Aus der Branche

Fraunhofer UMSICHT entwickelte im Auftrag des Forum Rezyklat ein Circular Economy Planspiel, um zusammen mit Unternehmen praxisnahe Lösungen für geschlossene Verpackungskreisläufe zu identifizieren, für die es bisher noch keine zirkulären Stoffströme gibt. Die Ergebnisse wurden veröffentlicht und stehen allen Interessierten kostenfrei zur Verfügung.

Die Verwirklichung einer Circular Economy im Bereich Verpackungen erfordert eine enge Zusammenarbeit entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Die im Forum Rezyklat mitwirkenden Stakeholder für einen nachhaltigen Verpackungskreislauf haben es sich zur Aufgabe gemacht, gemeinsam praxisnahe Lösungen für geschlossene Verpackungskreisläufe zu schaffen und allen Beteiligten zugänglich zu machen. Für die Stoffströme Papier, Pappe, Kartonage (PPK), Glas sowie den Kunststoff PET gibt es bereits etablierte Kreisläufe am Markt. Fraunhofer UMSICHT erhielt daher vom Forum Rezyklat den Auftrag, gemeinsam mit den Mitgliedsunternehmen aktuelle Herausforderungen für die Weiterentwicklung des Verpackungskreislaufs sowie konkrete Handlungsmöglichkeiten zu identifizieren. Das Forum Rezyklat hat dabei im Rahmen eines Planspiels Stoffströme in den Fokus gerückt, für die noch keine funktionierende Kreislaufwirtschaft vorliegt. Das Ergebnisdokument steht nun kostenfrei für alle Interessierten hier zur Verfügung.

Mitgliederbefragung und Backcasting: Kreislaufwirtschaft im Jahr 2035
Fraunhofer UMSICHT setzte bei der Durchführung auf Methoden, die den Austausch zwischen den Beteiligten förderten, kreative Lösungsansätze ermöglichten und die Entscheidungsfindung erleichterten. So wurden zunächst sämtliche Mitgliedsunternehmen des Forums über eine Befragung vorab in den Prozess des Planspiels eingebunden. Die repräsentative Befragung enthielt 19 qualitative und quantitative Fragen. Aus den gut 70 Mitgliedsunternehmen des Forum Rezyklat nahmen 50 Vertreter*innen teil. Das Lenkungsteam des Forums hatte anschließend zur Aufgabe, Handlungsfelder zu priorisieren und relevante Whitespots auszumachen, die zum Schließen der Kreisläufe im Zukunftsszenario erforderlich sind. Fraunhofer UMSICHT führte dazu mit dem Team das Planspiel als dreistündigen Präsenzworkshop durch. Methodischer Kern war die Backcasting-Methode, inhaltliche Basis die zuvor durchgeführte Mitgliederbefragung, ergänzt um Ergebnisse aus dem Strategieprozess des Forums. Die Daten sollten so aufbereitet und in das Spiel integriert werden, dass sie von den Teilnehmer*innen übersichtlich und schnell erfasst werden konnten, um eine effiziente, transparente und partizipative Arbeitsweise zu gewährleisten.

Das Lenkungsteam einigte sich zunächst in einer offenen Diskussion auf 2035 als kritisches Jahr für die Zielerreichung. Die „Packaging and Packaging Waste Regulation“ der EU, kurz PPWR, und die dort angedachten Zielzeiträume dienten hierfür als Grundlage. Die mit der Befragung vorbereitete und während des Planspiels erfolgte Analyse ergab in erster Linie die Priorisierung des Stoffstroms von Polypropylen-Flexmaterialien, kurz PP-flex. Das Material wird als besonders relevant für die Schließung von Kreisläufen angesehen. Ziel der weiteren Aktivitäten ist es jetzt, Parameter zu erarbeiten, die zur Schließung des Recyclingkreislaufs bei PP-flex notwendig sind.

Herausforderungen und Lösungen für zukunftsfähige Verpackungen
Das Forum sieht in einer Reihe von Maßnahmen Schlüsselansätze, um die Kreislaufführung von PP-flex zu verbessern. Dazu gehören die Entwicklung wirtschaftlicher Anreizsysteme, eine stärkere Fokussierung auf recyclinggerechtes Design sowie die Förderung von Monomaterialien. Gleichzeitig sollen bestehende Forschungslücken, etwa im Bereich der Trennbarkeit von Druckfarben, geschlossen werden. Eine engere Zusammenarbeit mit externen Fachleuten aus Wirtschaft und Wissenschaft wird ebenfalls als entscheidend für den Erfolg angesehen.

