Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTSZiel des Vorhabens ist die Erhöhung der Effizienz und Einsatzdauer von Wasserstoffbrennern durch die Entwicklung keramischer Brennerkomponenten für thermisch und chemisch hochbelastete Bereiche im Brenner. Die konkreten Entwicklungsziele umfassen.
- die Anpassung keramischer Werkstoffe für die Wasserstoffverbrennung
- die Kombination additiver Fertigungskonzepte mit kostengünstigem Diffusionsfügen
- die Designanpassung auf verfahrens- und herstellungsmotivierte Optimierungen
- effiziente Wasserstoffverbrennung für industrielle Prozesse
Das Vorhaben kombiniert drei Entwicklungslinien, die aufeinander abgestimmt zu einer Optimierung bisheriger Wasserstoffbrenner führen.
- Keramische Werkstoffe mit technischer Eignung für die Wasserstoffverbrennung und kostengünstiger Fertigung beim Diffusionsfügen als Keramikfolie
- Diffusionsfügeprozess für keramische Folien unter Einbeziehung moderner additiver Fertigungskonzepte zur Herstellung komplexer Brennerkomponenten
- Integration der keramischen Komponenten in Wasserstoffbrenner und Optimierung des Verbrennungsprozesses
Der Lösungsweg lässt sich für die drei Entwicklungslinien so beschreiben:
Nichtoxidische Keramikwerkstoffe wie SiC, ZrC, B4C sind in reduzierenden Atmosphären bis zu Temperaturen > 2000 °C chemisch und thermisch stabil. Komposite aus solchen Werkstoffen können vorteilhaft an spezifische Prozessanforderungen angepasst werden. Eine optimale Variante dieser Komposite soll innerhalb des Vorhabens identifiziert und die Fertigungstechnologie validiert werden. Die Herstellung von Folien greift auf vorhandenes Know How zurück.
Aus Vorarbeiten sind kostengünstige Möglichkeiten zum Diffusionsfügen von keramischen Folien bekannt. Diese Know How wird auf die zuvor identifizierten Keramikfolien angepasst und in Kombination mit Folienlaserbearbeitung werden schichtweise die erforderlichen Komponenten additiv aufgebaut. Damit kann eine kostengünstige Produktion der Brennerkomponenten erreicht werden.
Aus Sicht der Verbrennungstechnologie werden hochbelastete Komponenten des Brenners identifiziert und ein keramikgerechter konstruktiver Aufbau in Kombination mit einer effizienten Wasserstoffverbrennung generiert. Experimentelle Test führen zu einer weiteren Optimierung der konstruktiven und werkstofflichen Gestaltung der Komponenten. Die Integration der Keramikkomponenten wird parallel optimiert, so dass der Verbrennungsprozess effizienter und zuverlässiger wird. Die Erhöhung der Betriebszeiten der Komponenten schont Ressourcen und verbessert die Nachhaltigkeit der Brenner gegenüber dem Stand der Technik.
Projektdauer: 01.11.2023-30.04.2026
Förderträger: AiF