Aus der Branche

Von der Komponentenentwicklung für Elektrolyse und Brennstoffzellen über die Erstellung von Konzepten zu Speicherung und Transport bis zur Implementierung sektorenübergreifender Ansätze: Forschende des Fraunhofer UMSICHT liefern aus einer Hand Lösungen zur Bereitstellung und Nutzung von Wasserstoff. Wer Einblicke in Kompetenzen und Dienstleistungen des Instituts gewinnen möchte ist herzlich zu Gesprächen auf der E-world 2022 eingeladen. Das Fraunhofer UMSICHT ist am Gemeinschaftsstand des Landes Nordrhein-Westfalen zu finden.

Dort stellen Wissenschaftler*innen u.a. das Konzept eines ohmschen Reaktors vor. Seine Aufgabe: die dezentrale und flexible Bereitstellung von Wasserstoff durch die Zersetzung von Ammoniak. Das Besondere: Die Forschenden bringen die Wärme nicht von außen ein, sondern – mittels Strom – direkt in den speziell hierfür entwickelten Katalysator. »Dadurch können wir bei deutlich geringeren Temperaturen arbeiten und haben nicht diese große Überschuss-Energie. Konkret versprechen wir uns von diesem Verfahren, dass es die Effizienz bereits existierender Prozesse um wenigstens 20 Prozent verbessert«, so Dr. Andreas Menne, Leiter der Abteilung Low Carbon Technologies.

Darüber hinaus haben Messebesucher*innen Gelegenheit, den DYNAFLEX®-Check kennenzulernen. »Der DYNAFLEX®-Check ist ein Tool zur Selbsteinschätzung, das wir gerade entwickeln. Mit seiner Hilfe können kleine und mittelständische Unternehmen aus dem produzierenden Gewerbe ihre Bedarfe und Herausforderungen im Bereich Sektorenkopplung identifizieren«, erklärt Dr. Esther Stahl, Leiterin der Abteilung Strategische Projekte.

Dass und wie sich solche Ansätze durch cross-industrielle Netzwerke realisieren lassen, ist ebenfalls Thema auf der E-world: UMSICHT-Forschende stellen Projekte und Initiativen vor, bei denen auf regionaler Ebene dezentrale systemische Lösungen erarbeitet und umgesetzt werden. Beispielsweise das Leistungszentrum DYNAFLEX®, welches flexible Lösungen für die Energie- und Rohstoffwende entwickelt sowie in Wirtschaft und Gesellschaft transferiert.

Damit Plastikabfall reduziert wird und eine Kreislaufwirtschaft funktionieren kann, sind Mehrwegsysteme essenziell. Forschende des Fraunhofer UMSICHT und des Fraunhofer IML, die im Fraunhofer Cluster of Excellence Circular Plastics Economy CCPE zusammenarbeiten, haben für die Stiftung Initiative Mehrweg (SIM) drei kunststoffbasierte Mehrwegsysteme mit ihren Einwegalternativen verglichen. Das Ergebnis: Mehrweg ist Einweg in 14 der 17 untersuchten Kategorien überlegen und bietet großes Potenzial zum Gelingen einer Kreislaufwirtschaft. Was fehlt, sind klare politische Rahmenbedingungen und die Umsetzung der bestehenden Abfallhierarchie, die Mehrweg eigentlich priorisiert.

Nur 13 Prozent der in Deutschland produzierten Kunststoffe werden aus Rezyklaten hergestellt, im Verpackungsbereich sind es sogar nur 11 Prozent. Außerdem wird nur ein sehr geringer Teil für den ursprünglichen Zweck wiederverwendet, in der Regel dominieren Kaskadennutzungen (Downcycling). Darüber hinaus ist Deutschland einer der größten Exporteure von Plastikmüll weltweit. EU und Bundesregierung haben auf die Kunststoffproblematik reagiert: Die Produktion einiger Einwegplastikprodukte ist verboten, für PET-Getränkeflaschen wurde eine Rezyklatquote vorgeschrieben, und seit Anfang 2022 ist die Pfandpflicht für Einweggetränkeflaschen auf sämtliche Getränkearten ausgeweitet worden. »Green Deal und Taxonomie-Verordnung der EU geben die richtige Richtung für ein nachhaltiges Wirtschaften vor. Aus unserer Sicht gibt es aber folgendes Problem: Die im europäischen Abfallrecht seit Jahrzehnten geregelte Abfallhierarchie definiert eine Rangfolge bei Erzeugung und Umgang mit Kunststoffabfällen. Darin ist das Recycling der Mehrfachnutzung nachgelagert. Die Umsetzung dieser Abfallhierarchie findet bislang aber kaum statt.«, erklärt Jürgen Bertling vom Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT und Projektleiter der Studie.

