In „Schallgeschwindigkeit“ zur Energiewende

„Elektrochemische Prozesse laufen mit Schallwellen schneller ab.“

Johannes Landskron, Doktorand am ISAT

„Nachhaltigkeit ist bei uns immer ein Thema.“

Dr. Sabrina Tietze, Geschäftsführerin ISAT.

von Pia Dahlem

IN „SCHALLGESCHWINDIGKEIT“ ZUR ENERGIEWENDE

Am ISAT wird geforscht, wie man akustische Wellen und Sensorik für mehr Nachhaltigkeit einsetzen kann.

Wasserstoff wird als Wundermittel der Energiewende gehandelt. Dadurch können Industrie und Verkehr umweltfreundlicher werden. Ein zentraler Prozess bei der Gewinnung von grünem Wasserstoff ist die Elektrolyse. Bei dieser wird Wasser elektrochemisch in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Johannes Landskron ist Doktorand am Institut für Sensor und Aktortechnik (ISAT). In den letzten Monaten hat er dort viel Zeit im Labor verbracht. Er untersucht gerade, wie man die Herstellung von Wasserstoff optimieren kann. „Durch den Einsatz von bestimmten Schallwellen können wir den Vorgang der Wasserstoffherstellung beschleunigen“, erklärt er. Denn an den Elektroden lagern sich die Wasserstoffbläschen an und verlangsamen so den Prozess der Wasserstofferzeugung. „Die Blasen versperren den Weg zur Elektrode. Durch Schallwellen werden die Elektroden zum Vibrieren angeregt, so dass Mikroströmungen im Wasser entstehen und die Blasen von der Oberfläche entfernt werden.“ Dadurch sind die Elektroden wieder frei und elektrochemische Prozesse laufen insgesamt schneller ab. „Das Verfahren funktioniert überall, wo elektrochemische Prozesse kinetisch gehemmt sind“, fasst Dr. Sabrina Tietze, Geschäftsführerin des ISAT, zusammen. Sie nennt auch gleich ein anderes Beispiel: Energiespeicher wie Redox-Flow- Batterien könnten damit schneller aufgeladen werden.

FORSCHUNGSPROJEKTE MIT SCHALLWELLEN Die Arbeit von Johannes Landskron läuft im Rahmen des Forschungsprojektes „Akustische Aktorikeinheit zur Beschleunigung elektrochemischer Grenzflächenprozesse“, kurz AKUREAKIN. Das Validierungsprogramm wird durch das Bayerische Wirtschaftsministerium gefördert. Neben schnellerer Ladezeit von Energiespeichern oder dem verbesserten Wirkungsgrad bei der Wasserstoffelektrolyse kann diese Technologie in der Industrie eingesetzt werden. „Durch dieses Verfahren werden der Elektropolier- und Galvanisier-Prozess bei metallischen Werkstücken beschleunigt oder Schichteigenschaften verbessert“, so der Doktorand. In diesem Themenbereich bewegt sich noch ein weiteres Forschungsprojekt des ISAT: BeGaW, „Beschleunigung der galvanischen Abscheidung bei industriellen Prozessen mittels geführter akustischer Wellen“. Es gehört zum Förderprojekt „Strukturimpuls Forschungseinstieg“ des Bayerischen Wissenschaftsministeriums. Dabei geht es darum, Oberflächen von strukturierten Bauteilen durch den Effekt der Schallwellen gleichmäßiger zu beschichten. „Damit könnte die Qualität der Beschichtungen in den Löchern von Lochplatinen verbessert werden“, erklärt Johannes Landskron. Spannend ist dieses Verfahren auch, wenn es um Energieeinsparung in der Produktion geht: „Wir konnten erreichen, dass Beschichtungsprozesse, die sonst eine Woche dauern, wesentlich schneller ablaufen. Das spart sehr viel Energie“.

NACHHALTIGKEIT AUF DEN ZWEITEN BLICK Bei vielen Forschungsprojekten des ISAT geht es um Prozessoptimierung. „Beim Einsatz unserer Technologie in der industriellen Praxis ist nicht immer auf den ersten Blick zu erkennen, was sie mit Nachhaltigkeit zu tun hat. Spätestens auf den zweiten Blick ist sie jedoch immer ein Thema“, sagt Dr. Sabrina Tietze. Dazu nennt sie noch ein Beispiel: „Durch den Einsatz von Laserakustik kann der Zustand einzelner Bauteile direkt im Prozess überwacht werden.“ So kann eine hohe Qualität gesichert und unnötiger Ausschuss vermieden werden. Das wiederum schont Ressourcen. Neben der Entwicklung eigener Sensoren hilft das ISAT auch Unternehmen, aus ihren bestehenden Sensoren mittels KI-Methoden mehr Informationen herauszuholen und so ihre Industrieanlagen nachhaltiger zu gestalten.