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Advanced materials for the energy transition

The report describes the state of knowledge and technology on current and future applications of advanced materials in the various technologies to support the energy transition. Based on a literature review, a systematic overview of applications of advanced materials for the generation, saving, storage and transportation of renewable energies and energy sources is presented. In addition, based on specific relevance criteria, ten advanced materials identified in the systematic overview were examined closer for their specific potential for the energy transition but also with regard to potential challenges for chemical safety and sustainability which may lead to conflicting objectives. Veröffentlicht in Texte | 83/2025.

Skalierbare Elektrolyseure mit innovativen Materialien für den Wasserstoffexport nach Deutschland, Teilvorhaben: Modellierung und Technologien für interkontinentale Wasserstoffwertschöpfungsketten

Technologieentwicklung, Zertifizierung und Capacity Building für den internationalen Markthochlauf von Grünem Wasserstoff und seiner Derivate in der SADC-Region am Beispiel des HyShiFT-Projektes in Südafrika, Teilvorhaben Modellierung und Zertifizierung

Sichere und innovative Erschließungskonzepte für Ausbau, Nachnutzung und Monitoring von Untergrundspeichern für Wasserstoff, Teilvorhaben: Simulation von Porenspeichern

Sichere und innovative Erschließungskonzepte für Ausbau, Nachnutzung und Monitoring von Untergrundspeichern für Wasserstoff, Teilvorhaben: Einfluss mikrobiologischer Prozesse auf die Gaszusammensetzung und die Korrosionsrate

Aktivmaterialien aus gepressten Spänen - Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Herstellung eines Aktivmaterials für elektrische Maschinen aus recycelten Blechabfällen

Zielsetzung: In diesem Forschungsvorhaben soll ein neuartiges, recyceltes Aktivmaterial aus einer Stahllegierung für elektrische Maschinen (EMn) mithilfe eines innovativen, nachhaltigen Herstellungsverfahrens entwickelt werden. Die Grundidee des Projekts besteht darin, eine Recyclingroute für Blechpakete aus ausgemusterten Statoren und Rotoren von EMn sowie für den bei der Herstellung neuer Blechpakete anfallenden Blechschrott zu etablieren. Diese neue Recyclingroute zeichnet sich dadurch aus, dass die für neue EMn benötigten Statoren und Rotoren durch das Verpressen von Metallspänen hergestellt werden – anstelle des üblichen Weges über Verschrottung, Einschmelzen, Stranggießen sowie anschließendes Warm- und Kaltwalzen. Die Antragsteller verfolgen das Konzept, sämtlichen Schrott zu zerkleinern, die entstehenden Späne chemisch zu beschichten und anschließend durch ein Umformverfahren in die finale Geometrie von Stator- und/oder Rotorbauteilen zu verpressen. Das gepresste Bauteil kann dann als Aktivmaterial oder als Teil davon, z.?B. in einem EM oder in Transformatoren, eingesetzt werden. Fazit: Das gepresste Bauteil kann anschließend als Aktivmaterial oder als Teil davon verwendet werden, z.?B. in einer elektrischen Maschine (EM) oder in Transformatoren. Der daraus resultierende neuartige Werkstoff „Compacted Chip Magnetic Composite“ (CCMC) besteht aus recycelten, isolierten Blechspänen und ähnelt damit den heute bekannten weichmagnetischen Pulververbundwerkstoffen (SMC – Soft Magnetic Composites). Zur Validierung dieser Idee wird der Einfluss verschiedener Spangeometrien, deren Isolierung sowie weiterer Prozess- und Systemparameter im Herstellungsprozess untersucht. Die Ergebnisse dieser Forschung sollen dazu beitragen, den Einsatz von recyceltem Blechschrott in der Elektromobilität und anderen Anwendungen (z.?B. Transformatoren und/oder andere elektrische Maschinen zur Magnetfeldinduktion) zu verbessern und die Nachhaltigkeit von EMn zu erhöhen. Gelingt es, den Energiebedarf für das Recycling von EMn deutlich zu senken, kann dies einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung des CO2-Fußabdrucks zukünftiger elektrischer Maschinen leisten. Die in den Kreislauf zurückgeführten Motorkomponenten helfen dabei, den Verbrauch nicht erneuerbarer Rohstoffe sowie den Energiebedarf, die CO2-Emissionen und den Wasserverbrauch zu verringern.

Verminderung des Ressourcenverbrauchs im Binder Jetting D-Druck durch > 98 % Wiederverwendbarkeit nicht verbauten Pulvers

Zielsetzung: In der additiven Fertigung ist es üblich, dass die eingesetzten Ausgangsmaterialien nicht vollständig verwendet werden können. Für die am weitesten verbreiteten pulverbettbasierten Verfahren MJF (Multi-Jet-Fusion) und SLS (Selektives Laser-Sintern) mit dem Material PA12 bedeutet das, dass bis zu 50 % des Pulvers am Ende nicht weiterverwendet und entsorgt werden müssen. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines innovativen Materials für das Binder-Jetting-Verfahren unter Verwendung der von Additive Elements entwickelten TLC-Technologie (Thermal Liquid Curing). Durch die nahezu vollständige Wiederverwendbarkeit des Pulvers (>98 %) streben wir eine Reduktion des Pulver-verbrauchs um mehr als 50 % im Vergleich zum MJF-Verfahren an - bei gleichzeitig verbesserten mechanischen Eigenschaften (Bruchfestigkeit von mindestens 45 MPa und Bruchdehnung von 10 %). Zusätzlich ermöglicht unser Verfahren eine Reduzierung des Energieverbrauchs um 81 %, da es mit deutlich niedrigeren Temperaturen arbeitet (40-70 °C anstatt >200 °C bei MJF/SLS)

