Exel Composites und CNIM arbeiten an Glasfaserkomponenten für das weltweit ambitionierteste Fusionsprojekt zusammen

Das globale Pultrusion-Unternehmen Exel Composites arbeitet mit dem französischen Industrieunternehmen CNAM bei der Herstellung von Glasfaserkomponenten für die Magnetstützstruktur des International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), der weltweit größten experimentellen Fusionsanlage, zusammen. Um den hohen Qualitätsanforderungen an die Vorkompressionsringe gerecht zu werden, hat Exel Composites die Herausforderung erfolgreich bewältigt, fehlerfreie pultrudierte Profile mit einer Länge von rund 3 km herzustellen.

Der im französischen Saint-Paul-lez-Durance im Bau befindliche ITER soll zeigen, dass Fusionskraft im kommerziellen Maßstab erzeugt werden kann und eine sichere, ökologisch nachhaltige Energiequelle darstellt. Der ITER wird mithilfe von supraleitenden Magneten eine Wasserstofffusion verwenden, um massive Wärmeenergie zu erzeugen. In den später folgenden kommerziellen Anlagen wird diese Wärme Turbinen zur Stromerzeugung antreiben.

Die aus Verbundwerkstoff gefertigten Vorkompressionsringe sind die zentrale Komponente des Tragwerks des ITER-Magnetsystems. Sie werden den Betrieb der Toroidalfeldspulen sicherstellen, die zur Erzeugung eines magnetischen „Käfigs“ eingesetzt werden, um das superheiße (150 Millionen °C) Plasma einzuschließen. Um die Ermüdung und Verformung der Spulen aufgrund der starken Magnetfelder zu verringern, werden drei Vorkompressionsringe über und drei unter ihnen angeordnet. Für den Fall, dass in der Zukunft ein Austausch erforderlich wird, wird ein zusätzlicher Satz von drei Ringen hergestellt. Die Vorkompressionsringe sind erforderlich, um bei Raumtemperatur maximalen Umfangsspannungen von bis zu 500 MPa standzuhalten. Glasfaser-Epoxid-Verbundwerkstoff mit einem hohen Fasergehalt wurde als das am besten geeignete Material ausgewählt, um solchen extremen Belastungen standzuhalten, elektromagnetische Schwingkreise zu vermeiden und eine lange Lebensdauer zu gewährleisten. Die Verbundwerkstoffringe werden einen Durchmesser von etwa 5 m, einen Querschnitt von fast 30 cm x 30 cm haben und etwas mehr als 3 Tonnen wiegen.

Die Ingenieure des CNIM-Werks in Toulon wurden mit der Entwicklung eines Herstellungsverfahrens für die Ersatz-Vorkompressionsringe und deren anschließende Produktion beauftragt. Das neuartige Verfahren basiert auf pultrudierten Verbundprofilen, die von Exel Composites hergestellt werden. Jeder Ring wird gefertigt, indem ein 2 mm dickes, 2,8 km langes, flaches, pultrudiertes Profil um ein Metallwerkzeug gewickelt wird. Über jede Schicht wird ein 0,12 mm dickes Epoxidklebeband gewickelt. Das fertige Ringgelege wird ausgehärtet und anschließend auf die erforderlichen Endmaße bearbeitet.

CNIM wählte Exel Composites für dieses Projekt aufgrund der bewährten Kompetenz des Unternehmens in der Herstellung von Produkten von höchster Qualität für anspruchsvollste Anwendungen. Exel formulierte ein Hochleistungs-Epoxidharzsystem, das die mechanischen Vorgaben für die Vorkompressionsringe erfüllt und stellte mit zerstörungsfreien Online-Prüfungen sicher, dass die gelieferten 3-km-Profile über die gesamte Länge fehlerfrei waren. Die Handhabung dieser Profillänge stellte eine weitere Herausforderung dar, die Exel durch Aufwickeln des Produkts auf eine speziell gefertigte Spule zur Lieferung an CNIM löste.

CNIM hat bereits eine Reihe von Prototypen hergestellt, die derzeit zerstörungsfreie Prüfungen und Qualifizierungstests durchlaufen. Die Produktion der Vorkompressionsringe im Vollmaßstab wird noch in diesem Jahr beginnen. „Wir sind stolz, den bahnbrechenden ITER-Demonstrator in Vorbereitung der Fusionskraftwerke von morgen unterstützen zu können“, so Kari Loukola, Senior Vice President, Sales & Marketing, Exel Composites. „Dies ist ein weiteres Beispiel des Engagements von Exel für Innovation und Zusammenarbeit mit unseren Kunden im Streben nach neuen Anwendungen für Verbundwerkstoffe.“ Die ITER-Anlage selbst ist jetzt zu 50 % abgeschlossen, und das erste Plasma (Inbetriebnahme) ist für 2025 geplant. ITER-Wissenschaftler sagen voraus, dass Fusionsanlagen bereits 2040 ans Netz kommen könnten.

