Die richtige Verwendung von Materialien spielt in der Energieindustrie eine entscheidende Rolle. Die Akteure dieser Industrie sind zahlreichen strukturellen Herausforderungen ausgesetzt, die direkt mit den Materialien zusammenhängen. Dabei handelt es sich entweder um die Strukturen, die für die Umwandlung, den Transport oder auch die Speicherung von Energie konzipiert sind, oder um die Materialien selbst. Unter diesen vielen Herausforderungen gibt es einige, die die Verwendung von Materialien im Energiesektor grundlegend verändern. Beispielsweise bedeutet die wachsende Weltbevölkerung, dass die Leistungsfähigkeit von Materialien erhöht werden muss, um dem Anstieg der Energiemenge entgegenzuwirken, indem z. B. das Gewicht von Bauwerken begrenzt wird. Auch die wachsenden Umweltbedenken erfordern neue Materialien für einen sparsameren Gebrauch (Bambus, Kork etc.).
Materialien sind die Grundlage für alle Geräte, die in der Energiewirtschaft verwendet werden. Ihre Nutzung nimmt in aktuellen und komplexen Systemen einen immer wichtigeren Platz ein, insbesondere in ihrer Effizienz bei der Erzeugung, dem Transport oder der Speicherung von Energie. Dies lässt sich am Beispiel von Solarzellen erkennen, deren verwendetes Rohmaterial Silizium ist, ein lichtempfindliches und halbleitendes Material. Die aktuellen Herausforderungen bestehen daher darin, Materialien mit den richtigen Eigenschaften für die Energiesysteme der Zukunft zu schaffen und/oder zu entdecken.
Über diese globalen Herausforderungen hinaus wird jeder Akteur je nach Art der erzeugten Energie (fossil, nuklear, erneuerbar…) auch spezifische Anliegen haben.
Die Energieindustrie lässt sich in drei große Arten der Energieerzeugung unterteilen, die jeweils eigene Herausforderungen mit sich bringen:
Zum einen spielen Materialien in kerntechnischen Anlagen eine tragende Rolle. Es gibt viele Anlagen, aber wenn man das Beispiel der Kernreaktoren nimmt, müssen diese bestimmte Erwartungen erfüllen, insbesondere mit der Generation IV „die Reaktoren der Zukunft“. Diese Reaktoren müssen ressourcenschonender sein, weniger Abfall produzieren und besser gegen äußere Einflüsse oder Proliferationsrisiken geschützt sein. So muss sich die Innovation auf neue Produktionsansätze und die Verwendung von Materialien unter bestimmten Bedingungen (EPR, ABWR) konzentrieren, um die Verlängerung des bestehenden Kraftwerksparks zu gewährleisten.
Andererseits finden sich diese Herausforderungen in Bezug auf Sicherheit und Produktivität selbst innerhalb der verwendeten Materialien und Werkstoffe wieder. Die ASN und das IRSN, die für die Regulierung der Radioaktivität von spaltbarem Material zuständig sind, führen nämlich eine sehr strenge Kontrolle durch. So müssen diese Materialien regelmäßig getestet werden, und es ist notwendig, die Informationen über jedes Material während seines gesamten Lebenszyklus zurückzuverfolgen. So ist es üblich, dass die Steckbriefe laufend aktualisiert werden, um dieser Herausforderung gerecht zu werden. In der Atomindustrie zeichnen sich diese Sicherheitsprobleme auch durch Grenzmassen aus, die nicht überschritten werden dürfen, z. B. die Menge an Uran. So müssen Messbilanzen erstellt werden, und beim Eintritt des Materials in die Anlage ist es wichtig, durch Simulation zu überprüfen, dass die Grenzmassen nicht überschritten werden, um u. a. akzeptable Radioaktivitätswerte einzuhalten. Die Unsicherheit wird beim Einsetzen der Materialien mit äußerst genauen Gewichtsmessungen berücksichtigt.
Der Sektor der erneuerbaren Energien bietet ein breites Spektrum an Innovationsmöglichkeiten. Die meisten Herausforderungen beziehen sich auf neue Materialien, um wirtschaftliche, ökologische und vor allem produktivitätssteigernde Aspekte zu berücksichtigen.
Die Liste der Einsatzmöglichkeiten neuer Materialien und ihrer Verwendung ist zu lang, um sie hier aufzulisten, aber wir können dennoch als Beispiel die Nanomaterialien nennen: Silizium-Nanopartikeln für die Molekularelektronik oder Kohlenstoff-Nanoröhren, die wegen ihrer Festigkeit beliebt sind.
Tatsächlich finden diese nanostrukturierten Kohlenstoff- und Kohlenstoff-Hybridmaterialien auch in vielen anderen Bereichen Anwendung, z. B. bei der Energiespeicherung, der Adsorption oder der Katalyse.
Die größten Herausforderungen und Bedenken bei der Nutzung fossiler Energieträger bestehen darin, immer tiefer liegende und schwer zugängliche Ressourcen zu fördern.
Darüber hinaus tragen die Treibhausgasemissionen, die sie im Zusammenhang mit dem bei der Verbrennung in Form von CO2 freigesetzten Kohlenstoff ausstoßen, zur globalen Erwärmung bei. Diese Bedenken müssen vor dem Hintergrund erschöpflicher Ressourcen und der Entstehung zahlreicher Abfälle berücksichtigt werden.
Abgesehen von der Art der erzeugten Energie sind die Herausforderungen im Zusammenhang mit Materialien in der Energieindustrie vielfältig und können z. B. mit der Aktivität (der Ausbeutung von Ressourcen, der Erzeugung, Umwandlung, dem Transport und schließlich der Speicherung von Energie) verbunden sein. Die Materialien wirken sich auf jeden Bereich aus, aber die Erwartungen sind unterschiedlich.
Die Einbeziehung von Materialien ist im Übrigen systematisch, nicht nur wegen ihrer funktionalen (physikalischen und chemischen) Eigenschaften, die die Umwandlung in Energie ermöglichen, sondern auch wegen der Strukturelemente (mechanische Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit usw.).
Für weitere Informationen über die Nutzung und Verwaltung von Materialdaten für Ihren Standort zur Energiegewinnung, -erzeugung, -speicherung oder -übertragung wenden Sie sich bitte an BASSETTI Deutschland. Unsere Experten für Materialien im Energiesektor werden Sie bei Ihrem Anliegen unterstützen.
