Aerogel in der Gebäudehülle - USPs Aerogele and Xerogele · Building a sustainable future 1980...
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Building a sustainable future
Willkommen Welcome Bienvenue
Chance Hochleistungsdämmung: Mehr Nutzfläche dank neuer Dämmsysteme auf Aerogelbasis
Dr. Matthias M. Koebel
Building a sustainable future
Building Energy Materials and Components
Ziele der Energiestrategie 2035 und 2050
CH Building Stock 2035
Faktor 3
CH Building Stock today
Energy Import 325 PJ/a
Renewable Energy 71 PJ/a
Energy Import 110 PJ/a
Renewable Energy 130 PJ/a
CO2-Emissions 25 Mio.t
CO2-Emissions 8 Mio.t
Bedarf Reduzieren (WP 1)
Intelligenter Betrieb (WP 2)
Dezentralisierte Energiesysteme (WP 3)
Chancen / Risiken zur Markteinführung (WP 4)
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Aerogel in der Gebäudehülle - USPs
Reduzierte Dämmstärke Platzersparnis Vereinfachte Installation
Nicht brennbar Altert nicht Wasserdampfdiffusionsoffen Unverändertes Erscheinungsbild Keine andere Lösung verfügbar Rückbau / cradle-to-cradle
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Aerogele and Xerogele
Eine fein verteilte 3D Anordnung kolloidaler Teilchen in Luft
Gel: 3D Partikel oder Polymernetzwerk mit einem Porenfluid Aerogel: Das Porenfluid ist Luft Poren im nm Bereich bestimmen Materialeigenschaften Am weitesten verbreitet / bekannt: Silikat Aerogele >90% Porosität (SiO2) Andere Stoffe: Metalloxide, Polymere, Kohlenstoff, Metalle, etc. Geringe Dichte Extrem tiefe Wärmeleitfähigkeit möglich Mechanisch schwach / brüchig
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1980 1990 2000 2010
Supercritical CO2 drying A. Hunt / BASF
First International Aerogel Symposium
J. Fricke ZAE Würzburg
RMF and Carbon Aerogels
R. Pekala Lawrence Livermore N. L.
2020
Aerogel thin films By solvent drying
J. Brinker, D. Smith Sandia N. L.
Hydrophobization and solvent drying
J. Brinker, D. Smith University of New Mexico
First PU
Aerogel
Rik de Vos
Hoechst, Cabot & DOW
Process development, many patents
Cabot Corp. & Aspen Aerogels
Production launch
BASOGEL
BASF
Industrial aerogel
revolution
Aerogelentwicklung ab 1980 bis heute Building a sustainable future
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Prozessentwicklung an der Empa
Vorläufer Sol Gel Organogel Aerogel Kolloidbildung Kondensation
Gelierung (Alterung)
LM Austausch
Chem. Modifi- zierung
Trocknung
Charakterisierungsmethoden
NMR in Lösung In-situ NMR REM/TEM
Licht / Röntgenstreuung In-situ SAXS / CDI
Festkörper NMR Röntgentomographie
Minimierung der Lösemittel- menge und Austauschprozesse
Grosstechnische Betrachtungen verlangen ineinander greifende Prozessschritte
Kontinuierliche Rohstoffherstellung
Geltrocknung (über- / unterkritisch)
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Schlüsselfrage: Wie kann man CAPEX / OPEX minimieren?