Im Rahmen des Planspiels identifizierten die beteiligten Expert*innen auch mehrere Herausforderungen, die bis 2035 gelöst werden müssen, um die angestrebte Kreislaufwirtschaft zu erreichen. Im technologischen Bereich ist insbesondere die weitere Verbesserung von Sortier- und Recyclingprozessen erforderlich, um qualitativ hochwertiges PP-flex-Rezyklat herzustellen. Marktseitig zeigt sich, dass verändertes Verbraucherbewusstsein und aktuelle wirtschaftliche Bedingungen die Nachfrage nach Rezyklaten begrenzen, während das Angebot steigt. Zudem wird erwartet, dass Rezyklate mittelfristig weiterhin teurer bleiben als Neumaterialien. Darüber hinaus betonten die Teilnehmer:innen die Notwendigkeit regulatorischer und wirtschaftlicher Anreize, um den Einsatz von Rezyklaten gezielt zu fördern. Gleichzeitig wiesen die Befragten in über 320 Freitextantworten auf konkrete Schwierigkeiten speziell bei der Kreislaufführung von Verpackungen im Food-Bereich und Unklarheiten beim Einsatz von Daten und Digitalisierung hin.

Die Einschätzungen der Mitgliedsunternehmen zu Herausforderungen und Abhängigkeiten deckten sich im Wesentlichen mit den Einschätzungen des Lenkungsteams. Den im Lenkungsteam ermittelten zukünftigen Handlungsfeldern stimmten wiederum Vertreter*innen der Mitgliedunternehmen bei einer Ergebnispräsentation durch Fraunhofer UMSICHT zu. Diese in sich konsistente Einschätzung zu bestehenden Lücken und notwendigen Aktivitäten wird als wichtige Voraussetzung für eine hohe unternehmensübergreifende Teilnahmebereitschaft angesehen, um weitere Schritte gemeinsam anzugehen.

Fraunhofer UMSICHT präsentiert auf der Messe BAU vom 13. bis zum 17. Januar 2025 seine Expertise im Bereich der Pilzwerkstoffe als biogene Materialquelle auf dem Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Allianz Bau Anwendungsbeispiele verdeutlichen, wo Werkstoffe aus Pilzmyzel einsetzbar sind. Unter dem Motto »FungiFacturingArt« stellen die Wissenschaftler*innen zudem im Inneren eines »Innovation Cubes« verschiedene künstlerische Exponate aus Myzelmaterial aus.

Die Fraunhofer-Allianz Bau präsentiert unter dem Motto »ZukunftsMissionBau – bezahlbar.nachhaltig.sicher« Innovationen zu diesen drei wichtigen Transformationsbereichen des Bauens: Nachhaltigkeit, Produktivität und Sicherheit/Resilienz. Die beteiligten Fraunhofer-Institute stellen vor, wie beispielsweise Produktionsgewinne mittels Digitalisierung oder KI zu erreichen sind, mit welchen CO2-negativen Verfahren und Baustoffen energiepositive Gebäude, Quartiere oder Städte entstehen können, oder welche Lösungen es bereits für mehr Resilienz gegen den Klimawandel durch kreislauffähige Produktdesigns gibt.

Potenziale des Myzelmaterials
Pilzmaterialien haben das Potenzial, Ressourcen- und Klimaschutz in nachhaltigen Produkten umzusetzen. Das Institut bietet ein Myzeltechnikum mit leistungsstarker Infrastruktur für Materialhandling, Wachstum und Prototypenbau.

Auf der Messe BAU können die Besuchenden erste konkrete Anwendungsbeispiele kennen lernen - u.a. auch ein 1 mal 1,2 Meter großes Fassadenelement, das das Fraunhofer ISE und Fraunhofer UMSICHT im Projekt Bau-DNS entwickelten. Es ist ein vorgefertigtes Fassadenelement, das Integrierte Photovoltaik, Stromgewinnung, Wetterschutz und Wärmedämmung aus Pilzmaterial in sich vereint.

Darüber hinaus sind im Inneren eines »Innovation Cubes« verschiedene künstlerische Exponate aus Myzelmaterial zu sehen. Im Rahmen des Projekts FungiFacturingArt - gefördert vom Fraunhofer-Netzwerk Wissenschaft, Kunst und Design – bringen der Vortrag »Behind the artist« (14. Januar, 14:20 Uhr) und ein Mitmachworkshop »Meet the artist: Pilze als Baustoff – Myzel als Wegbereiter in eine nachhaltige Zukunft?« (14. Januar, 14:40 Uhr) das Thema den Messebesuchenden näher.

In der Wasserstoffwirtschaft spielt Ammoniak eine wichtige Rolle als Transport- und Speichermedium. Vielversprechende Lösungen für dessen Einsatz als Energievektor werden aktuell im Fraunhofer-Leitprojekt AmmonVektor entwickelt. Doch wie groß sind die Potenziale? Und wo liegen die Grenzen? Der Workshop »Ammoniak – DIE Lieferkette für die Wasserstoffwirtschaft?!«, am 30. Oktober in Oberhausen, gibt einen Überblick über die neuesten Technologien und Entwicklungen und liefert Impulse für die Energiewende.