Hinweise für Redakteure
Die Fusionsforschung zielt auf die Entwicklung einer sicheren, reichhaltigen und umweltverantwortlichen Energiequelle ab. Fusion ist der Prozess, der dafür verantwortlich ist, dass die Sonne und Sterne Energie abstrahlen: Wenn leichte Atomkerne zu schwereren verschmelzen, werden große Energiemengen freigesetzt. Fusionsenergie ist kohlenstofffrei und ökologisch nachhaltig, jedoch viel leistungsfähiger als fossile Brennstoffe. Eine ananasgroße Menge Wasserstoff bietet so viel Fusionsenergie wie 10.000 Tonnen Kohle.

Der ITER ist dafür ausgelegt, die wissenschaftliche und technologische Machbarkeit der Fusionskraft zu demonstrieren und wird die größte experimentelle Fusionsanlage der Welt sein. Es ist das komplexeste Wissenschaftsprojekt der Menschheitsgeschichte. Das Wasserstoffplasma wird auf 150 Millionen Grad Celsius erhitzt, zehnmal heißer als der Kern der Sonne, um die Fusionsreaktion zu ermöglichen. Der Prozess findet in einem torusförmigen Reaktor statt, dem sogenannten Tokamak, der von riesigen Magneten umgeben ist, die das extrem heiße, ionisierte Plasma einschließen, zirkulieren lassen und von den Metallwänden fernhalten. Die supraleitenden Magnete müssen auf -269 Grad Celsius gekühlt werden, so kalt wie der interstellare Raum. Die ITER-Anlage wird von einer wissenschaftlichen Partnerschaft aus 35 Ländern errichtet. Die Spezialkomponenten, insgesamt rund 10 Millionen Teile, werden in Industrieanlagen auf der ganzen Welt hergestellt. Jedes der sieben ITER-Mitglieder – die Europäische Union, China, Indien, Japan, Korea, Russland und die Vereinigten Staaten – fabriziert einen bedeutenden Teil der Maschine. Weitere Informationen zum ITER finden Sie unter www.iter.org.

Exel Composites

Exel Composites ist ein führendes Technologieunternehmen für Verbundwerkstoffe, das auf die Entwicklung und Herstellung von Verbundwerkstofflösungen für anspruchsvolle Anwendungen spezialisiert ist. Exel Composites bietet überlegene Kundenerfahrungen durch kontinuierliche Innovation, erstklassige Betriebseinrichtungen und langfristige Partnerschaften. Im Zentrum der Geschäftstätigkeit von Exel stehen die eigene Technologie, das Produktsortiment und die starke Marktposition des Unternehmens in ausgewählten Marktsegmenten, in denen es ein starkes Qualitäts- und Markenimage besitzt. Profitables Wachstum wird durch die unermüdliche Suche nach neuen Anwendungen und die Entwicklung in Zusammenarbeit mit Kunden verfolgt. Aktien der Exel Composites Plc sind an der Nasdaq Helsinki Ltd. notiert. Weitere Informationen finden Sie unter exelcomposites.com.

CNIM

CNIM, gegründet im Jahr 1856, ist ein weltweit tätiger französischer Ausrüstungshersteller und Industrievertragsdienstleister. Die Gruppe bietet Produkte und Dienstleistungen für führende Unternehmen und Organisationen des öffentlichen und Privatsektors, lokale Behörden sowie nationale Regierungen in den Bereichen Umwelt, Energie, Verteidigung und Hochtechnologie an. Technische Innovation steht Im Mittelpunkt der Ausrüstung und Serviceleistungen des Konzerns, die dazu beitragen, sauberere und wettbewerbsfähigere Energie zu erzeugen, die Umweltauswirkungen industrieller Aktivitäten zu begrenzen, sensible Anlagen und Infrastrukturen zu sichern und sowohl den Einzelnen als auch ganze Nationen zu schützen. CNIM ist an der Euronext-Börse in Paris notiert. Weitere Informationen finden Sie unter cnim.com.

Weitere Informationen

Herr Kari Loukola, Senior Vice President, Sales & Marketing, Exel Composites Tel. +358 40 5040 755 kari.loukola@de.exelcomposites.com