Zirkularität, Performance und Nachhaltigkeit
Insbesondere für Kunststoffverpackungen existieren derzeit vorwiegend Einweglösungen. Einige Mehrwegsysteme finden sich im B2B-Bereich z. B. in der Automobilindustrie und beim Obst- und Gemüsetransport. Im B2C-Bereich sind sie eher die Ausnahme wie z. B. die Transportkisten für Lebensmittel vom regionalen Bauern. Ziel der aktuellen Studie des Fraunhofer CCPE im Auftrag der Stiftung Initiative Mehrweg war es daher, kunststoffbasierte Mehrwegverpackungssysteme zu bewerten, sie mit Einwegalternativen zu vergleichen und Empfehlungen für eine Stärkung der Kreislaufwirtschaft abzuleiten. Dazu analysierten die Forschenden die drei Mehrwegsysteme Obst- und Gemüsesteigen (bereits im Handel etabliert), Pflanzentrays (in Vorbereitung für einen großflächigen Einsatz) und Coffee-to-go-Becher (Einführungsphase). Sie wurden mit den jeweils entsprechenden Einweglösungen in den drei Bereichen Zirkularität, Performance und Nachhaltigkeit in insgesamt 17 Unterkategorien verglichen. Das Ergebnis: Mehrweg bietet für alle drei untersuchten Demonstratoren klare Vorteile – von der Materialeffizienz über geringere Kunststoffemissionen bis hin zu einem besseren Produktschutz durch robustere Ausführungen.

Mehrweg bedeutet für Unternehmen zwar zunächst einen höheren Kapitaleinsatz durch den Aufbau von Logistik und Rückfuhrsystemen, Lagerflächen und Reinigungstechnik. Langfristig erweisen sich Mehrwegsysteme jedoch als preiswerter und ressourcenschonender, sie stärken das regionale Wirtschaften und tragen zu einer erhöhten technologischen Souveränität bei. »Entscheidend für die Vorteilhaftigkeit eines Mehrwegsystems sind dabei vor allem die Umlaufzahl und die Distributionsstruktur: Je höher die Umlaufzahl und je niedriger die Transportdistanzen, desto besser schneidet Mehrweg gegenüber Einweg ab. Hier sind also dezentrale Poollösungen elementar«, erläutert Kerstin Dobers vom Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML, Mitautorin der Studie. Im Vergleich mit anderen Verpackungsmaterialien wie Papier oder Holz weist Kunststoff eine Vielzahl vorteilhafter Eigenschaften auf – leicht, haltbar, chemisch inert – und bleibt damit für zahlreiche Anwendungen, gerade bei Mehrwegsystemen, das Material der Wahl.

Abfallhierarchie konsequent umsetzen und Mehrweg optimieren
Dieser Bericht wendet sich gleichermaßen an Politik, Verbände, Hersteller von Kunststoffverpackungen und Anbieter von Mehrweg-Poollösungen. Das Autorenteam empfiehlt schlussfolgernd zwei zentrale Maßnahmen: Zum einen sollten Wege zur konsequenten Umsetzung der Abfallhierarchie aufgezeigt und gefördert werden. Einwegsysteme sollen erst dann zum Tragen kommen, wenn die Möglichkeiten der Mehrfachnutzung ausgeschöpft sind. »Dieses Ergebnis der Studie steht im Gegensatz zur heutigen Realität am Verpackungsmarkt. Es muss neue politische Rahmenbedingungen geben, die das Umgehen dieser Reihenfolge sanktionieren. Gleichzeitig sollten Anreizsysteme für Unternehmen geschaffen werden, um vermehrt Mehrweglösungen für Kunststoffe zu etablieren«, sagt Jürgen Bertling. Er fordert zudem eine Überprüfung der Abfallhierarchie durch ein Expertengremium und nachfolgend ihre strikte Umsetzung in der Praxis. Sinnvoll sei außerdem, weniger auf die Recyclingquoten zu schauen, sondern anspruchsvolle Rezyklatanteile in der Produktion vorzugeben.

Laut Kerstin Dobers ist die zweite zentrale Maßnahme, die vorhandenen Optimierungspotenziale für Mehrweglösungen auszuschöpfen, damit ihre Vorteile weiter ausgebaut und mögliche Defizite beseitigt werden: »Sicherlich sind auch bei den Mehrweglösungen noch zahlreiche Innovationen möglich, gerade im Online-Handel oder in der Take-away-Branche. Gute Lösungen zeichnen sich dadurch aus, dass die Verpackungen modular sind und ihr Volumen reduzierbar ist (nestbar oder klappbar). Hier sind Rahmenbedingungen für nationale und internationale Standardisierungen gefragt, um die ökologischen Potenziale der Mehrwegsysteme auszuschöpfen.« Darüber hinaus müssten Umweltkennzeichen (Label) zur Kennzeichnung von Mehrweg und Einweg eindeutig sein. Hier seien vor allem Verbände gefragt.

