Hochtemperatur-Werkstoffe erhöhen die Effizienz

Selbst bei modernen fossilen Kraftwerken verpufft noch über die Hälfte der eingesetzten Primärenergie. Um den Wirkungsgrad deutlich zu erhöhen, entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Prof. Dr. Lorenz Singheiser vom Institut für Energieforschung am Forschungszentrum Jülich neue Werkstoffe, die höhere Betriebstemperaturen und extreme Belastungen aushalten, ohne durch Alterungsprozesse ihre inneren Strukturen zu verändern. „Für Werkstoffe gibt es kaum anspruchsvollere Belastungsszenarien als den Einsatz in Dampfturbinen, sie müssen Jahrzehnte lang einwandfrei ihre Aufgaben erfüllen, ohne zu ermüden“, sagt Singheiser.

Gemeinsam mit ThyssenKrupp VDM entwickelte er einen neuen Hochleistungsstahl mit Beimischungen von Titan und Mangan, die die Grundstrukturen aus Chrom und Eisen stabilisieren und dadurch die Hitzebeständigkeit erhöhen. Werkstoffe auf dieser Basis, an denen die Materialexperten nun arbeiten, halten Temperaturen bis 650 Grad Celsius dauerhaft stand. Diese Betriebstemperatur würde den Kohlendioxid-Ausstoß gegenüber heute bereits um rund ein Viertel senken. Weitere Verbesserungen sind in Sicht: Singheiser und sein Team untersuchen auch Superlegierungen auf Nickel-Basis, die Temperaturen bis etwa 750 Grad Celsius dauerhaft standhalten. Schon im Jahr 2014 soll mit Hilfe der Jülicher Ergebnisse das erste E.ON-Dampfkraftwerk ans Netz gehen, das bei Temperaturen bis 720 Grad Celsius arbeitet. In knapp 20 Jahren, so Singheiser, könnte die Effizienz von Kohlekraftwerken auf 55 Prozent hochgeschraubt werden, derzeit liegt sie bei 45 Prozent. Bei Gas- und Dampfkraftwerken sind 65 Prozent Wirkungsgrad denkbar.