16/08/2016
Door Ad Spijkers
Er zitten veel voordelen aan thermo-elektrische technologie, maar de kostbare productie van modules staat grootschalige introductie nog in de weg Dat zou wel eens kunnen veranderen.
Thermo-elektrische generatoren zetten restwarmte om in elektrische stroom. Dat maakt productieprocessen efficiënter, auto’s zuiniger en verlaagt uiteindelijk de CO2-uitstoot. Er zitten veel voordelen aan de technologie, maar de kostbare productie van modules staat breedschalige toepassing nog in de weg. Het Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik (IPM) in Freiburg heeft een halfautomatische proeffabriek voor thermo-elektrische hoge temperatuurmodules in bedrijf genomen, die dat bezwaar moet wegnemen.
Proeffabriek
Thermo-elektrische generatoren kunnen stroom uit restwarmte genereren. Integreert men ze in bijvoorbeeld het uitlaatsysteem van verbrandingsmotoren, dan wordt een deel van de anders ongebruikte motorwarmte omgezet in elektrische stroom. Deze ‘Energy Harvesting’ ontlast het elektrisch circuit bij voertuigen en verhoogt het rendement bij kleine warmtekrachtcentrales. Ook in energie-intensieve industrieën zoals bij de staalproductie kan deze technologie een deel van de anders verloren gaande energie in restwarmte nuttig gebruiken.
Dat dit daadwerkelijk mogelijk is, bewijzen het Fraunhofer-IPM en andere onderzoeksinstituten en ook ondernemingen al enkele jaren in de vorm van demonstratieprojecten. Het zwaartepunt van het onderzoeks- en ontwikkelingswerk ligt intussen niet meer op de technologie zelf, maar op de omzetting op industriële schaal.
In dit kader heeft Fraunhofer-IPM een proefproductielijn voor thermo-elektrische hoge temperaturen modulen ontwikkeld en in gebruik genomen. Met deze halfautomatische productielijn kunnen voor het eerst tot 600°C stabiele thermo-elektrische modules in grotere aantallen economischer worden geproduceerd. Heirdoor kunnen demonstratieprojecten en prototypes van complete systemen ook duidelijk goedkoper worden. Complete thermo-elektrische systemen voor benutting van de restwarmte bevatten vaak tot een paar honderd van dergelijke modules.
TE-modules
Met de nieuwe productiekennis toont Fraunhofer IPM het potentieel en de geschiktheid voor toepassing van thermo-elektriciteit aan. Tegelijkertijd is de gedeelte geautomatiseerde productie een belangrijke stap op de weg naar industriële toepassing van thermo-elektrische modules. Dit is een voorwaarde voor massaproductie van de modules en daarmee een daling van de kosten per eenheid product.
Dankzij lagere productiekosten zouden thermo-elektrische generatoren in de nabije toekomst zelf bij kleine kwarmtekrachtcentrales de stroomopbrengst verhogen. Kleine WKK’s worden onder meer gebruikt voor gecombineerde stroom- en warmteopwekking in afzonderlijke gebouwen. Een vergelijkbaar scenario geldt voor het toepassing in condensverwarmers.
In de volgende stap wil Fraunhofer-IPM voor verschillende warmtekrachtcentrales steeeds tot een paar honderd thermo-elektrische modules samenbouwen tot een thermo-elektrische generator, combineren met geschikte warmtewisselaars en aldus de stroomproductie uit hun restwarmte in de orde grootte van kW’s demonstreren.
Achtergrond
Wereldwijd werken onderzoekers onder hoge druk aan het omzetten van restwarmte in stroom. Thermo-elektrische generatoren zijn met name geschikt voor ‘Energy Harvesting’ bij verbrandingsprocessen. Voorwaarden daarvoor zijn efficiënte thermo-elektrische materialen en geoptimaliseerde productieprocessen. Fraunhofer IPM houdt zich al meer dan twintig jaar bezig met de ontwikkeling van thermo-elektrische materialen en modules. Het lukte de onderzoekers onlangs om de materiaalbehoefte voor een module met de helft te reduceren, en dat bij gelijkblijvend vermogen. Met de eerste halfautomatische proefproductie hebben ze een nieuwe mijlpaal bereikt (foto: Fraunhofer IPM).
http://www.ipm.fraunhofer.de/