• Berufsbegleitendes Studium
• Mit DYNERGY zum »Cross-Industry Manager«

Für die Energie- und Rohstoffwende muss sich die Wirtschaft neu aufstellen: weg von großen stationären Anlagen und fossilen Rohstoffen hin zu kleinen flexiblen Einheiten mit variierenden Einsatzstoffen und der Nutzung von erneuerbaren Energien. Für diesen Wandel brauchen Unternehmen Fachkräfte mit Know-how zur Dynamik von Energie- und Rohstoffsystemen. Einen Weg, diese Expertise auf- und auszubauen, bieten die FernUniversität in Hagen und das Fraunhofer UMSICHT mit dem interdisziplinären Studium zur Dynamik der Sektorenkopplung DYNERGY. Die berufsbegleitende Weiterbildung startet zum Sommersemester 2022, Einschreibungen sind bis zum 1. März möglich.

Das modulare Angebot richtet sich an Fach- und Führungskräfte – insbesondere Planungsverantwortliche, Projektleitende und -mitarbeitende sowie Prozess-, Betriebs-, Versorgungs- und Energieingenieur*innen. Aber auch Berufs- und Quereinsteiger*innen aus Unternehmen, Kommunen, Verbänden oder Behörden mit Interesse an der Energie- und Rohstoffwende können teilnehmen.

Im Fokus: Sektorenkopplung und cross-industrielle Verbünde
In drei Modulen erarbeiten sich die Studierenden eine fundierte und anwendungsorientierte Begriffs- und Verständnisbasis zu Sektorenkopplung und cross-industriellen Verbünden. Konkret befassen sie sich mit der Frage, wie sie Energie- und Produktionssysteme für sich verändernde Märkte und Rahmenbedingungen gestalten können – und zwar unabhängig von Prozessen und Branchen. Im Themenbereich »Dynamik von Energie- und Rohstoffsystemen« liegt der Fokus auf dynamischen Vorgängen bei der Kopplung von Energie- und Rohstoffsystemen. Hierbei stehen insbesondere Prinzipien der numerischen Modellierung, Simulation und Optimierung von Energie- und Prozesssystemen auf dem Lehrplan.

Lernen via Selbststudium, Modeling based Learning und Online-Veranstaltungen
Das Lernen erfolgt in erster Linie via Selbststudium: Die Teilnehmenden erhalten ein digitales Skript sowie den Zugang zu einer webbasierten Programmierungsumgebung. Dort können sie im Modeling based Learning die Modellierung relevanter Energie- und Produktionssysteme mit Python anhand praxisrelevanter Beispiele sowohl in Einzel- als auch in Gruppenarbeit üben und vertiefen. Darüber hinaus befassen sie sich die Teilnehmenden mit Digitalisierung in der Verfahrens- und Energietechnik, in dessen Rahmen die Möglichkeit besteht, eigene Erfahrungen mit Sensoren, Datenerfassung und Datennutzung in Modellen zu sammeln.

Abschluss als »Cross-Industry Manager«
Wer sich auf diesem Wege zum »Cross-Industry Manager« qualifiziert, erhält ein Zertifikat mit einem Gesamtumfang von 15 ECTS gemäß § 62 des Hochschulgesetzes Nordrhein-Westfalen. Weitere Details zum Abschluss der Weiterbildung sowie zu Inhalten, Aufbau und Betreuung liefern zwei kostenlose Info-Veranstaltungen am 20. Januar und 17. Februar 2022, jeweils von 17.30 bis 18.30 Uhr (digital). Anmeldungen sind über www.weiterbildung-dynergy.de möglich.

Wie kreislauffähig sind alltägliche Verpackungen?
Verpackungen sind komplex: eine Umverpackung aus Karton, Einzelteile zusätzlich in PET-Folie verpackt, ein wasserlösliches Label oder vielleicht eine Klebefolie. Um die Rezyklierbarkeit alltäglicher Verpackungen zu bewerten, müssen Verpackungsart, -komponenten und -materialien berücksichtigt werden. Zudem sind umfangreiche Kenntnisse über (multi-)nationale Vorgaben notwendig. Die Recyda GmbH hat ein flexibles Bewertungstool entwickelt, welches verschiedene Vorgaben (»Regelwerke«) der Recyclingfähigkeit modellieren kann. Fraunhofer UMSICHT hat die digitale Umsetzung der Vorgaben des MstSZSVr (Mindeststandard der Zentralen Stelle Verpackungsregister) als eines der in Recyda abgebildeten Regelwerke geprüft. Das Ergebnis: Recyda ist ein nutzerfreundliches Bewertungstool, das die Rezyklierbarkeit von Verpackungen analysiert. Es kann auch als Hilfestellung herangezogen werden, um zukünftige Verpackungen so zu gestalten, dass sie auf Recyclingfähigkeit optimiert sind.

