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SI/502222
Realisierung des Funktionsmusters K2 des Thermo-Magnetischen Motors (TMM)
Zusammenfassung
Der Thermo-Magnetische Motor (TMM) der Firma Swiss Blue Energy (SBE) wandelt Abwärme unter 80 °C in emissionsfreie Elektrizität um. Im ersten Funktionsmuster TMM K1 wurde das physikalische Prinzip nachgewiesen, durch Nutzung des CURIE-Effekts eine Drehbewegung zu erzeugen. Der Leistungsbedarf der Hilfsantriebe des TMM K1 war jedoch in vielen Betriebspunkten noch grösser als die erzeugte Ausgangsleistung. Die Arbeiten im vorliegenden Projektantrag haben die Realisierung des Funktionsmusters TMM K2 zum Ziel, mit welchem eine positive Gesamtenergiebilanz bei einer elektrischen Ausgangsleistung von mind. 1 kW erreicht werden soll. Daneben sind zukunftsweisende Entwicklungsschritte vorgesehen, die wichtige Erkenntnisse liefern für den anzustrebenden mehrstufigen Betrieb in Kombination mit neuartigen magnetokalorischen Materialien und damit eine Effizienzsteigerung ermöglichen.
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Publikationen / Ergebnisse
Abwärme in grossen Mengen. Abwärme unter 80 °C wird heute in der Regel zur Bereitstellung von Warmwasser oder Heizenergie genutzt, Niedertemperaturwärme könnte künftig aber auch zur Stromerzeugung herangezogen werden. Wie das in der Praxis gelingt, zeigen Ingenieure der Aargauer Swiss Blue Energy AG mit dem Funktionsmuster eines Thermo-Magnetischen Motors. Bis zur industriellen Reife des neuartigen Kleinkraftwerks ist allerdings noch ein weiter Weg.
Schlussbericht
Im Rahmen des vorliegenden Projektes hat Swiss Blue Energy mit dem TMM K2 erstmals einen Thermo-Magnetischen Motor (TMM) mit signifikanter elektrischer Nettoleistung entwickelt, der Abwärme auf einem Temperaturniveau von 60 °C in mechanische Energie umwandelt. Damit wurde ein weltweit einzigartiger Meilenstein erreicht. Einerseits konnte der äusserst wichtige Proof of Technology erbracht werden und andererseits wird der TMM K2 helfen, die Bekanntheit und Attraktivität der TMM-Technologie weiter zu steigern. Durch ein neuartiges Strömungskonzept mit deutlicher Reduzierung der Druckverluste gegenüber früheren Anlagen konnte das Back Work Ratio (BWR) um mehr als eine Grössenordnung auf ca. 0.1 verringert werden und damit eine elektrische Nettoleistung in der Grössenordnung von 500 W erzielt werden. Daneben wurde die Separierung der kalten bzw. warmen Fluidströme umgesetzt, sodass das Potential für den mehrstufigen Betrieb (Kaskadierung) rechnerisch abgeschätzt wer-den konnte. Unterstützt wurde Swiss Blue Energy massgeblich durch die Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW), welche die Auslegung der Komponenten durch numerische Simulationen begleitete und für die messtechnische Validierung der Berechnungen hochauflösende Temperaturmessungen der Materialerwärmung/-kühlung bzw. Rotordurchströmung ermöglichte. Für zukünftige Anwendungen bzw. Weiterentwicklungen der TMM-Technologie wird der Fokus aus Effizienz- und Kostengründen auf neuartigen magnetokalorischen Materialien liegen und den damit verbundenen Prozessentwicklungen. Auf dem Gebiet der Materialforschung und -entwicklung arbeitet Swiss Blue Energy intensiv mit internationalen Partnern, primär mit der Technischen Universität Delft, zusammen, um mittelfristig effiziente und preisgünstige Alternativen zum derzeit verwendeten Material (Gadolinium) einsetzen zu können. Swiss Blue Energy ist somit bestens aufgestellt, um zukünftige Schritte in Richtung eines effizienteren und leistungsstärkeren Prototyps angehen zu können.
Projektdetails
- Forschungsstelle
- BFE
- Projektstatus
- Abgeschlossen
- Projekttyp
- Forschungsprojekt
- Startdatum
- 2021-02-28
- Enddatum
- 2023-01-30
- Bewilligte Gesamtkosten
- CHF 216784.00
- Sektion
- Elektrizitätstechnologien
- NABS Politikbereich
- Erzeugung, Verteilung und rationelle Nutzung der Energie