Was ist die Innovation?

Mit Hilfe numerischer Strömungssimulationen wird die Effizienz von Lufttexturierdüsen zur Herstellung von Kunstfasern für die Textilindustrie verbessert:

Die komplexe Luftströmung innerhalb der Lufttexturierdüsen wird am Computer numerisch berechnet (Navier-Stokes-Gleichungen) und kann nun im Detail analysiert werden. Einflüsse von verschiedenen Parametern wie z.B. Betriebsdruck oder Veränderungen der Düsengeometrie auf die Luftströmung können somit am Computer visualisiert und beurteilt werden. Dies ist Stand der Technik.

Die Neuheit in diesem Projekt stellt aber die Verwendung des sogenannten Adjoint-Solvers dar. Mit diesem Verfahren ist es möglich, eine auf eine bestimmte Zielgrösse optimierte Geometrie mathematisch herzuleiten und numerisch zu lösen. Dies bedeutet einen enormen Vorteil gegenüber bisherigen Vorgehensweisen wie ausgedehnte Laborversu-he, trial-and-error Verfahren oder sehr aufwändigen Parameterstudien, da mit diesem Verfahren das Ziel innerhalb kürzerer Zeit, mit weniger Aufwand und ohne spezifisches Wissen über die komplexen Strömungsvorgänge in einer Apparatur erreicht werden kann.

Die Reduktion des Luftverbrauchs um 25% bei gleichbleibender Texturierleistung konnte im Labor anhand von Prototypen nachgewiesen werden.

Der sogenannte Adjoint-Solver – ein automatisierbarer Geometrieoptimierungs-Algorithmus im Bereich der numerischen Strömungssimulation (CFD) – konnte erfolgreich angewandt werden.

Noch keine, da erst im Prototypenstadium

Welche CO₂-Einsparung wird prognostiziert?

Der gesamte Energiebedarf für die Druckluftbereitstellung für Lufttexturierdüsen wird auf weltweit 1.5 GW geschätzt. Dieser Energiebedarf wird in den Textilproduzierenden Ländern wie China, Indien oder Bangladesch grösstenteils aus fossilen Brennstoffen bereitgestellt. Mit der Annahme, dass durch diese Art der Stromerzeugung im Schnitt 1 kg CO₂ pro Kilowattstunde emittiert werden, ergeben sich jährliche CO₂ Emissionen von 13 Millionen Tonnen. Werden im Laufe der Zeit alle Lufttexturierdüsen auf den Stand der nächsten Generation mit 25% höherer Effizienz gebracht, bedeutet dies eine Einsparung von weltweit 3.3 Millionen Tonnen CO₂ jährlich.

Welche Herausforderungen durchlief das Projekt?

Verschiedene Düsen sollten mit diesem Verfahren optimiert werden. Nicht bei allen eignet sich die angewandte Methode gleichermassen. Dies hat damit zu tun, dass sich nicht alle Zielgrössenoptimierungen gleichermassen mathematisch formulieren und numerisch lösen lassen, z.B. wegen vorhandenen Symmetrien in der Geometrie oder der Strömung.

Durch die neuen Lufttexturierdüsen kann der Energiebedarf für die Druckluftbereitstellung weltweit um ca. 375 Megawatt reduziert werden. In den produzierenden Ländern wie China, Indien oder Bangladesh (in welchen die Stromerzeugung hauptäschlich aus fossilen Brennstoffen erfolgt) bedeutet dies weniger Schadstoffausstoss.