Das webbasierte Tool zeichnet sich durch einen klar strukturierten Aufbau aus, der es neuen Anwendern nach einer halb- bis einstündigen Einarbeitungszeit ermöglicht, eigene Verpackungsprojekte einzupflegen und ihre Recyclingfähigkeit digital zu bewerten. Unterschieden nach Verpackungsart, Verpackungskomponenten und Verpackungsmaterialien können Anwendende ihre Verpackung in wenigen Prozessschritten — dargestellt in einzelnen Eingabemasken — bewerten. Innerhalb der Masken vereinfachen vordefinierte Verpackungsarten die Eingabe; neben der Art werden auch Gewicht und Volumen der Verpackung abgefragt ebenso wie Fragen zu Farbe und Ablösbarkeit der Verpackungskomponenten. Das Ergebnis wird — je nach verwendetem Regelwerk — skaliert in Prozent bzw. farbig dargestellt und mit Hinweisen zur Einordnung im Vergleich zu den jeweiligen (trans)nationalen Regelungen versehen. Fraunhofer UMSICHT testete das Tool anhand verschiedener Musterverpackungen.

Das Recyda Tool wird stetig weiterentwickelt und mit neuesten Daten zu länderspezifischen Recyclingvorgaben aktualisiert. Fraunhofer UMSICHT empfiehlt als weitere Ergänzung, zusätzlich ein Glossar zu den Begrifflichkeiten des MstSZSVr zur Verfügung zu stellen und regelmäßig zu aktualisieren, damit auch Fachfremde das Tool nutzen können. Zudem halten die Forschenden es für sinnvoll, Handlungsempfehlungen für unterschiedliche Entsorgungsmöglichkeiten oder Trennbarkeiten zu erstellen.

Zahlreiche Produkte unserer Industriegesellschaft wie Stahl, Aluminium, Zement oder Kunststoff bestehen aus Kohlenstoff oder benötigen ihn, um hergestellt werden zu können. Zentrale Ansätze, wie der Umgang mit Kohlenstoff neu und nachhaltig gestaltet werden kann, hat das Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie (MWIDE) mit der Carbon Management Strategie NRW vorgelegt. Ziel ist eine klimaneutrale Industrie. Auf einer gemeinsamen Veranstaltung des Thinktanks IN4climate.NRW und des MWIDE hat Wirtschafts- und Energieminister Prof. Andreas Pinkwart mit Expert*innen aus Industrie, Wissenschaft und Zivilgesellschaft die Inhalte diskutiert.

»Für uns ist klar: Kohlenstoff kann Klimaschutz«, so Minister Pinkwart. »Mit unserer Carbon Management Strategie zeigen wir ganz konkret, wie eine klimaneutrale Kohlenstoffwirtschaft in Nordrhein-Westfalen aussehen kann. Wir wollen Kohlenstoff nicht nur reduzieren, sondern auch nachhaltig so oft wie möglich im Kreislauf nutzen und die Gesellschaft transparent einbinden. Wir sind damit das erste Bundesland überhaupt, das sich dem Thema annimmt. So können wir unsere ehrgeizigen Klimaschutzziele erreichen und den Industriestandort von morgen gestalten.«

Eine klimaneutrale Industrie braucht nachhaltige Kohlenstoffquellen
Dr. Iris Rieth, Projektmanagerin für Kohlendioxidwirtschaft und Circular Economy bei IN4climate.NRW: »Eine klimaneutrale Industrie braucht nachhaltige Kohlenstoffquellen. Die Circular Economy und die Nutzung von CO2, dessen Ausstoß nicht vermieden werden kann, müssen wir weiter ausbauen. IN4climate.NRW hat in enger Zusammenarbeit mit Unternehmen und der Wissenschaft wichtige Ansätze erarbeitet, die den unterschiedlichen Industrieprozessen gerecht werden. Die Carbon Management Strategie führt nun die Bausteine der Transformation zusammen und setzt die notwendigen politischen Leitplanken, an denen wir uns in unserer weiteren Arbeit orientieren können.«
Infrastruktur für den Transport von CO2 muss aufgebaut werden

Kohlenstoffdioxid war bislang kein Bestandteil von Infrastrukturplanungen in Deutschland. Dabei wird es auch in Zukunft Prozesse geben, bei denen unvermeidlich CO2 entsteht, wie etwa bei der Herstellung von Zement. Verschiedene Projekte arbeiten bereits daran, CO2 direkt am Ofen abzufangen und anderen Branchen, vor allem der chemischen Industrie, als Rohstoff zur Verfügung zu stellen (engl. Carbon Capture and Utilisation, CCU). Eine Infrastruktur für den Transport muss jedoch erst noch aufgebaut werden.

Konkrete Optionen, wie ein solches Pipeline- und Transportsystem aussehen könnte, hat IN4climate.NRW Mitte Oktober in dem Diskussionspapier »CO2 in einer klimaneutralen Grundstoffindustrie« veröffentlicht. In einem weiteren Diskussionspapier »Circular Economy in der Grundstoffindustrie« hat IN4climate.NRW zudem aktuelle Stoffströme analysiert und Lösungsansätze für eine zukünftige industrielle Circular Economy erarbeitet. Beide Papiere sind maßgeblich in die Carbon Management Strategie des Landes eingeflossen.