Der industrielle Bedarf an Strom und Prozesswärme in Deutschland ist immens und wird ohne Importe nachhaltig erzeugter Energieträger nicht gedeckt werden können. Ein solcher Energieträger der Zukunft ist Wasserstoff. Auf dem Weg zu einer Wasserstoffwirtschaft gibt es noch viele offene Fragen. Eine davon ist, wie die Versorgung mit grünem Wasserstoff in der Fläche aussehen kann. Lösungen für die logistischen Herausforderungen werden im Rahmen von AmmonVektor entwickelt. Das Fraunhofer-Leitprojekt setzt auf Ammoniak als sogenannten Energievektor, der sich in seiner flüssigen Form technisch einfach und ohne großen Energieaufwand transportieren lässt. Ein weiterer Vorteil ist, dass Ammoniak durch die Düngemittelproduktion bereits über eine weltweite Transportinfrastruktur verfügt.

Forschende aus den acht Fraunhofer-Instituten ICT, IGB, IKTS, IML, IMM, IMW, ITWM und UMSICHT betrachten über einen Zeitraum von drei Jahren die gesamte Wertschöpfungskette: »Es entstehen Reaktoren und Katalysatoren für eine flexible, energieeffiziente Ammoniak-Synthese. Zudem entwickeln wir Technologien für die Spaltung von Ammoniak und dessen Nutzung zur Erzeugung von Strom, Wärme und Bewegung«, erklärt Dr.-Ing. Andreas Menne von Fraunhofer UMSICHT, das die Projektleitung innehat. Ebenfalls werden Speicher- und Logistikkonzepte erstellt und Geschäftsmodelle entworfen. Alles unter der Zielsetzung, in Zukunft Wasserstoff dezentral verfügbar zu machen.

Die gesamte Wertschöpfungskette
AmmonVektor umfasst insgesamt fünf Teilprojekte. Das erste Teilprojekt beschäftigt sich mit der Entwicklung von Prozessen, die den Betrieb von dezentralen Anlagen für die lastflexible und bedarfsorientierte Ammoniaksynthese ermöglichen. Im zweiten Teilprojekt werden sichere Logistikalternativen und Szenarien für den Transport und die Speicherung von Ammoniak untersucht. An der dezentralen Wasserstoffrückgewinnung – dem Ammoniakcracken – forschen die Beteiligten in Teilprojekt drei. Sie optimieren Crackkatalysatoren hinsichtlich ihrer Aktivität und Stabilität für den Betrieb in verschiedenen Reaktoren. Den Blick auf die direkte Ammoniaknutzung richtet Teilprojekt Nummer vier. Es werden zwei grundlegende Wege zur Strom- und Wärmebereitstellung betrachtet: die Umsetzung von Ammoniak in Festoxidbrennstoffzellen-Systemen und die motorische Verbrennung. Last but not least Teilprojekt fünf, in dem die zuvor entlang der Ammoniak-Wertschöpfungskette optimierten Technologien hinsichtlich ihrer Resilienz sowie ökonomischen und ökologischen Nachhaltigkeit analysiert werden. Andreas Menne: »Auf dieser Basis wollen wir aussagekräftige Informationen über die Potenziale einer langfristig erfolgreichen Umsetzung der Technologien im industriellen Maßstab liefern.«

Workshop: neueste Technologien und Entwicklungen im Themenfeld Ammoniak
Doch wie genau kann diese Umsetzung in der Praxis aussehen? Am 30. Oktober widmet sich der Workshop »Ammoniak – DIE Lieferkette für die Wasserstoffwirtschaft?!« bei Fraunhofer UMSICHT in Oberhausen dem Themenfeld Ammoniak. Expertinnen und Experten aus Wissenschaft und Wirtschaft informieren aus verschiedenen Blickwinkeln über dezentrale Nutzungskonzepte. Es geht um konkrete Anwendungsfälle von Ammoniak als Wasserstoffspeicher und das Fraunhofer-Leitprojekt AmmonVektor, aber auch um die Hürden einer Wasserstoffwirtschaft und die Regulatorik. Der Workshop richtet sich u. a. an Interessierte aus Industrie und Wissenschaft, Energieversorger, dezentrale Anwender von Wasserstofftechnologien, Transport- und Logistikunternehmen. Teilnehmende können sich direkt einbringen und sind eingeladen, gemeinsam mit den Referentinnen und Referenten zu diskutieren.

Wie unterscheiden sich Wiederverwendung und Recycling? Wie ist der deutsche Begriff Mehrweg zu verwenden, wie grenzt er sich von Einweg ab? Für welche Bewertung sind Wiedereinsatzquoten sinnvoller als Recyclingquoten? Antworten auf diese nicht zuletzt durch die PPWR (Packaging & Packaging Waste Regulation der EU) aufgeworfenen Fragen und kurze Erläuterungen zu Begrifflichkeiten der Kreislaufführung von Verpackungen liefert das neue auf Deutsch und Englisch erschienene »Mehrweg-Glossar/Glossary on Reuse«. Das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT und das Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML erstellten dies im Auftrag der Stiftung Initiative Mehrweg, um Klarheit in die oft nicht trennscharfen Begrifflichkeiten rund um Wiederverwendung und die Circular Economy zu bringen.

