jusqu’à 30 pour cent de la valeur calorifique du mazout et peut également être distribué de la sorte dans la chaîne logistique existante. Lorsque de l'énergie est nécessaire, le liquide à haute énergie (LOHC) est déchargé énergétiquement avec libération d'hydrogène lors d'une réaction catalytique et peut ensuite être renvoyé sur le lieu de production d'énergie. Pour le dégagement d'hydrogène, les processus catalytiques et les réacteurs optimisés jouent un rôle crucial.
Matériaux poreux pour les nouveaux systèmes de réacteurs
L'ingénierie des réactions chimiques montre également des systèmes de réacteurs géométriquement complexes et capables en même temps de résister à des charges mécaniques, thermiques et corrosives élevées. Les composants métalliques poreux produits par fusion sélective par faisceau d'électrons servent de structures de base à ces réacteurs. Dans ce processus, presque toutes les formes tridimensionnelles, y compris les composants internes du réacteur (par exemple, la structure de la cellule interne, les boucles de refroidissement) peuvent être réalisées en une seule étape de production, puis la surface peut être revêtue de matériaux catalytiquement actifs. Cela crée de nouveaux types de structures de catalyseur ou d'éléments de microréacteur qui sont uniques sous cette forme. Cette technologie est actuellement mise en place dans le cadre du projet «Nouveaux matériaux et procédés de fabrication pour composants en génie des procédés - VerTec» à Fürth et recherche des projets pilotes avec l'industrie.
Chauffage au mazout efficace et écologique
Même avec le plus petit réchauffeur d'huile au monde, les matériaux poreux jouent un rôle décisif. Le cœur du système de chauffage consiste en un brûleur à pores, qui a été développé à l’Institute of Fluid Mechanics et permet une combustion à haut taux d’émission avec un rendement élevé. Dans le cadre du projet PyrInno, les partenaires de 13, de 2006 à 2008, ont mis sur le marché un centre d’énergie domestique pour combustibles liquides. Le composant principal est un brûleur compact avec une large plage de modulation de puissance allant du 1 kW au 8 kW. Ce système de chauffage avec son rendement élevé, ses faibles besoins en espace et en énergie, ses émissions réduites de polluants et son niveau de bruit, est parfaitement adapté à la demande énergétique de plus en plus basse dans des maisons bien isolées.
Systèmes de couches sur des particules et avec des particules
Les revêtements sur des particules peuvent être, entre autres, des systèmes à lit fluidisé utilisant divers procédés tels. B. Ensemble ALD (Atomic Layer Deposition) particulièrement efficace. Ces systèmes sont z. B. pour la prochaine génération de batteries Li-ion à la Chaire de génie des procédés solides et interfaciaux (LFG). Être des couches fonctionnelles avec des particules
dans les cellules solaires, pour les électrodes de piles à combustible ou pour les appareils électroniques imprimables. Il s’agit toujours de formuler des pâtes et des encres appropriées, qui doivent avoir une bonne stabilité contre l’agglomération et des propriétés d’écoulement ajustées de manière optimale. Par des méthodes d’impression appropriées, les structures des couches et les propriétés peuvent être contrôlées dans de larges limites.
Base de nouveaux matériaux: molécules et systèmes de particules personnalisés
La production, l'analyse et l'utilisation de blocs de construction moléculaires pour les nouveaux matériaux constituent une technologie clé et transversale.La Chaire de génie de la réaction chimique se concentre sur les liquides ioniques (IL). Ceux-ci sont constitués exclusivement d'ions, ont une très faible pression de vapeur et sont liquides à la température ambiante. Leurs propriétés peuvent être adaptées à un large éventail d'applications: z. B. dans le cadre de lubrifiants pour éoliennes ou dans les moteurs à combustion interne. Ils jouent également un rôle important dans la catalyse, par exemple. B. dans la technologie dite SILP (phase liquide ionique supportée), sont immobilisés dans les liquides ioniques sur des matériaux supports poreux. En introduisant un catalyseur dans l'IL, les avantages de la catalyse hétérogène et homogène (conception du catalyseur moléculaire, séparation facile du produit) peuvent être combinés.
Le département Ingénierie des procédés solides et d'interface se concentre sur la production, la caractérisation, la fonctionnalisation et l'application à grande échelle de nouveaux systèmes de particules. L'utilisation dans les cellules solaires modernes à base de matériaux hybrides inorganiques-organiques à fort potentiel est un domaine particulièrement prometteur. Celles-ci pourraient bientôt remplacer complètement les terres rares et le silicium et jouer un rôle majeur dans de nombreux domaines des matériaux, tels que les points quantiques en optoélectronique, les particules en tant que renforcement des matériaux légers, les composants de l'optique et de la photonique et la catalyse.
Cluster of Excellence Ingénierie des matériaux avancés (MAE)
Le pôle d'excellence «Ingénierie des matériaux avancés - Formation de structure hiérarchique pour les dispositifs fonctionnels» créé à FAU en novembre 2007 traite de la recherche et du développement de nouveaux matériaux. La vision du cluster est de combler le fossé entre la recherche fondamentale basée sur les sciences naturelles dans le domaine des nanotechnologies et sa mise en œuvre d'ingénierie dans des domaines clés technologiques et économiques importants dans le domaine de la nanoélectronique, de l'optique et de la photonique, de la catalyse et de la construction légère. 90 scientifiques de huit disciplines (mathématiques appliquées, génie biologique et chimique, chimie, génie électrique, informatique, génie mécanique, physique et science des matériaux) travaillent ensemble dans plus de 200 projets tout au long de la chaîne de processus, de la molécule au matériau. Ils coopèrent avec des institutions de recherche non universitaires telles que les deux instituts Erlangen-Fraunhofer, l'Institut Max Planck pour la physique de la lumière et avec des partenaires industriels sélectionnés. Pour une période de cinq ans, 40 millions d'euros de l'Initiative d'excellence et 41 millions d'euros supplémentaires du gouvernement fédéral, du Land de Bavière, de la FAU et de l'industrie ont été levés.
Département de chimie et bio-ingénierie (CBI)
La chimie et la bio-ingénierie (CBI) traitent de la modification de substances par le biais de processus chimiques, physiques et biologiques. L’objectif est d’améliorer les propriétés des produits et de réduire le nombre et la quantité de sous-produits et déchets inutilisés en optimisant en permanence les processus existants ou en utilisant de nouveaux procédés. Grâce à leur formation, les ingénieurs chimistes et biologistes sont représentés dans de nombreux secteurs: chimie, pharmacie, industrie pétrolière et agroalimentaire, ingénierie des installations et de l'automobile, technologies de l'énergie et protection de l'environnement. En recherche, les départements du département CBI interviennent dans les domaines de l’ingénierie de la réaction chimique, de l’ingénierie des procédés thermiques, biologiques et médicaux, de l’ingénierie des processus interfaciaux et des méthodes de simulation multi-échelles, de l’ingénierie des systèmes, de la mécanique des fluides et de la thermodynamique. Depuis mars 2011, la nouvelle chaire d’ingénierie des procédés énergétiques couvre également les nouvelles technologies et les nouveaux concepts permettant de limiter l’approvisionnement en énergie de CO2. Dans le domaine de l’éducation, le Département mène les programmes de baccalauréat et de master «Chimie et bioingénierie», «Ingénierie des sciences de la vie» et «Ingénierie de l’énergie» et participe à d’autres cours de la Faculté de génie.
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