Potentialuntersuchung faserverstärkter Schäume zum Einsatz in der Windenergie, Teilvorhaben: Fertigungsmethoden für verstärkte Schaumhalbzeuge

Ziel des Projekts ist es, eine Alternative zur Verwendung von Balsaholz als Kernwerkstoff in den Rotorblattschalen von Windenergieanlagen aufzuzeigen. Dies reduziert das Risiko von Lieferengpässen und steigenden Kosten beim Balsaholz, um die Versorgung der nationalen und europäischen Rotorblatthersteller mit Kernmaterialien sicherzustellen. Zudem bestehen Defizite in der Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz durch die langen Transportwege aus Südamerika und die dortigen Anbaubedingungen des Balsaholzes. Das Projekt schafft den für die Bewertung erforderlichen Untersuchungsrahmen, zur Identifikation der Anforderungen an Kernmaterialien und die Entwicklung und Erweiterung der erforderlichen Berechnungsmethoden. Durch die Kombination unterschiedlicher innovativer Materialien geht das Projekt zudem einen Schritt Richtung zukünftiger Materialsysteme, was eine ganzheitliche Betrachtung von Aspekten wie Rezyklierfähigkeit und Nachhaltigkeit erlaubt. Dies ermöglicht einen ressourcen-sparenden und nachhaltigen Einsatz in zukünftigen Rotorblättern. Das Projekt adressiert einen Wissenstransfer aus Branchen außerhalb der Windenergie in denen bereits Erfahrungen mit heterogenen Kernwerkstoffen und Sandwichmaterialien gewonnen werden konnten, um diese Kenntnisse bei der Methodenentwicklung zu berücksichtigen. Neben zahlreichen Akteuren der Materialentwicklung beinhaltet das Projektkonsortium deshalb Partner aus dem Schienenverkehr und der Flugzeugausstattung.

Potentialuntersuchung faserverstärkter Schäume zum Einsatz in der Windenergie, Teilvorhaben: Entwicklung von Methoden zur Untersuchung faserverstärkter Schäume und Sandwich-Strukturen

Ziel des Projekts ist es, eine Alternative zur Verwendung von Balsaholz als Kernwerkstoff in den Rotorblattschalen von Windenergieanlagen aufzuzeigen. Dies reduziert das Risiko von Lieferengpässen und steigenden Kosten beim Balsaholz, um die Versorgung der nationalen und europäischen Rotorblatthersteller mit Kernmaterialien sicherzustellen. Zudem bestehen Defizite in der Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz durch die langen Transportwege aus Südamerika und die dortigen Anbaubedingungen des Balsaholzes. Das Projekt schafft den für die Bewertung erforderlichen Untersuchungsrahmen, zur Identifikation der Anforderungen an Kernmaterialien und die Entwicklung und Erweiterung der erforderlichen Berechnungsmethoden. Durch die Kombination unterschiedlicher innovativer Materialien geht das Projekt zudem einen Schritt Richtung zukünftiger Materialsysteme, was eine ganzheitliche Betrachtung von Aspekten wie Rezyklierfähigkeit und Nachhaltigkeit erlaubt. Dies ermöglicht einen ressourcen-sparenden und nachhaltigen Einsatz in zukünftigen Rotorblättern. Das Projekt adressiert einen Wissenstransfer aus Branchen außerhalb der Windenergie in denen bereits Erfahrungen mit heterogenen Kernwerkstoffen und Sandwichmaterialien gewonnen werden konnten, um diese Kenntnisse bei der Methodenentwicklung zu berücksichtigen. Neben zahlreichen Akteuren der Materialentwicklung beinhaltet das Projektkonsortium deshalb Partner aus dem Schienenverkehr und der Flugzeugausstattung.

Potentialuntersuchung faserverstärkter Schäume zum Einsatz in der Windenergie

Ziel des Projekts ist es, eine Alternative zur Verwendung von Balsaholz als Kernwerkstoff in den Rotorblattschalen von Windenergieanlagen aufzuzeigen. Dies reduziert das Risiko von Lieferengpässen und steigenden Kosten beim Balsaholz, um die Versorgung der nationalen und europäischen Rotorblatthersteller mit Kernmaterialien sicherzustellen. Zudem bestehen Defizite in der Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz durch die langen Transportwege aus Südamerika und die dortigen Anbaubedingungen des Balsaholzes. Das Projekt schafft den für die Bewertung erforderlichen Untersuchungsrahmen, zur Identifikation der Anforderungen an Kernmaterialien und die Entwicklung und Erweiterung der erforderlichen Berechnungsmethoden. Durch die Kombination unterschiedlicher innovativer Materialien geht das Projekt zudem einen Schritt Richtung zukünftiger Materialsysteme, was eine ganzheitliche Betrachtung von Aspekten wie Rezyklierfähigkeit und Nachhaltigkeit erlaubt. Dies ermöglicht einen ressourcen-sparenden und nachhaltigen Einsatz in zukünftigen Rotorblättern. Das Projekt adressiert einen Wissenstransfer aus Branchen außerhalb der Windenergie in denen bereits Erfahrungen mit heterogenen Kernwerkstoffen und Sandwichmaterialien gewonnen werden konnten, um diese Kenntnisse bei der Methodenentwicklung zu berücksichtigen. Neben zahlreichen Akteuren der Materialentwicklung beinhaltet das Projektkonsortium deshalb Partner aus dem Schienenverkehr und der Flugzeugausstattung.

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