Prozessvereinfachung mit Ziel einer minimalen Lösemittelbilanz Hydrophobierungsreagens im Sol enthalten pH als Katalysator für Gelierung (basisch) and Hydrophobierung (sauer)
“Eintopf”-Verfahren Building a sustainable future
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Eigenschaften von “Eintopf” Aerogelen
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Marktsicht: Preis-Absatzkurve
Ökonomisches “Gutenberg” Modell für Oligopole / Monopole z.B. in Nischen: “doppelt geknickte” Preis-Absatzkurve
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Heute: Nische Aerogeldämmung
Wo Platz knapp ist… Historische Gebäude Begehbare Balkone Fenstervorsprung Erker Haustechnik Rollladenkästen
Einzellösungen Kleines Volumen Hoher Zusatznutzen
Bild: Emil Franov, Carbotech AG Bild: AGITEC AG
Bild: AGITEC AG Bild: EVERTEC Solutions
Bild: ANKAWÜ - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=19274854
Bild: Alumat-Frey, Kaufbeuren
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Dämmstoffvergleich – wo stehen wir? Building a sustainable future
Monolithische Aerogele λ ≈ 17 mW/(m·K)
Dämmstoffplatten λ ≈ 17 mW/(m·K)
Granulat (Schüttung) λ ≈ 19 mW/(m·K)
Aerogelmatten λ ≈ 15 mW/(m·K)
Pastös (Dämmputz) λ ≈ 28 mW/(m·K)
Kommerzielle SiO2 Aerogelprodukte
200M CHF/a Aspen Aerogels
30M CHF/a Cabot / Enersens
20M CHF/a Heck / BASF / Aspen
<10M CHF/a Fixit / Haga / Parexlanko
Ab 2018 BASF
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Erfolgsstory: Fixit 222 Aerogeldämmputz Building a sustainable future
Granulat als Plattformtechnologie
Roh- materialien Endkunde
Prozess- technik
SiO2 Vorläufer
Fertiges Produkt Halbzeug
Rohstoffe
Dämmplatten (Bau)
Pastöse Systeme
Rohrleitungen
Automobil / Transport
Industrie / Formteile SiO2
Aerogel-granulat
Her
stel
lpro
zess
Vera
rbei
tung
Schlüsselfaktoren für Erfolg am Markt
Preisreduktion SiO2 Aerogel (Halbzeug)
Schlüsselpartner für Produktentwicklung und Marketing
Flexible Lösungen durch Joint Venture Partnerschaften
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Nutzflächengewinn Neubauszenario Building a sustainable future
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Projekt Hohlstrasse 100
Inklusive 80mm Rahmenverbreiterung
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Wohin geht die Reise?
Produktions- prozesse
Plattform technologien
Kommunikation
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Neuigkeiten in der Fenstertechnologie
Standardlösung Isolierglas: Sonnnenschutz heute:
Doppel / Dreifachverglasung U = 1.0 - 0.9 / 0.7 - 0.6 W/m2 K Soft low-e Beschichtung Gasfüllung Ar, Kr
Rolladen
Markise
Sonnenschutzglas
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Hochisolierende Verglasungen
Vakuumisolierglas (VIG) Mehrkammerglas:
Hochvakuum mit geringem Glasabstand (0.2 – 0.5mm) U = 0.3 – 0.5 W/m2 K Randverbund kritisch Lebensdauer 30a? Chinesische Produkte verfügbar
Bis zu 4 Folien (U = 0.3 W/m K)
Floatglass (< 2mm) Spezielles Dünnglas (0.2-1mm)
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Neue Sonnenschutzsysteme
“Mikrobeschattung”
Produkt “Microshade” (Photosolar DK) Winkelabhängiger g-Wert Starre Installation, keine Kontroll- möglichkeit
Mikrospiegeltechnologie EPFL
Gruppe Dr. Andreas Schüler, LESO Winkelabhängiger g-Wert Im Winter Lichtlenkung in den Raum Skalierung mittels Folientechnologie, “roll-to-roll” Prozess
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Neue Sonnenschutzsysteme
Thermochromes Glas Elektrochromes Glas:
Diverse Produkte (e.g. Ravenbrick, Pleotint - Suntuitive) Thermisch aktiviert Passives Konzept, keine externe Kontrolle
Diverse Produkte (Sage, View E-Control Glas) Elektrisch aktiviert Aktives Konzept, Nutzereingriff möglich
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Zusammenfassung
Aerogele haben herausragende Materialeigenschaften sind aber teuer Empa als Kompetenzpartner
Grundlagenforschung Prozessentwicklung Produktentwicklung
Kostenreduktion durch Prozessvereinfachung in Sicht Potential von Aerogelgranulat in der Produktentwicklung -> Plattformtechnologie Mehr Nutzfläche im Neubau und Retrofit als Chancen? Wie verlässt man die Nische?
Überblick Neuerungen im Fensterbereich (U-Wert und g-Wert)
Markteinführung ist ein steiniger Weg !!
Rohstoff Hersteller Verteiler Systemanbieter Endverbraucher
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Fragen ?