Das rund 40 Seiten umfassende, zweisprachige Glossar hat das Ziel, Beschreibungen und Vergleiche im Bereich der wiederverwendbaren und rezyklierbaren Verpackungssysteme zu schärfen. Das Werk soll als Arbeitshilfe dienen, um die Kommunikation zwischen Wissenschaft, Politik, Unternehmen und Verbraucher*innen zu erleichtern. Begrifflichkeiten wie Recycling, Reutilization, Einweg, Mehrweg oder Recyclingquoten sind omnipräsent, jedoch nicht immer trennscharf definiert. Beispielsweise werden Wiederverwendung und Recycling manchmal als konkurrierende Verfahren angesehen, manchmal fungiert Recycling als Oberbegriff, manchmal Wiederverwendung. »In diesem Glossar betrachten wir die Wiederverwendung als zerstörungsfreie Kreislaufführung, d.h. das Objekt und seine Form bleiben erhalten, während das Recycling einen zerstörenden Aufbereitungsprozess beschreibt, bei dem es vor allem um den Stofferhalt geht«, gibt Jürgen Bertling von Fraunhofer UMSICHT und Mitautor des Glossars einen Einblick.

Das Glossar ist in vier Kapitel unterteilt: Zunächst erläutert das Autorenteam relevante Aspekte für den Vergleich von Verpackungssystemen, das nächste Kapitel enthält Übersichtsgrafiken zu Verpackungstypen in Abhängigkeit ihrer Kreislauffähigkeit und eine schematische Darstellung verbundener Kreisläufe. Die Definitionen aller relevanten Begrifflichkeiten wie z. B. Wiederverwendung und Weiterverwendung sowie eine Abgrenzung und Einordnung der im Deutschen verwendeten Begrifflichkeiten Einweg und Mehrweg finden sich im dritten Kapitel. Das Glossar schließt mit einem Kapitel zu Formeln und Formelzeichen für Berechnungen, die zu einer möglichst allgemeinverständlichen Schreibweise in wissenschaftlich-technischen Analysen beitragen sollen.

Das Glossar ist frei zugänglich und kann unter diesem Link heruntergeladen werden.

Der Förderverein des Fraunhofer UMSICHT verleiht zum 15. Mal den UMSICHT-Wissenschaftspreis und zeichnet Menschen aus, die mit ihrer Arbeit den Dialog zwischen Wissenschaft und Gesellschaft fördern. Ab sofort und noch bis zum 29. Februar 2024 können sich potenzielle Preisträgerinnen und Preisträger in den Kategorien Wissenschaft und Journalismus bewerben.

Seit 2010 prämiert der UMSICHT-Förderverein Wissenschaftler*innen und Journalist*innen mit dem UMSICHT-Wissenschaftspreis, die Forschungsergebnisse zu den Themen Umweltschutz und Nachhaltigkeit der Gesellschaft zugänglich machen. Die Wahl trifft eine Jury aus Wissenschaftler*innen, Unternehmer*innen, Selbstständigen, Journalist*innen und PR-Fachleuten. Neben dem Preisgeld von 8000 Euro in der Kategorie Wissenschaft, 2000 Euro in der Kategorie Journalismus und der Skulptur »Innovation« erhalten die Preisträger*innen Zugang zum Netzwerk einer anerkannten Forschungseinrichtung und knüpfen Kontakte in Wissenschaft, Wirtschaft und Politik.

In der Kategorie Wissenschaft sind neben Dissertationen Abschlussberichte, Studien etc. gern gesehen. Ein besonderes Augenmerk bei der Beurteilung liegt auf dem fachwissenschaftlichen Niveau und dem nachhaltigen Nutzen der Arbeit für Umwelt und Gesellschaft. Im Fokus stehen Innovationsgrad, die Markt- und Anwendungsnähe sowie eine gut verständliche und überzeugende Darstellung.

In der Kategorie Journalismus ist die mediale Form der eingereichten Arbeit offen: Print, Online, Audio oder Video. Reine Konzepte, Fotoarbeiten und Bücher können jedoch nicht bewertet werden. Die anschauliche und verständliche Wiedergabe eines gesellschaftlich und wissenschaftlich relevanten Themas sowie die Eigenständigkeit und Ausgewogenheit der Stellungnahmen sind wichtige Bewertungskriterien.

