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Neue Magnete für künftige Energietechnologien – Sonderforschungsbereich der TU Darmstadt und der Universität Duisburg-Essen startet


25. November 2019 - 11:08 | von | Kategorie: Wissenschaft |
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Ob superstarke Permanentmagnete für Windräder und Elektromotoren oder Werkstoffe für die magnetische Kühlung – für eine erfolgreiche Energiewende und zugunsten einer emissionsarmen Zukunft müssen neue Funktionsmaterialien her. An der TU Darmstadt und der Universität Duisburg-Essen (UDE) startet daher zum 1. Januar 2020 der neue Sonderforschungsbereich „HoMMage“, der zunächst für vier Jahre mit rund 12 Millionen Euro von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird.

Die Temperatur eines Werkstoffes gezielt über ein Magnetfeld verändern können: Das ist – vereinfacht ausgedrückt – das Prinzip hinter magnetokalorischen Materialien. Auf diese Weise ließen sich leise, mit sehr geringem Energieeinsatz und ohne klimaschädliche Gase Kühlschränke und Klimaanlagen betreiben. Die Anforderungen an Mobilität und nachhaltige Stromerzeugung sind dagegen etwas andere und beruhen auf Permanentmagneten: Windräder sollen einen möglichst hohen Ertrag liefern, Elektroautos mit energie- und rohstoffsparend unterwegs sein – und vor allem weit: Ein um 2% effizienterer Permanentmagnet führt zu 20 km mehr Reichweite. Effiziente Elektromobilität und Robotik verlangt starke Magnete.

Anforderung: bezahlbar, umweltverträglich, effizient

Allen Technologien ist gemein, dass sie auf effiziente Magnetmaterialien als Schlüsselkomponenten angewiesen sind. Häufig enthalten diese aber versorgungskritische Rohstoffe, die selten, umweltschädlich und teuer sind. Wissenschaftler des neuen Sonderforschungsbereichs TRR 270 „HoMMage“ – dies steht für „Hysterese-Design magnetischer Materialien für effiziente Energieumwandlung“ sind daher unter Leitung von Professor Oliver Gutfleisch von der TU Darmstadt auf der Suche nach Materialien mit den geeigneten Eigenschaften, die gleichzeitig ressourcenschonender und effizienter sind.

Gemeinsam entwickeln Forscher an beiden Universitäten zusammen mit dem Max-Planck-Institut für Eisenforschung Düsseldorf (MPIE) und dem Ernst Ruska-Centrum für Mikroskopie und Spektroskopie mit Elektronen am Forschungszentrum Jülich (FZJ) neue Verfahren zur Produktion innovativer Magnetwerkstoffe. Materialwissenschaftler, Physiker, Chemiker und Verfahrensingenieure arbeiten gemeinsam an Magnetmaterialien, und zwar sowohl indem sie nur einzelne Atome verändern als auch indem sie ganze Werkstücke verformen und umgestalten. Die Verknüpfung in einem gemeinsamen Sonderforschungsbereich ermöglicht Ihnen einen stetigen Abgleich der Ergebnisse aus den Experimenten mit den Erkenntnissen aus der begleitenden Theorie. Künstliche Intelligenz, die ebenfalls in HoMMage zum Zuge kommt, hilft dabei, die Suche nach den vielversprechendsten Materialkombinationen und die Entdeckung neuer Materialien zu beschleunigen.

„Wir wollen im Einzelnen verstehen, was im Werkstoff passiert und sozusagen die DNA des Magneten identifizieren“, erklärt SFB/TRR 270-Sprecher Oliver Gutfleisch, Professor für Funktionale Materialien an der TU Darmstadt. „Wie genau die strukturellen, magnetischen und elektronischen Wechselwirkungen aussehen; und zwar von der atomaren Ebene bis hin zum Magneten aus dem Elektromotor eines Autos, der es auf 2 kg bringt.“ Mit diesem Wissen soll es künftig möglich sein, die optimalen Eigenschaften eines magnetischen Materials auf der lokalen wie auf der Gesamtebene durch additive Fertigung und hochgradig plastische Umformung einzustellen. „Dafür haben wir neue Ideen für entsprechende Prozesstechnologien in allen Größenordnungen entwickelt, so dass wir die wertvollen Elemente nur an die Stelle im Magneten platzieren können, wo sie wirklich benötigt werden.“, ergänzt der stellvertretende Sprecher Professor Michael Farle von der UDE.

Die Aktivitäten des SFB/TRR 270 HoMMage sind in den beiden Profilbereichen „Vom Material zur Produktinnovation“ und „Energiesysteme der Zukunft“ an der TU Darmstadt sowie im Forschungsschwerpunkt „Nanowissenschaften“ an der Universität Duisburg-Essen angesiedelt.

Quelle: TU Darmstadt

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