Nachhaltiger Umgang mit innovativen Werkstoffen
Seit 20 Jahren treibt va-Q-tec mit dem Einsatz innovativer und umweltfreundlicher Vakuumisolationspaneele (VIPs) verschiedene Branchen voran und leistet somit einen großen Beitrag für Innovationen und Nachhaltigkeit. Ziel ist die Einsparung ganzer Kraftwerke durch die weltweite Anwendung der Vakuumisolationspaneele von va-Q-tec, die dazu beitragen, dass weniger Energie verbraucht wird.
Hohe Ansprüche an Werkstoffe
va-Q-tec entwickelt, produziert und vertreibt u.a. Vakuumisolationspaneele, die dem in die Plattenform übertragenen Prinzip der Thermoskanne entsprechen. Die thermisch-isolierende Wirkung einer doppelwandigen Thermoskanne wird im Wesentlichen durch ein Vakuum im Inneren erreicht. Durch die zylindrische Form kann relativ einfach ein druckstabiler Körper gefertigt werden, der der Last des Luftdrucks widersteht. Im Fall der VIPs sorgt ebenfalls ein Vakuum im Inneren für die hervorragenden Isolationseigenschaften. Ein offenporiges Material wird von einer dünnen Barrierefolie umhüllt und evakuiert, d.h. luftleer gepumpt. Hierbei muss das Material, aufgrund der ebenen Form der VIPs, als Stützkörper fungieren, der die Last des Luftdrucks aufnimmt und dabei nur noch eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Wichtig sind auch möglichst geringe Porengrößen. Der Grund ist, dass durch die geringen Abstände zwischen den Porenwänden im Material die freie Weglänge von Luftmolekülen begrenzt wird. Das heißt, je kleiner die Poren im Material, desto geringer die Anforderungen an die Qualität des Vakuums, da kein effizienter Wärmetransport durch eingeschlossene Luftmoleküle mehr möglich ist. Besonders gut geeignet zur Verwendung in VIPs ist pyrogene Kieselsäure (synthetisches, amorphes SiO2). Das Pulver lässt sich zu stabilen Platten verpressen und weist aufgrund geringer Porengrößen bereits bei Umgebungsdruck und 25° C mit etwa 0,020 W/(m·K) eine geringere Wärmeleitfähigkeit als ruhende Luft (0,026 W/(m·K)) auf. Durch ein grobes Vakuum von 100 mbar kann die Wärmeleitfähigkeit bereits auf etwa 0,008 W/(m·K) reduziert werden, während nach der vollständigen Evakuierung, für Gasinnendrücke ≤ 5 mbar, etwa 0,004 W/(m·K) erreicht werden. Die eingesetzten Barrierefolien, mit nanoskaligen Sperrschichten bedampfte Kunststoffe, ermöglichen sehr geringe Druckanstiege. Hierdurch sind im Fall von pyrogener Kieselsäure, je nach Anwendungsbedingungen, Lebensdauern von mehr als 50 Jahren möglich.
Nachhaltige und innovative Materialien
Die Suche nach neuen, nachhaltigen Werkstoffen, die sich zum Einsatz in VIPs eignen, richtet sich nach den oben genannten Merkmalen. Ziel der Suche ist es, durch die Kombination aus nachhaltigen, nachwachsenden Rohstoffen, die mit möglichst wenig Energie- und Ressourcenverbrauch sowie Emissionsausstoß hergestellt werden können, einen neuen, Hightech-Dämmstoff zu entwickeln, der sich als Kernmaterial in VIPs einsetzen lässt, aber auch in nicht-Vakuum Anwendungen niedrige Wärmeleitfähigkeiten aufweist. Als Vorbild dient dabei pyrogene Kieselsäure. Derzeit wird jedoch auch intensiv daran geforscht, die spezifischen Vorteile weiterer Materialklassen, wie die der Aerogele oder Polymerschäume, mit denen der pyrogenen Kieselsäure zu kombinieren. Hierdurch könnte ein Dämmstoff entstehen, der nicht nur sehr geringe Wärmeleitfähigkeiten und lange Lebensdauern ermöglicht, sondern auch aufgrund sehr geringer Dichten Material- und Transportkosten einspart.
Das druckstabile Kernmaterial der VIPs besteht aus einem verpressten, mikroporösen Pulver. Der Pulverkern ist mit einer Hochbarrierefolie unter Anwendung einer speziellen Technik gasdicht verpackt und evakuiert, d. h. luftleer gepumpt. VIPs sind durch die verwendete Spezialfolie auch automatisch vor Eindringen von Luft und Wasserdampf geschützt.
Wiederverwendetes Material spart Ressourcen
Zwar bildet Siliciumdioxid als Teil der Silikate (SixOy) oder in reiner Form als Quarz (SiO2) den Hauptbestandteil der Erdkruste, doch der aufwendige und energieintensive Herstellungsprozess von pyrogener Kieselsäure erfordert, dass achtsam mit dem Werkstoff umgegangen werden muss. Die in VIPs verwendete pyrogene Kieselsäure, welche durch Verbrennung von Silanen bei hohen Temperaturen gewonnen wird, lässt sich bereits heute einfach recyceln und wieder als Kernmaterial für VIPs verwenden. So können Produktionsausschüsse oder anfallender Staub aus Filteranlagen wieder aufbereitet und dem Produktionsprozess zugeführt werden, sodass der wertvolle Werkstoff nahezu vollständig von anderen Abfallströmen getrennt werden kann. Je nach Anwendung und Produkt sind dabei Recycling-Anteile von 20-30 Gew. % problemlos möglich. Dies spielt gerade jetzt, vor dem Hintergrund immer weiter steigender Rohstoffkosten, langen Lieferzeiten und der Notwendigkeit von ressourcen- und energieeffizienten Produkteigenschaften, eine besonders große Rolle.
Ansprechpartner
Nicola Brzoska-Steinhaus
va-Q-tec AG
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nicola.brzoska-steinhaus@va-q-tec.com
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Über va-Q-tec
va-Q-tec ist Pionier hocheffizienter Produkte und Lösungen im Bereich der thermischen Isolation und der
TempChain-Logistik. Das Unternehmen entwickelt, produziert und vertreibt hocheffiziente und damit dünne Vakuumisolationspaneele zur Dämmung sowie thermische Energiespeicherkomponenten zur zuverlässigen und energieeffizienten Temperaturkontrolle. Darüber hinaus fertigt va-Q-tec durch die optimale Integration von VIPs und PCMs passive thermische Verpackungssysteme, die je nach Typ ohne Zufuhr von externer Energie konstante Temperaturen bis zu 200 Stunden halten können.