Für beide Preiskategorien gilt: Die Arbeiten müssen veröffentlicht sein und sich mit nachhaltigen Themen aus den Bereichen Umwelt-, Verfahrenstechnik oder Energietechnik beschäftigen. Wissenschaftliche Arbeiten dürfen nicht älter als zwei Jahre, journalistische Arbeiten nicht älter als ein Jahr sein. Beide können auf Deutsch oder Englisch eingereicht werden. Bewertet werden publizierte Einzel- und auch Gemeinschaftsarbeiten. Bei Gemeinschaftsarbeiten ist darauf zu achten, dass der Eigenanteil gekennzeichnet ist und die Haupt-Anteilsträgerin bzw. der Haupt-Anteilsträger die Arbeit einreicht.
Die Arbeit einreichen

Bewerbungen sind schnell und unkompliziert über ein Online-Formular möglich. Bewerbungsschluss ist der 29. Februar 2024.

Um zu verhindern, dass Mikroplastik aus Waschmaschinen in die Umwelt gelangt, haben Forschende des Fraunhofer UMSICHT den Zentrifugalfilter fibrEX entwickelt. Der flexibel integrierbare und wartungsfreie Filter trennt aus Waschwasser mikroskopisch kleine Kunstfasern ab. Aktuell werden potenzielle Partner für die letzten Schritte bis zur Markteinführung gesucht.

Textilien aus Kunstfasern wie Polyester und Elasthan halten Regen ab, sind strapazierfähig und dabei trotzdem elastisch. Ihr Anteil in hiesigen Kleiderschränken liegt bei über 60 Prozent liegt. Auch diese Kleidung muss gewaschen werden –im Fall von Sportbekleidung sogar sehr oft. Während des Waschvorgangs werden Fragmente der Kunstfasern abgerieben, die höchstens ein Fünftel so dick sind wie ein menschliches Haar. Aufgrund von Größe und Material zählen sie zu Mikroplastik, jenen mikroskopisch kleinen Kunststoffpartikeln, die – einmal in die Umwelt gelangt – nur schwer abbaubar sind.

„Zwischen 20 und 35 Prozent des weltweit verbreiteten Mikroplastiks sind synthetische Mikrofasern aus Textilien. Synthetische Textilien sind demnach eine der größten Mikroplastik-Quellen und stehen im Fokus von Politik und Gesellschaft“, so Dr.-Ing. Ilka Gehrke, Leiterin der Abteilung Umwelt und Ressourcennutzung am Fraunhofer UMSICHT. Auf europäischer Ebene laufen bereits Prozesse zur Vorbereitung von Richtlinien gegen die Freisetzung von synthetischen Mikrofasern. „In Frankreich etwa dürfen ab 2025 keine Waschmaschinen ohne Mikrofaserfilter mehr in Verkehr gebracht werden.“

Bisher sind kaum Waschmaschinen mit entsprechenden Filtern auf dem kommerziellen Markt erhältlich. Und solche, die es zu kaufen gibt, halten zwar die Mikrofasern zurück, verlieren aber schnell an Leistung. Die Kleinstfasern werden am Filtermaterial zurückgehalten, bilden eine Deckschicht und führen so zur Verblockung des Filters. Im schlimmsten Fall kann kein Waschwasser mehr abfließen, sodass der Waschprozess zum Stillstand kommt.

Als Lösung dieses Problems haben Forschende des Fraunhofer UMSICHT den kürzlich patentierten Zentrifugalfilter fibrEX entwickelt. Anders als ein Siebsystem, nutzt er die Dichteunterschiede von Kunstfasern und Wasser und trennt beim Schleudern die beiden Komponenten voneinander. Der Zentrifugalfilter kann sowohl in die Waschmaschine eingebaut als auch als externes Gerät betrieben werden; zum Betrieb wird keine weitere nennenswerte Energie benötigt.

Nach einer einjährigen Testphase im Waschlabor und technischen Optimierungen hält fibrEX nun dauerhaft und wartungsfrei mindestens 80 Prozent der synthetischen Mikrofasern aus dem Waschwasser zurück. Es werden Waschmaschinenhersteller gesucht, fibrEX gemeinsam zur Marktreife zu bringen.

Butadien ist eine wichtige Plattformchemikalie, um Polymere – u.a. für die Produktion von Autoreifen – herzustellen. Bislang wird das Monomer aber meist auf Basis von Erdöl gewonnen. Eine alternative Syntheseroute haben Forschende des Fraunhofer UMSICHT im Rahmen des Projektes Power2C4 untersucht. Im Fokus: ein katalytisches Verfahren unter Einsatz regenerativ erzeugten Stroms.