An der Paneldiskussion haben neben Wirtschafts- und Energieminister Prof. Andreas Pinkwart teilgenommen:

• Dr. Iris Rieth, Projektmanagerin für Kohlendioxidwirtschaft und Circular Economy bei IN4climate.NRW,
• Prof. Görge Deerberg, stellvertretender Institutsleiter des Fraunhofer UMSICHT,
• Dr. Christoph Sievering, Head of Global Energy and Climate Policy & Site Transformation bei Covestro,
• Arne Grotenrath, Experte für Treibhausgasbilanzierung bei Germanzero sowie
• Michael Theben, Abteilungsleiter Klimaschutz im Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie.

Recycling ist der Schlüsselfaktor, um die EU-Klimaziele zu erreichen. Das zeigen die Ergebnisse der heute veröffentlichten »resources SAVED by recycling«-Studie, die das Fraunhofer UMSICHT im Auftrag der ALBA Group, eines der zehn führenden Recyclingunternehmen weltweit, erstellt hat. Allein im Jahr 2020 konnten danach 3,5 Mio. Tonnen Treibhausgasemissionen und 28,8 Mio. Tonnen Primärressourcen eingespart werden. Weitere Potenziale könnten z. B. durch Mindestquoten für den Einsatz von Recyclingrohstoffen gehoben werden.

»Fit for 55« durch Kreislaufwirtschaft: Das Recycling von Rohstoffen vermindert die Treibhausgasemissionen unserer Zivilisation – und kann so einen wesentlichen Beitrag zum Erreichen der EU-Klimaziele leisten. Dies belegt die heute veröffentlichte Studie »resources SAVED by recycling«, die das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT im Auftrag der ALBA Group erstellt hat: Durch die Kreislaufführung von 4,8 Millionen Tonnen Wertstoffen hat die ALBA Group danach allein im Jahr 2020 rund 3,5 Millionen Tonnen klimaschädliche Treibhausgase eingespart. Eine Menge, die in etwa den Emissionen von fünf Millionen Hin- und Rückflügen zwischen Frankfurt am Main und Mallorca entspricht. Gleichzeitig sichert das Recycling wertvolle Rohstoffe für die Industrie: 2020 wurden im Vergleich zur Primärproduktion 28,8 Millionen Tonnen Ressourcen wie Rohöl oder Eisenerz eingespart.

Kreislauf-Prinzip für die gesamte Wertschöpfungskette

Kunststoffe, Metalle, Elektroaltgeräte, Holz, Papier/Pappe/Karton oder Glas: Den konkreten Nutzen der Kreislaufführung untersucht das Fraunhofer UMSICHT für die ALBA Group seit mittlerweile 14 Jahren. Die Primär- und Recyclingprozesse für die unterschiedlichen Stoffströme werden dabei detailliert gegenübergestellt. »So können wir genau beziffern, in welchem Maße die Recyclingaktivitäten der ALBA Group zur Entlastung der Umwelt beitragen«, so Dr.-Ing. Markus Hiebel, Leiter der Abteilung Nachhaltigkeit und Partizipation im Fraunhofer UMSICHT. Die größten Einspareffekte lassen sich aus seiner Sicht dann erzielen, wenn die gesamte Wertschöpfungskette konsequent nach dem Kreislauf-Prinzip ausgerichtet wird: »Die Transformation hin zu einer echten ‚Circular Economy‘ erfordert ein rundum neues Denken. Produkte sollten von Anfang an so konzipiert und behandelt werden, dass sie Recyclingrohstoffe enthalten – und sich am Ende sinnvoll stofflich verwerten lassen.«

Konsequenter Einsatz von Recyclingrohstoffen erforderlich

»Die Kreislaufwirtschaft zählt zu den stärksten Schrittmachern auf dem Weg zur Klimaneutralität«, sagt Dr. Axel Schweitzer, Vorstandsvorsitzender der ALBA Group. »Das Ziel, die Treibhausgasemissionen bis 2030 europaweit um mindestens 55 Prozent zu verringern, werden wir nur mit einem konsequenten Einsatz von Recyclingrohstoffen erreichen.« Zum Beispiel im Bereich Kunststoffe: Im Vergleich zu Primärkunststoffen aus Rohöl spart etwa die Nutzung hochwertiger Recyclingkunststoffe mehr als 50 Prozent Treibhausgasemissionen ein. »Dieses Potenzial muss jetzt gehoben werden«, so Schweitzer. »Wir erwarten, dass die neue Bundesregierung entschlossen handelt und den Übergang in eine kreislauffähige Wirtschaftsweise mit Nachdruck vorantreibt. Die Umweltvorteile des Recyclings durch die eindeutig bessere CO2-Bilanz sollten sich auch preislich widerspiegeln. Als Klimaschutz-Sofortmaßnahmen sind außerdem dringend klare Industriestandards für Rezyklate in Verbindung mit Mindestquoten für den Einsatz von Recyclingrohstoffen in Produkten und Verpackungen sinnvoll.«

Im Rahmen des NRW-Projekts »Labor für urbane Zukunftsfragen und Innovationen (LUZI)« stellt die DEZENTRALE des Fraunhofer UMSICHT im September und Oktober mit vier kostenfreien Online-Veranstaltungen ihr Konzept der Stadtteilfabrik vor. Am 30. September können sich Kreativschaffende, Handwerker*innen und Interessierte aus dem Einzelhandel genauso wie alle Bürger*innen ein erstes Bild von der alternativen und nachhaltigen Lösung im urbanen Raum schaffen und darüber ins Gespräch kommen.

