Gut gestählt für umweltfreundlichere Wärmekraftwerke

26. April 2011, 19:23
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Grazer Werkstoffforscher entwickelten einen Chromstahl, der den Wirkungsgrad von kalorischen Kraftwerken erhöht und die Emissionen senkt

Der weltweite Strombedarf wird - allen aktuellen Entwicklungen und Diskussionen zum Trotz - zu 70 Prozent durch Energiegewinnung aus kalorischen Kraftwerken abgedeckt. Als wesentlichster Rohstoff kommt also immer noch Kohle zum Einsatz. Diese Art der Stromerzeugung hat jedoch gravierende Defizite aufzuweisen: zum einen hohen Ressourcenverbrauch und zum anderen hohe CO2-Emissionen.

Genau diese beiden Punkte standen daher auch im Zentrum des Forschungsansatzes des Werkstoffwissenschafters Horst Cerjak und seines Teams vom Institut für Werkstoffkunde und Schweißtechnik an der Technischen Universität Graz. Das Ziel: die Entwicklung eines neuen Werkstoffs, der zum Bau von Komponenten für Wärmekraftwerke eingesetzt werden kann und dabei den Wirkungsgrad bei der Verbrennung deutlich erhöht.

Für die Grundlagenforschung zu einem speziellen Chromstahl, der letztlich zu weniger Emissionen und geringeren Ressourcenverbrauch führt, erhielten Cerjak und seine Kollegen 2008 den Houska-Preis. Dieser fördert universitäre Forschungsinitiativen, die in Unternehmen umgesetzt werden. Es hat sich gelohnt: Heute wird die neue Stahlsorte auf der ganzen Welt verkauft. Dafür sorgen die Industriepartner Voestalpine Gießerei, Böhler Schweißtechnik, Böhler Edelstahl, MCE Industrietechnik Linz sowie die Austrian Research Centers.

Der Chromstahl kommt in schweren und komplexen Stahlgussteilen wie Turbinen, Rotoren und Dampfleitungen von Wärmekraftwerken zum Einsatz. Die Herausforderung war, einen Werkstoff zu schaffen, der höheren Temperaturen und höheren Drucken standhält als alles bisherige. Erreicht wurde ein um bis zu zehn Prozent erhöhter Wirkungsgrad, wodurch Wärmekraftwerke ressourcenschonender betrieben werden können.

Extreme Belastbarkeit

"Die Anforderungen waren enorm", schildert Cerjak. "Der Werkstoff musste eine extreme Belastbarkeit aufweisen. Immerhin müssen die Teile auch schweißbar sein und hunderttausende Stunden bei mehr als 600 Grad Celsius aushalten."

Die Kraftwerkskomponenten - wie etwa ein Dampfturbinengehäuse mit einem Gewicht von rund 60 Tonnen - sorgen nicht nur für eine Verbesserung der Umwandlungseffizienz von Kohle als Primärenergie zu elektrischem Strom, sondern ermöglichen auch eine Vielfalt an Optionen zum bedarfsgerechten Bau von Kraftwerken, wie der Materialwissenschafter erläutert. Abgesehen davon, dass der Chromstahl den Verbrauch von fossilen Brennstoffen signifikant verringert, lässt sich auch eine entscheidende Reduktion des Ausstoßes an klimarelevanten Emissionen wie CO2 feststellen, nämlich um bis zu 22 Prozent.
Das sind bei einem 750-Megawatt-Kraftwerk immerhin bis zu 700.000 Tonnen weniger Kohlendioxidemissionen pro Jahr.

"Wir forschen in Graz bereits seit mehr 20 Jahren an entsprechenden Technologien", sagt Cerjak. „Über diese Zeit hinweg wurden viele aufeinander aufbauende Dissertationen und Diplomarbeiten zu dieser Thematik verfasst. Nur durch diese konstante wissenschaftliche Arbeit konnten wir zu neue Entwicklungen kommen." Zahlreiche Preise und die Teilnahme an internationalen Forschungsprojekten waren die Folge.

Private Forschungsförderung

Der mit 100.000 Euro dotierte Houska-Preis wurde laut Cerjak denn auch zu 100 Prozent in die Nachwuchsförderung investiert. "Wir zahlen damit etwa Ausbildungen und Weiterbildungen im Ausland", sagt Cerjak.

Der Houska-Preis 2010 wird am 28. April 2011 im Museumsquartier in Wien vergeben. Die Auszeichnung der B & C Privatstiftung gehört mit einer Gesamtdotierung von 230.000 Euro zu den größten privaten Forschungsförderungsinitiativen in Österreich. Nominiert sind zehn Projekte von sieben österreichischen Universitäten. (Gregor Kucera/DER STANDARD, Print-Ausgabe, 27.4. 2011)

 

  • 12,5 Tonnen wiegt allein dieses Ventilgehäuse, das in Wärmekraftwerken eingesetzt wird - und dabei Ressourcen spart.
    foto: voestalpine

    12,5 Tonnen wiegt allein dieses Ventilgehäuse, das in Wärmekraftwerken eingesetzt wird - und dabei Ressourcen spart.

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