»Butadien spielt eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Polymeren«, ordnet UMSICHT-Wissenschaftler Marc Greuel ein. Neben Polybutadien, das in Autoreifen Anwendung findet, können Polytetrahydrofuran (PTHF), Polybutylenterephtalat (PBT) und Polybutylensuccinat (PBS) aus dem Monomer erzeugt werden. »Der Haken: Aktuell wird Butadien zu 95 Prozent als Nebenprodukt beim thermischen Zersetzen von Rohbenzin zu Ethen gewonnen – unter Ausstoß von Kohlendioxid. Zudem werden die Preise für Butadien perspektivisch ansteigen, da sich die Rohstoffbasis für Ethen immer mehr in Richtung Schiefergas verschiebt und dadurch die Produktionskapazität für Butadien sinkt.« Das Interesse an einem alternativen Herstellungsprozess ist also nicht nur aus Klimaschutzgründen groß.

Die Frage, wie eine nachhaltigere, emissionsärmere und auch günstige Syntheseroute aussehen kann, stand im Zentrum des Projektes Power2C4. Angesiedelt im Kompetenzzentrum »Virtuelles Institut – Strom zu Gas und Wärme« hat es Expertinnen und Experten des Fraunhofer UMSICHT, des Gas- und Wärme-Instituts Essen e.V., des Energiewirtschaftlichen Instituts an der Universität zu Köln, des Forschungszentrums Jülich, der Ruhr-Universität Bochum, des Wuppertal-Instituts und des ZBT Duisburg zusammengeführt. Ihre Zielsetzung: Flexibilitätsoptionen vor dem Hintergrund der Energiewende zu untersuchen. Im Fokus des Teilprojekts Power2C4 stand ein neues katalytisches Herstellungsverfahren unter Einsatz regenerativ erzeugten Stroms. Ausgangspunkt ist Ethanol, das zum Beispiel im Zuge einer Hydrierungsreaktion aus CO2 und elektrolytisch erzeugtem Wasserstoff gewonnen wird. Dieses Ethanol dient in einem zweiten Schritt zur Synthese von Butadien mittels des sogenannten Lebedev-Prozesses.

Vielversprechendes Katalysatorsystem identifiziert
Da der erste Schritt bereits Gegenstand zahlreicher Forschungsaktivitäten ist, konzentrierten sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf die Weiterveredlung des Ethanols zu Butadien und die Verfahrenskopplung beider Schritte. »Wir haben u.a. ein neues Katalysatorsystem auf Basis eines synthetischen Saponiten identifiziert und anschließend synthetisiert«, erklärt Dr. Barbara Zeidler-Fandrich vom Fraunhofer UMSICHT. Die Testung der katalytischen Aktivität erfolgte in einer eigens konstruierten Versuchsanlage. »Aufbauend auf einem ersten Screening haben wir aussichtsreiche Materialien weiter optimiert. Das Ergebnis: Verglichen mit dem unmodifizierten Ausgangsmaterial lässt sich die Butadien-Selektivität im Rahmen der Katalysatoroptimierung deutlich erhöhen. Allerdings ist auch klar geworden, dass noch weiteres Potenzial zur Verbesserung der Katalysatorperformance besteht.«

Nachhaltigkeitsbewertung des Power-to-Butadien-Prozesses
Wie nachhaltig dieser Power-to-Butadien-Prozess wirklich ist, haben Dr. Markus Hiebel und Dr. Daniel Maga vom Fraunhofer UMSICHT in einer Life Cycle Analysis (LCA) untersucht. Beleuchtet haben sie dabei – neben unterschiedlichen Katalysatoren – die Herstellungsmethode von Ethanol und die Relevanz der eingesetzte Energiequelle. »Wir konnten zeigen, dass der Lebedev-Prozess je nach verwendeter Ethanol- und Energiequelle das Potenzial hat, Butadien und damit auch Styrol-Butadien-Kautschuk aus biobasiertem Ethanol oder CO2-basiertem Ethanol herzustellen und CO2-Emissionen zu reduzieren«, so Daniel Maga. »Damit ermöglicht der Power2C4-Prozess die Nutzung alternativer Kohlenstoffquellen.« Besonders die Nutzung von Ethanol aus Restbiomasseströmen wie Bagasse oder Stroh eröffne Wege, Treibhausgasemissionen von Butadien deutlich zu reduzieren. Zudem führe ein Strommix mit immer höheren Anteilen an erneuerbaren Energien zur Möglichkeit, Treibhausgasreduktionen über Carbon-Capture-and-Utilization-Prozesse (CCU) zu realisieren.
 
FÖRDERHINWEIS
Das Kompetenzzentrum »Virtuelles Institut – Strom zu Gas und Wärme« wird gefördert durch das »Operationelle Programm zur Förderung von Investitionen in Wachstum und Beschäftigung für Nordrhein-Westfalen aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung« (OP EFRE NRW) sowie durch das Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen.