Thematischer Start mit einem Rundumschlag
Das Thema »Vision der Stadtteilfabrik« soll dabei insbesondere auch in all seinen Facetten zur Diskussion anregen und den interdisziplinären Austausch fördern. Von Geschäftsmodellen über Möglichkeiten der Nutzerintegration und Fertigungstechnologien bis hin zu entstehenden Mehrwerten bilden sich viele Fragen, auf die beim Auftakt der Veranstaltungsreihe eine Antwort erarbeitet wird. Angefangen mit dem Grobkonzept, stehen dabei aber auch insbesondere die Schlüsselaktivitäten im Mittelpunkt der Diskussion.

Zum Projekt
Das Labor für urbane Zukunftsfragen und Innovationen« untersucht transdisziplinär, wie und durch welche Zielgruppen ein Maker Space – eine offene Werkstatt – nachhaltig funktionieren kann. Dazu möchte das Forschungsteam herausfinden, welche Bedingungen es braucht, um soziale, ökologische und kreative Ideen in unternehmerisches Handeln zu überführen sowie Güter herzustellen und Bildungsangebote zu offerieren.

• Ressourcenschonende Alternative für Gemüseanbau

Der Trend geht in Richtung nachhaltige Ernährung, immer mehr stehen Qualität und Regionalität im Fokus. Eine große Herausforderung gerade für dicht besiedelte Räume. Die Stadt Düsseldorf ist in diesem Bereich sehr aktiv und entwickelt neue Konzepte für die Innenstadt. So wird die Realisierung einer vertikalen Indoor Farm direkt am Carlsplatz untersucht, die nach dem Vorbild des Oberhausener ALTMARKTgartens ressourcenschonend pflanzliche Lebensmittel produziert. Im Auftrag der Stadt Düsseldorf erstellt das Fraunhofer UMSICHT aktuell eine Machbarkeitsstudie.

Anders als in der konventionellen Landwirtschaft werden beim sogenannten Vertical Farming Gemüse, Salat oder Kräuter nicht auf Feldern, sondern z. B. an Fassaden oder auf Gebäudedächern angebaut. »Gerade die großen Dachflächen innerstädtischer Gebäude bieten gute Voraussetzungen, um platzsparend zu produzieren«, erklärt Volkmar Keuter vom Fraunhofer UMSICHT, Leiter der Machbarkeitsstudie.

Südlich der Düsseldorfer Altstadt liegt mit dem Carlsplatz der älteste noch betriebene Marktplatz der Stadt. Das Angebot ist groß: Es gibt Exotisches, aber auch mehr und mehr regionale Produkte zu kaufen. Dieser Trend deckt sich mit dem Wunsch vieler Marktbesucherinnen und Marktbesucher nach einer größeren Auswahl nachhaltig produzierter Lebensmittel. Dazu beitragen könnte in Zukunft eine Indoor Farm direkt am Carlsplatz.

Innerhalb der Machbarkeitsstudie werden auch mögliche Verknüpfungen und Synergieeffekte zu anderen Standorten betrachtet. Das Auftaktgespräch mit Vertreterinnen und Vertretern der Stadt Düsseldorf fand am 28. Juli 2021 statt.

Oberhausen als Vorbild für klimaschonenden urbanen Anbau
Gut 30 km nördlich zeigt der ALTMARKTgarten in Oberhausen eine Variante, wie die geplante Indoor Farm in Düsseldorf aussehen könnte. Nach dem am Fraunhofer UMSICHT entwickelten inFARMING®-Konzept werden hier seit 2019 landwirtschaftliche Produkte auf dem Dach des Jobcenters angebaut. Der Anbau erfolgt hydroponisch, d. h. die Pflanzen werden erdfrei durch eine wässrige Lösung ernährt. »So wird sichergestellt, dass die Pflanzen genau die Wasser- und Nährstoffmenge zugeführt bekommen, die sie zum jeweiligen Zeitpunkt benötigen«, erklärt Volkmar Keuter. Zudem befinde sich der Standort sehr zentral, wodurch lange Lieferketten entfallen, Transportkosten minimiert werden und der Verkehr entlastet wird. Die hergestellten Produkte sind dadurch nicht nur qualitativ hochwertig, sondern auch nachhaltig.

