Herstellung von Aerogelen im Industriemaßstab und ihre Anwendung in neuartigen Dämmmaterialien

Abstract

Die besonderen Eigenschaften von Aerogele in Bezug auf Leichtigkeit, Porosität und Superisolierung machen ihren Einsatz im Baubereich besonders attraktiv. Der Begriff der Superisolation beschreibt ein besseres Isolationsverhalten als Luft. Diese niedrige Wärmeleitfähigkeit, welche aus dem Zusammenspiel von luftgefüllten Poren und skelettartigem Backbone resultiert, ermöglicht eine effizientere und flexiblere Anwendung als Dämmmaterial für Nearly-Zero-Energy-Buildings (nZEB). Darüber hinaus ermöglicht die geringe Dichte der Aerogele auch eine Reduzierung der benötigten Dämmstoffmenge und damit eine Einsparung von Ressourcen. Der limitierende Faktor für die tatsächliche Anwendung von Aerogelen im industriellen Maßstab ist derzeit die Aerogelproduktion. Außerdem sind die Lieferketten für Aerogele noch nicht ausreichend etabliert, um eine breite Marktanwendung zu ermöglichen. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Scale-up der Aerogel-Produktionslinie durchgeführt, um die Produktionskosten für eine breitere Marktanwendung zu senken. Das vollständige Scale-up umfasst die Vergrößerung der einzelnen Herstellungsschritte: Gelierung, Lösungsmittelaustausch und überkritische Trocknung. Auf diese Weise wird eine Produktionskapazität von 50 L lösungsmittelgetauschter Partikel pro Tag und bis zu 2000 L Aerogele pro Jahr angestrebt. Dies beinhaltet eine großtechnische Gelierungs- und Lösungsmittelaustauschanlage, sowie den Einsatz eines 64L-Autoklaven mit einem automatisierten Trocknungsvorgang. Neben dem Scale-up der Produktionsanlage werden in dieser Arbeit verschiedene Methoden zur Anwendung von Aerogelen in Dämmstoffen betrachtet. Ein Schwerpunkt ist die Entwicklung von kohlenstofffaserverstärktem Textilbeton (TRC) mit Sandwichkern aus zellularem Leichtbeton (CLC), der Silika-Aerogele enthält.