Um nachhaltige Produktion, nachhaltigen Konsum und zirkuläres Wirtschaften in der Praxis umzusetzen, sind sowohl systemische als auch technische Lösungen gefragt. Diese Lösungen sollen nach einer Idee der Fraunhofer-Gesellschaft in sogenannten CIRCONOMY^® Hubs entstehen. Dahinter verbergen sich deutschlandweite Netzwerke, die Partner aus Wissenschaft, Wirtschaft, Verbänden und Gesellschaft zu einem bestimmten Schwerpunkt zusammenbringen. Zwei dieser Netzwerke haben ihre Arbeit bereits aufgenommen: die Hubs »Stoffkreisläufe im Bausektor« sowie »Circular Carbon Technologies CCT«.

»In Deutschland gibt es momentan keine übergeordnete Infrastruktur, Einrichtung oder Stelle, die Veränderungsprojekte hin zum zirkulären Wirtschaften koordiniert«, erläutert Projektleiter Dr. Hartmut Pflaum aus dem Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT den Hintergrund der CIRCONOMY^®-Initiative. »Stattdessen existieren viele, zum Teil kleine Initiativen, die sich der Circular Economy verschrieben haben. Die sind für sich genommen alle gut, aber untereinander wenig bis gar nicht vernetzt. Das führt dazu, dass viele von ihnen bei null anfangen und nicht voneinander lernen können. Dieses Defizit wollen wir mit den CIRCONOMY^®-Hubs ausgleichen«, betont der Fraunhofer-Wissenschaftler.

Idealerweise widmet sich jeder Hub einem Themenschwerpunkt und bringt zirkuläres Wirtschaften in diesem Bereich voran. Und zwar indem passende Partner aus Wissenschaft, Wirtschaft, Verbänden und Gesellschaft zielgerichtet und koordiniert zusammenarbeiten. Den Rahmen für diese transferorientierten Kooperationen bildet die Marke CIRCONOMY^®. Darunter bündelt die Fraunhofer-Gesellschaft Lösungen, Kapazitäten und Kompetenzen für das zirkuläre Wirtschaften. »Die Marke steht für gemeinsame Werte, Strategien, Zielbilder und vor allem Innovationsprojekte, welche die große Mission Transformation zum zirkulären Wirtschaften in die Praxis führen«, so Hartmut Pflaum.

CIRCONOMY^® Hub »Circular Carbon Technologies CCT«
Der CIRCONOMY^® Hub unter dem Titel »Circular Carbon Technologies CCT« wurde von den Fraunhofer-Instituten UMSICHT in Sulzbach-Rosenberg, IGB in Straubing sowie IWKS in Alzenau ins Leben gerufen. Im Fokus steht hier die Kopplung von Energie- und Rohstoffprozessen – beispielsweise zur Erschließung nicht-fossiler Kohlenstoffquellen, zur Kreislaufführung und Bindung von Kohlenstoff in Produkten sowie zur Integration dieser Technologien in Energie-/ Wirtschaftskreisläufe.

Der Hub für »Circular Carbon Technologies« hat vom Bayerischen Wirtschaftsministerium eine Anschubfinanzierung in Höhe von 500.000 € für die Konzeptionsphase und zwei wissenschaftliche Vorprojekte erhalten. Bayerns Wirtschaftsstaatssekretär Roland Weigert sagte in Sulzbach-Rosenberg: »Um dem Klimawandel entgegenzuwirken, sind eine Dekarbonisierung der Energieerzeugung und eine Defossilierung des Rohstoffsektors erforderlich. Beides kann nur über die Transformation von Wirtschaft und Gesellschaft hin zu zirkulären Wertschöpfungssystemen und mit Hilfe innovativer Technologien gelingen. Deshalb fördern wir die zukunftsweisende Forschungsinitiative der Institute Fraunhofer UMSICHT, IWKS und IGB. Unsere Unterstützung ist ein erster Schritt, um den Projektpartnern eine intensivere Zusammenarbeit zu ermöglichen.«

Prof. Dr.-Ing. Matthias Franke vom Fraunhofer UMSICHT, Institutsteil Sulzbach-Rosenberg, ergänzt: »Im CIRCONOMY^® Hub wollen wir gemeinsam mit der Industrie Klima- und Kohlenstoff-Management-Technologien in die Anwendung bringen. Die bayerischen Unternehmen können diese selbst nutzen, um ihre Klimaziele zu erfüllen, aber auch um ihre Rohstoffversorgung abzusichern. Vor allem können sie damit zum weltweiten Technologieanbieter werden. Der Markt wird in den kommenden Jahren deutlich anwachsen.«

Von regenerativen Energien, nachwachsenden Rohstoffen über innovative Werkstoffe, Wassertechnik bis zu Wissens- und Ressourcenmanagement – gemeinsam tragen sie zu einer zukunftsfähigen und nachhaltigen Welt bei. Grundvoraussetzung dafür ist ein gesellschaftlicher Diskurs, in dem neue Entwicklungen Aufmerksamkeit bekommen und verbreitet werden. Mit dem UMSICHT-Wissenschaftspreis prämiert der Förderverein des Fraunhofer UMSICHT zum 14. Mal Menschen, die mit ihrer Arbeit diesen Diskurs ermöglichen.