Im ALTMARKTgarten wird nicht nur produziert, er ist gleichzeitig auch Forschungsobjekt des Fraunhofer UMSICHT. Ein interdisziplinäres Team entwickelt die gebäudeintegrierte Landwirtschaft weiter und arbeitet an neuen Technologien. Denn die Nutzung bestehender Strukturen – in diesem Fall das Dach – ist das eine. Das andere sind die technischen Komponenten, zu denen neben einer optimalen Beleuchtung vor allem die Nutzung der vorhandenen Ressourcen zählt. Das Gebäude liefert nämlich Abwärme und Abwasser, die für das Pflanzenwachstum eingesetzt werden können.
Akzeptanz in der Bevölkerung

In den kommenden sechs Monaten prüfen Forschende des Fraunhofer UMSICHT gemeinsam mit einem interdisziplinären Team, bestehend aus der Wolfgang Block Industrie- und Gartenbau GmbH & Co. KG (technische und pflanzenbautechnische Konzeption) und PASD Feldmeier • Wrede Architekten BDA Stadtplaner SRL PartG mbB (städtebauliche Analyse, Integration des Vertical Farming in ein bauliches Konzept und in die städtebauliche Umgebung) die Umsetzung des inFARMING®-Konzepts auf den Carlsplatz.

Neben einer detaillierten Standortanalyse und der Formulierung konkreter Ziele wird es auch eine Beteiligung der Bewohnerinnen und Bewohner sowie der ansässigen Händler geben.
Die Studie soll im Dezember 2021 abgeschlossen werden.

• Fraunhofer, SABIC und Procter & Gamble kooperieren
• Der Fraunhofer Cluster of Excellence Circular Plastics Economy CCPE und das Fraunhofer Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT haben ein innovatives Recyclingverfahren für Altkunststoffe entwickelt.
• Das Pilotprojekt, an dem auch SABIC und Procter & Gamble beteiligt sind, soll zeigen, dass Einweg-Gesichtsmasken für das sogenannte Closed-Loop-Recycling geeignet sind.

Die milliardenfache Verwendung von Einweg-Gesichtsmasken zum Schutz vor dem Coronavirus birgt große Gefahren für die Umwelt, insbesondere wenn die Masken in der Öffentlichkeit, z.B. in Parks, bei Open-Air-Veranstaltungen oder an Stränden, gedankenlos weggeworfen werden. Neben der Herausforderung, eine nachhaltige Lösung für derart große Mengen unverzichtbarer Hygieneartikel zu finden, bedeutet die bloße Entsorgung der gebrauchten Masken auf Mülldeponien oder in Verbrennungsanlagen einen Verlust an wertvollem Rohstoff, mit dem sich neue Materialien herstellen ließen.

»Vor diesem Hintergrund haben wir untersucht, wie gebrauchte Gesichtsmasken wieder zurück in die Wertschöpfungskette der Maskenproduktion gelangen könnten,« so Dr. Peter Dziezok, Director R&D Open Innovation bei P&G. »Doch für eine echte Kreislauflösung, die sowohl nachhaltige als auch wirtschaftliche Kriterien erfüllt, braucht es Partner. Deshalb haben wir uns mit den Expertinnen und Experten vom Fraunhofer CCPE und Fraunhofer UMSICHT sowie den Technologie- und Innovations-Fachleuten von SABIC zusammengetan, um Lösungen zu finden.«

Im Rahmen des Pilotprojekts sammelte P&G an seinen Produktions- und Forschungsstandorten in Deutschland gebrauchte Gesichtsmasken von Mitarbeitenden und Besuchenden ein. Auch wenn diese Masken immer ordnungsgemäß entsorgt werden, fehlte es doch an Möglichkeiten, diese effizient zu recyceln. Um hierbei alternative Herangehensweisen aufzuzeigen, wurden extra dafür vorgesehene Sammelbehälter aufgestellt und die eingesammelten Altmasken an Fraunhofer zur Weiterverarbeitung in einer speziellen Forschungspyrolyseanlage geschickt.

»Einmal-Medizinprodukte wie Gesichtsmasken haben hohe Hygieneanforderungen, sowohl in Bezug auf die Entsorgung als auch hinsichtlich der Produktion. Mechanisches Recycling wäre hier keine Lösung,« erklärt Dr. Alexander Hofmann, Abteilungsleiter Kreislaufwirtschaft am Fraunhofer UMSICHT. »Unser Konzept sieht zunächst die automatische Zerkleinerung und anschließend die thermochemische Umwandlung in Pyrolyseöl vor. Unter Druck und Hitze wird der Kunststoff bei der Pyrolyse in molekulare Fragmente zerlegt, wodurch unter anderem Rückstände von Schadstoffen oder Krankheitserregern wie dem Coronavirus zerstört werden. Im Anschluss können daraus neuwertige Rohstoffe für die Kunststoffproduktion gewonnen werden, die zudem die Anforderungen an Medizinprodukte erfüllen,« ergänzt Hofmann, der auch Leiter der Forschungsabteilung Advanced Recycling am Fraunhofer CCPE ist.

