Hauptpreis (CHF 10'000): «Hivoduct»

Ein Team des IET Institut für Energietechnik der OST um Prof. Dr. Michael Schueller hat eine luftisolierte Stromleitung entwickelt, die die Vorteile von Kabeln und Hochspannungs-Freileitungen kombiniert – sie kann unterirdisch verlegt werden und bietet genug Strom-Übertragungskapazität für künftige Netzausbau-Schritte. «Wir konnten damit eine verlustarme, unsichtbar verlegbare und einfach installierbare Lösung für den dringend nötigen Ausbau von Stromnetzen und für energieintensive Industrien entwickeln», so Schueller.

Für den viel diskutierten Umbau unseres elektrischen Energiesystems sind zukünftig mehr denn je starke elektrische Netze nötig. Ohne neue starke Netzverbindungen mit hoher Übertragungsleistung sind die gesetzten Ziele technisch nicht zu erreichen.

Der Netzausbau ist laut Schueller jedoch kein technisches, sondern ein gesellschaftliches Problem. Neue Leitungen stossen meist auf grossen Widerstand vor allem wenn es sich um eine Freileitung handelt. Alles an nötigem Ausbau «unsichtbar» unter Grund mit Kabeln zu realisieren damit der gesellschaftliche Widerstand kleiner ist, ist technisch keine gute Lösung da die Übertragungskapazität von Kabelsystemen in Vergleich zu Freileitungen vergleichsweise klein ist.

Das erfolgreiche Projekt setzt auf das Prinzip einer gasisolierten Leitung (GIL). Diese Technologie verbindet die Vorteile von Kabel- und Freileitungen, kann also unterirdisch verlegt werden und hat eine ausreichend grosse Übertragungskapazität. GIL kamen aufgrund des bis jetzt verwendeten Isoliergases SF6 nicht zum Einsatz, da SF6 ein etwa 23'000-mal stärkeres Treibhausgas ist als CO₂.

Das Team des IET hat es geschafft, eine umweltverträgliche GIL zu entwickeln, die mit Luft statt mit SF6 betrieben werden kann. Wegen der viel schlechteren elektrischen Eigenschaften von Luft war das eine grosse Herausforderung. Entsprechend stolz ist das Team darauf, ein elektrisch funktionierendes Hochspannungsdesign mit Luft als Isolator entwickelt zu haben, obwohl Luft etwa achtmal weniger gut isoliert als SF6. Die Chancen stehen gut, dass diese Art von Stromleitungen eine wichtige Rolle im Netzausbau in der Zukunft einnehmen werden. Neben einer Pilotanlage im Zürcher Seefeld wird die neue Leitungstechnologie bereits in einer Hochstromanlage in Deutschland eingesetzt. Zudem planen die SBB den Einsatz in einem Umspannwerk.

Anerkennungspreis (CHF 6'000): «SelfCat»

Prof. Dr. Andre Heel konnte sich bei der diesjährigen Preisverleihung über einen «kleinen Hattrick» freuen – er ist zum dritten Mal in Folge unter den FUTUR-Preisträgern vertreten. Er und sein Team für Advanced Materials & Processes haben einen selbstregenerierenden Katalysator entwickelt. Im Umwelt- und Energiesektor nehmen Katalysatoren eine Schlüsselrolle bei der Abgasreinigung und bei der Produktion von nachhaltigen Energieträgern wie synthetisches Kerosin oder Benzin ein. Durch hohe Temperaturen und Katalysatorgifte wie Schwefel werden aktuelle Katalysatoren mit der Zeit deaktiviert und müssen regelmässig ausgetauscht werden. Dadurch entstehen hohe wirtschaftliche Kosten, zudem muss für den Austausch der Katalysatoren der Betrieb in Anlagen regelmässig eingestellt werden.

Dem Team des UMTEC ist es mit SelfCat gelungen, dieses Problem zu lösen. Entwickelt wurde ein selbstregenerierender Katalysator, der an verschiedene Anwendungen wie z.B. die Abgasreinigung, PtX-Verfahren oder Brennstoffzellen & Elektrolyseure anpassbar ist. Für die revolutionäre Selbstregeneration reicht es, den Katalysator einem abwechselnden chemischen Stimulus aus Luft und Wasserstoff auszusetzen, um die mikrostrukturellen und katalytischen Degradationen rückgängig zu machen. «Etwas vereinfacht ausgedrückt reicht es also, wenn der Katalysator kurz bei hoher Temperatur gelüftet wird, um ihn in seinen Originalzustand zurückzuversetzen», so Heel. Danach sind die Katalysatoren wie neu, weisen wieder Hochleistungs-Umsätze auf und müssen nicht ausgetauscht zu werden, was die Umwelt und Rohstoffe schont.

Heel liess durchblicken, dass konkurrierende Forschungspartner Zweifel an dieser bahnbrechenden Innovation angemeldet hatten, so dass «wir extra zusammen mit dem Paul-Scherrer-Institut den Beweis an deren SuperXAS Beamline am SLS (Swiss Light Source) erbracht und publiziert haben», so Heel. Für verschiedene Katalysator-Typen im Temperaturbereich zwischen rund 300 bis 800 Grad reiche die für die Regeneration benötigte Zeitspanne von wenigen Millisekunden (z.B. bei Fahrzeug- und Kraftwerk-Katalysatoren) bis hin zu wenigen Stunden (z.B. für Katalysatoren in der Wasserstoffproduktion).