Klimawandel und globale Krisen zeigen es auf: Die Menschheit braucht Veränderungen. Veränderungen, die unseren Alltag direkt betreffen, setzen sich langfristig aber nur mit einer breiten gesellschaftlichen Akzeptanz durch – als Beispiele seien nachhaltige Agrarprodukte, Verpackungen, Mobilität oder Energie genannt. Gerade deshalb ist es so wichtig, den Diskurs über Innovationen und wissenschaftliche Errungenschaften zu stärken und so ein Vertrauen in diese aufzubauen. Dabei kann die Basis für den Diskurs verschiedene Formen haben: Während die einen Fortschritte in ihrer Disziplin erlangen und auf Fachebene kommunizieren, bereiten andere diese für die Allgemeinheit möglichst verständlich auf. Nur so kann die gesamte Gesellschaft an der Gestaltung einer nachhaltigen Zukunft teilhaben.

Kommunikation: Wissenschaft und Gesellschaft
Seit 2010 verleiht der UMSICHT-Förderverein den UMSICHT-Wissenschaftspreis und zeichnet Menschen aus, die Forschungsergebnissen aus den Bereichen Umwelt-, Verfahrens- und Energietechnik – den Kernthemen des Fraunhofer UMSICHT – der Gesellschaft zugänglich machen. Das Preisgeld verteilt sich auf einen mit 8000 Euro dotierten Preis in der Kategorie Wissenschaft und einen mit 2000 Euro dotierten Preis für journalistische Arbeiten.

Bewerbung
Sämtliche veröffentlichte Arbeiten sind zugelassen, die sich mit den Themen Umwelt-, Verfahrens- oder Energietechnik beschäftigen. Wissenschaftliche Arbeiten dürfen nicht älter als zwei Jahre, journalistische Arbeiten nicht älter als ein Jahr sein. Beide können auf Deutsch oder Englisch eingereicht werden. Bei Gemeinschaftsarbeiten ist darauf zu achten, dass die Haupt-Anteilsträgerin bzw. der Haupt-Anteilsträger die Arbeit einreicht.

Bewerbungsschluss ist der 28. Februar 2023.

In der aktuellen Studie »resources SAVED by recycling« analysierte Fraunhofer UMSICHT für den Kreislaufdienstleister Interzero, welche klimabedingten Umweltschäden sich mit Kreislauflösungen vermeiden lassen und wie hoch die daraus resultierenden Einsparpotenziale sind. Das Ergebnis: Im Jahr 2021 konnte Interzero eine Million Treibhausgasemissionen einsparen und 12,5 Millionen Tonnen Primärressourcen schonen und damit Kosten in Höhe von 199 Millionen Euro für klimabedingte Umweltschäden vermeiden. Weitere Details der Studie präsentiert Interzero auf der K 2022.

Fraunhofer UMSICHT untersucht jährlich für Interzero, welche Effekte seine Kreislauflösungen auf die Umwelt und die Gesellschaft haben. Als Experte für Ökobilanzen und Critical Reviews liefert das Forschungsinstitut strategische Entscheidungsgrundlagen für nachhaltiges Handeln. Die Schwerpunkte liegt dabei auf den Branchen Chemie, Kunststoffe und der Circular Economy.

Die aktuellen Ergebnisse der Studie »resources SAVED by recycling« belegen die positive Wirkung der Kreislauflösungen erneut. Interzero hat 2021 die Umwelt erheblich entlastet. Durch die Kreislaufführung von insgesamt 1,8 Millionen Tonnen Wertstoffen konnte Interzero im Jahr 2021 mit seinen Kunden rund 12,5 Millionen Tonnen Primärressourcen einsparen. Zudem konnte der Ausstoß von rund einer Million Tonnen Treibhausgasen vermieden werden. Ohne den Einsatz von Interzero wären das Kosten für klimabedingte Umweltschäden in Höhe von 199 Millionen Euro (gemäß Umweltkostenermittlung des Umweltbundesamtes). Die aktuelle Einsparung an Primärressourcen entspricht dem Gewicht von 5.227 ausgewachsenen Mammutbäumen.

Die genauen Ergebnisse der aktuellen Studie stellt Interzero auf der »K 2022« vom 19. bis 26. Oktober in Düsseldorf vor. Auf der Kunststoffmesse präsentieren die Expertinnen und Experten von Interzero Plastics Recycling innovative Technologien und Services für das Kunststoffrecycling und erläutern die Umweltvorteile des Recyclings gegenüber der Primärproduktion. So haben die Forschenden des Fraunhofer UMSICHT errechnet: Der Einsatz des von Interzero produzierten Recyclingkunststoffs Procyclen spart beispielsweise im Vergleich zu Primärkunststoffen aus Rohöl 56 Prozent klimaschädliche Emissionen ein.