PaKerNat

Papiertechnische Keramikkomponenten für nachhaltige Thermoprozesse (PaKerNat)

Wärmebehandlungsprozesse, die bei Temperaturen > 1.000°C ablaufen, sind für knapp die Hälfte des Energieverbrauchs im verarbeitenden Gewerbe verantwortlich.
Die Energieeffizienz von Thermoprozessen wird maßgeblich durch die eingesetzten Feuerfestwerkstoffe bestimmt. Ein grober Richtwert ist 20% der Gesamtenergie.
Feuerfestwerkstoffe werden als Ofenisolierung eingesetzt und bestimmen dadurch die Wärmeverluste an die Umgebung. Außerdem dienen sie als Brennhilfsmittel (BHM) bei der Positionierung des Erwärmungsguts im Ofen. Feuerfestwerkstoffe stehen unter einem extremen Preisdruck.
Leichte, Topologie-optimierte Keramiken mit definierten Mikrostrukturen würden enorme Energieeinsparungen ermöglichen.
Papiertechnische Fertigungsverfahren kombiniert mit Methoden zur Herstellung von Wellpappe ermöglichen signifikante Kostensenkungen durch den höheren Durchsatz.
Trotz erfolgreicher Machbarkeitsstudien ist eine industrielle Umsetzung papierkeramischer Ofenkomponenten noch nicht erreicht worden.

Entwicklung von papierkeramischen Strahlungsschirmen zur Reduzierung der Wandverluste in oxidischen Öfen
Entwicklung von papierkeramischen Flächentragwerken als Brennhilfsmittel (BHM)
Absenkung des BHM-Gewichtes um 60% bei Erhalt von Festigkeit, Kriechbeständigkeit und Thermozykliereigenschaften
Jährliche Brennstoffeinsparungen in Deutschland um 50% (ca. 3 PJ bzw.) <-> Minderung der Treibhausgasemissionen von 165 kt CO2eq
Herstellung je eines Demonstrators für Strahlungsschirme und Brennhilfsmittel (BHM)
Test der Demonstratoren im industriellen Einsatz und Erfassung der Energieeinsparung
Vorbereitung der industriellen Umsetzbarkeit und Ermittlung des Anpassungsbedarfs der Anlagen für die Papier- und Wellpappe-Herstellung
Erproben der Herstellverfahren bis in den Pilotmaßstab

Ermittlung geeigneter Rohstoffe und Partikelgrößenverteilungen mittels computergestützter Verfahren und Datenbanken
Entwicklung und Einsatz effizienter Low-E-Coatings
Design von Mikrostruktur und Tragwerkgeometrie für die papiertechnisch hergestellten Keramiken mittels Mikrostruktur-Simulation und Topologie-Optimierung
Optimierung effizienter Thermoprozesse (Entbindern und Sintern) und deren Übertrag auf industrielle Öfen

Projektlaufzeit	1.2.2023 bis 31.1.2026
Förderung	Bundesministerium für Bildung und Forschung
Fördersumme HTL	540.000 Euro
Projektpartner	Paul Rauschert GmbH & Co. KG OecoPac Grunert Verpackungen GmbH Voith GmbH & Co. KGaA BHS Corrugated Maschinen- und Anlagenbau GmbH Friedrich-Alexander-Universität (FAU), Institut für Werkstoffwissenschaften WW3 Papiertechnische Stiftung (PTS)
Projektkoordination	Fraunhofer-Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL
Projektleitung am HTL	Dr. Holger Friedrich