Das Pyrolyseöl wurde im nächsten Schritt an SABIC weitergereicht, wo es als Ausgangsmaterial für die Herstellung von neuwertigem Polypropylen (PP) zum Einsatz kam. Das Polymer wurde nach dem allgemein anerkannten Massenbilanz-Prinzip hergestellt, bei dem das alternative Ausgangsmaterial im Produktionsprozess mit fossilen Rohstoffen kombiniert wird. Das Massenbilanz-Prinzip gilt als wichtige Brückenlösung zwischen der heutigen Linearwirtschaft und der nachhaltigeren Kreislaufwirtschaft der Zukunft.

»Das in diesem Pilotprojekt gewonnene, hochwertige zirkuläre PP-Polymer zeigt deutlich, dass Closed-Loop-Recycling durch die aktive Zusammenarbeit von Akteuren aus der gesamten Wertschöpfungskette erreicht werden kann,« betont Mark Vester, Global Circular Economy Leader bei SABIC. »Das Kreislaufmaterial ist Teil unseres TRUCIRCLE™-Portfolios, mit dem wertvolle Altkunststoffe wiederverwertet und fossile Ressourcen eingespart werden sollen.«

Mit der abschließenden Lieferung des PP-Polymers an P&G, das dort zu Faservliesstoffen verarbeitet wurde, schloss sich der Kreis. »Durch dieses Pilotprojekt konnten wir besser beurteilen, ob der Kreislaufansatz auch für Kunststoffe, die bei der Herstellung von Hygiene- und Medizinprodukten zum Einsatz kommen, geeignet wäre,« so Hansjörg Reick, Senior Director Open Innovation bei P&G. »Natürlich muss das Verfahren noch verbessert werden. Die bisherigen Ergebnisse sind jedoch durchaus vielversprechend.«

Das gesamte Kreislaufprojekt – von der Einsammlung der Gesichtsmasken bis hin zur Produktion – wurde innerhalb von sieben Monaten entwickelt und umgesetzt. Der Einsatz innovativer Recyclingverfahren bei der Verarbeitung anderer Materialien und chemischer Produkte wird am Fraunhofer CCPE weiter erforscht.

• Energiewende – gemeinsam für eine klimaneutrale Zukunft
• Wissenschaftskommunikation Energiewende: Für Energieforschung begeistern und Innovationen für das Energiesystem von morgen zeigen.

Wie können wir die Energiewende gemeinsam umsetzen? Dieser Frage widmet sich ab 2022 eine Ausstellung, die das gesamte Bundesgebiet bereist und durch zahlreiche Veranstaltungen und partizipative Angebote begleitet wird. In dem gemeinsamen Projekt präsentieren Forschungseinrichtungen, Hochschulen, Ausstellungshäuser sowie Akteure der Wissenschaftskommunikation Lösungen für eine sichere, wirtschaftliche und klimaneutrale Energieversorgung und nehmen Ideen und Meinungen der Bürgerinnen und Bürger dazu auf. Parallel werden die Wahrnehmung des Themas Energiewende in der Öffentlichkeit und die Wirkung des Projekts selbst erforscht.

Ausstellung ab April 2022

Im Mittelpunkt steht eine Ausstellung, die vom Industriemuseum des Landschaftsverbandes Westfalen-Lippe (LWL) und dem Klimahaus Bremerhaven 8° Ost entwickelt wird. Erste Station ist ab April 2022 die Henrichshütte Hattingen im Ruhrgebiet, ab Oktober 2022 ist die Ausstellung im Klimahaus zu sehen. Sie stellt mit Hilfe interaktiver und partizipativer Elemente Konzepte und Ideen der Energiewende sowie innovative Forschungsprojekte vor. Dabei werden auch die regionalen Besonderheiten im Umfeld der beiden Ausstellungshäuser aufgegriffen. Im Anschluss an die Präsentation in Hattingen und Bremerhaven tourt eine daraus entwickelte Wanderausstellung durch das Bundesgebiet.

Die Konzeption der Ausstellung und ihre Rezeption werden von der TU Ilmenau kommunikationswissenschaftlich begleitet. Erkenntnisse aus der Begleitforschung können dadurch direkt in die Ausstellung und das Rahmenprogramm zurückfließen. Im Zentrum des Projekts steht dabei die Frage, wie erfolgreiche Wissenschaftskommunikation zur Energiewende vor allem mit Blick auf regionale Aspekte gelingen kann und welchen Einfluss standortspezifische Faktoren auf die Rezeption haben.

Projektpartner

    Industriemuseum des Landschaftsverbandes Westfalen-Lippe (LWL)
    Klimahaus Bremerhaven 8° Ost
    Technische Universität Ilmenau, Fachgebiet Empirische Medienforschung und politische Kommunikation
    DECHEMA Gesellschaft für chemische Technik und Biotechnologie e. V.
    Fraunhofer UMSICHT
    Fraunhofer-Cluster CINES
    Wissenschaft im Dialog

Kooperationspartner

    Kopernikus Projekte für die Energiewende
    Carbon2Chem®