Mikroskopische Aufnahme magnetischer Domänen: Sie bilden Patchwork-artige Muster in verschiedenen Grautönen.
© Funktionale Materialien, TU Darmstadt

Transregio geht in die zweite Förderperiode

Neue Magnete für nachhaltige Energietechnologien

Superstarke Permanentmagnete für Windräder oder Werkstoffe für die magnetische Kühlung – beide sind unverzichtbar für eine erfolgreiche Energiewende: Neue, optimierte Funktionsmaterialien sind die Eckpfeiler einer emissionsarmen Zukunft. Der bereits seit vier Jahren an der TU Darmstadt und der Universität Duisburg-Essen angesiedelte Sonderforschungsbereich „HoMMage*“ wird ab Januar 2024 für weitere vier Jahre von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.

Leistungsstarke, langlebige und effiziente Permanentmagnete sind essenzieller Kern in Windrädern, Elektroautos und in der Robotik. Wissenschaftler:innen im Sonderforschungsbereich/Transregio „HoMMage“ – ein großer Teil von ihnen von der Universität Duisburg-Essen (UDE) – forschen an neuen, optimierten magnetischen Materialien, denn schon ein um zwei Prozent effizienterer Permanentmagnet in einem Elektromotor führt zu 20 km mehr Reichweite des Fahrzeugs.

Der zweite Schwerpunkt des Forschungsverbunds sind magnetokalorische Materialien: Diese verändern je nach angelegtem äußeren Magnetfeld ihre Temperatur. Intelligent eingesetzt, betreiben sie hocheffizient Kühlschränke und Klimaanlagen ohne klimaschädliche Kühlmittel. Künftig kann die magnetische Kühlung zudem genutzt werden, um den Energieträger Wasserstoff zu verflüssigen und somit überhaupt transport- und lagerfähig zu machen.

In allen benannten Technologien sind effiziente Magnetmaterialien ausschlaggebend, doch beinhalten diese oft Seltene Erden: aufgrund politischer Umstände zeitweise wenig verfügbare – daher teure – sowie meist umweltschädliche Rohstoffe. „Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in HoMMage erforschen und entwickeln daher neue Materialien, die gleichzeitig ressourcenschonend und effizient sind – möglichst ganz ohne Seltene Erden. Der UDE und ihren Partnern gelingt mit diesem Projekt ein wichtiger Beitrag in der Effizienzsteigerung erneuerbarer Energien wie der Windkraft und auch beim Einsatz im wachsenden Anwendungsfeld der Elektromobilität – eine essentielle Voraussetzung für das Gelingen der Energiewende“, so Prof. Dr. Astrid Westendorf, Prorektorin der UDE für Forschung und wissenschaftlichen Nachwuchs.

Dazu entwickeln die Forschenden neue Herstellungsverfahren, indem sie nicht nur einzelne Atome manipulieren, sondern auch, indem sie ganze Werkstücke verformen und umgestalten. Um geeignete Werkstoffkompositionen sowie passende, ressourcenschonende Herstellungswege möglichst genau vorhersagen zu können und Sackgassen zu vermeiden, setzt das Konsortium in der zweiten Förderperiode verstärkt auf Technologien wie Maschinelles Lernen und Additive Fertigung. „An der UDE analysieren wir den atomaren Aufbau magnetischer Materialien mit modernsten physikalischen Methoden in Experiment und Theorie von der Nanoskala bis zum makroskopischen Bauteil und nutzen Additive Fertigung für die Herstellung von Prototyp-Materialien“, erklärt Standortsprecher Prof. Dr. Michael Farle.

HoMMage ist ein Forschungsverbund unter Sprecherschaft der TU Darmstadt (Prof. Dr. Oliver Gutfleisch), stellvertretender Sprecher ist Prof. Dr. Michael Farle (UDE). Weitere Kooperationspartner sind das Max- Planck-Institut für Eisenforschung Düsseldorf, das Ernst Ruska-Centrum für Mikroskopie und Spektroskopie mit Elektronen am Forschungszentrum Jülich sowie die Bergische Universität Wuppertal.

 

* Hysterese-Design magnetischer Materialien für effiziente Energieumwandlung

Im Bild: Einblick ins Material – magnetische Domänen im Mikroskop. Der Maßstab zeigt die Länge von 50 Mikrometern an, das entspricht 0,05 Millimetern.
(Aufnahme veröffentlicht in
Ener et al., Acta Materialia 214, 116968 (2021)).

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Michael Farle, UDE-Sprecher des SFB/TRR 270, Tel. 0203/37 9-2075, michael.farle@uni-due.de

Redaktion:
Dr.-Ing. Sonja Laubach, TU Darmstadt, Tel. 06151/16-22153, sonja.laubach@tu-darmstadt.de
Birte Vierjahn, UDE, Tel. 0203/37 9-2427, birte.vierjahn@uni-due.de

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