Aerogel in der Gebäudehülle - USPs Aerogele and Xerogele · Building a sustainable future 1980 1990 2000 2010 Supercritical RCO2 Austausch drying A. Hunt / BASF First International

Building a sustainable future

Willkommen Welcome Bienvenue

Chance Hochleistungsdämmung: Mehr Nutzfläche dank neuer Dämmsysteme auf Aerogelbasis

Dr. Matthias M. Koebel


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)



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



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


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


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)



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


Eigenschaften von “Eintopf” Aerogelen



Marktsicht: Preis-Absatzkurve

Ökonomisches “Gutenberg” Modell für Oligopole / Monopole z.B. in Nischen: “doppelt geknickte” Preis-Absatzkurve


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


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


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



Nutzflächengewinn Neubauszenario Building a sustainable future


Projekt Hohlstrasse 100

Inklusive 80mm Rahmenverbreiterung



Wohin geht die Reise?

Produktions- prozesse

Plattform technologien

Kommunikation



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



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)



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



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



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



Fragen ?

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