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Regelbare Dämmelemente können dafür sorgen, dass der Wärmedurchgang durch die Gebäudehülle bedarfsgerecht angepasst werden kann. Das spart Energie zum Heizen oder Kühlen und damit Kosten. Der Wärmedurchgang lässt sich durch intelligente Systeme regulieren – je nach Außentemperatur und Wärme- oder Kühlbedarf in den Innenräumen. Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) entwickeln mit ihren Partnern adaptive Gebäudehüllen, die auch Bauteile aus Beton als strukturelle thermische Energiespeicher für die Temperierung der Gebäude nutzbar machen können.

Im Forschungsprojekt ReVaD werden regelbare Dämmelemente entwickelt, die auf dem Knudsen-Effekt basieren. Der Knudsen-Effekt beschreibt die Änderung der Wärmeleitfähigkeit poröser Strukturen mit dem im Porenraum vorherrschenden Gasdruck. Herrscht im Porenraum ein Vakuum, ist die Wärmeleitfähigkeit niedrig, steigt der Druck an, steigt auch die Wärmeleitfähigkeit. Um das Prinzip in einem regelbaren Dämmelement sinnvoll einzusetzen, ist ein möglichst hoher Schaltfaktor zwischen den beiden Zuständen nötig. Dazu müssen Porensystem und Gasdruckbereich optimal aufeinander abgestimmt werden. Im Dämmpaneel besteht das Porensystem aus einem Abstandstextil, das an den DITF entwickelt wird. Eine zentrale Herausforderung stellt dabei die Drucksteifigkeit des Füllkernes dar, die bei einer Flächenpressung von 10 N/cm2 im Feinvakuum nur eine minimale Verformung zulassen darf. Das Forschungsteam im Technologiezentrum Maschentechnik hat entsprechende druckstabile Strukturen entwickelt. Deren Porengröße wird in den nächsten Schritten optimiert, indem Texturgarne in den Polfadenraum eingebracht werden. Die grundlegende Wärmeleitfähigkeit der Struktur soll dabei möglichst wenig erhöht werden. Mit den gestrickten Strukturen im Paneel konnte bereits ein Schaltfaktor, also das Verhältnis aus maximal zu minimal erzielter Wärmeleitfähigkeit, von 5 nachgewiesen werden. Aktuelle Arbeiten widmen sich der Optimierung der Abstandsstrukturen und der Aufbau eines Demonstrators.

Im Verbundprojekt wird am Institut für Technische Thermodynamik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart eine thermochemische Reaktorkomponente entwickelt, die die präzise und energieeffiziente Gasdruckeinstellung im Dämmelement ermöglicht. Dabei werden Metallhydrid-Wasserstoff-Reaktionssysteme eingesetzt, die durch gezielte Temperierung die Kontrolle des Gasdrucks im Dämmpaneel zulassen.

Das Institut für Gebäudeenergetik, Thermotechnik und Energiespeicherung (IGTE) der Universität Stuttgart untersucht die Integrationsmöglichkeiten der Paneele in den Wandverbund simulativ und experimentell. Die thermisch-energetischen Simulationen ermöglichen die Beurteilung von Energieeinsparpotenzialen der Technologie in unterschiedlichen Szenarien und unter verschiedenen Randbedingungen. Mit Hilfe eines Demonstrators wird die regelbare Wärmedämmung anwendungsnah getestet.

Das Projekt ReVaD (Entwicklung regelbarer Vakuumdämmelemente zur bedarfsgerechten Anpassung des Wärmedurchgangs in Gebäudehüllen und -strukturen sowie der thermischen Aktivierung von Speichermassen) wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) gefördert (FKZ: 22617 N).

Freudenberg präsentiert innovative Batterieseparator-Lösungen für stationäre Energiespeichersysteme und weitere Anwendungen  

Freudenberg Performance Materials (Freudenberg) stellt vom 17. bis zum 20. März 2025 auf dem International Battery Seminar in Orlando, Florida, USA, seine Batterieseparatoren aus Vliesstoff vor. Als ein führender Hersteller technischer Textilien zeigt das Unternehmen unter anderem innovative Materialien, die langlebige, leistungsstarke und sichere stationäre Energiespeichersysteme ermöglichen.

Freudenberg wird sein Sortiment an Batterieseparatoren präsentieren, welche den Lebenszyklus, die Leistung und Sicherheit von Batterien für stationäre Energiespeichersysteme sowie von Batterien für Transport-, Kommunikations- und Computersysteme erhöhen. Dazu gehören Nickel-Cadmium-, Nickel-Metallhydrid-, Nickel-Zink-, Nickel-Wasserstoff-, Metall-Luft-, Blei-Säure-Batterien und viele weitere.

Ein Highlight für Besuchende ist die neueste, einzigartige Technologie zur Oberflächenveredelung von Freudenberg, die eine einwandfreie Elektrolytaufnahme ermöglicht und deren Geschwindigkeit erhöht. Das Unternehmen kombiniert diese und eine Vielzahl weiterer Veredelungen mit seinen vielseitigen Vliesstofftechnologien, um weitere maßgeschneiderte Separatoren zu entwickeln, die die Anforderungen der Hersteller von Energiespeichersystemen und anderen Batterieproduzenten in der Luftfahrtindustrie, im Schienenfahrzeugbau oder bei Computersystemen erfüllen. Freudenberg verfügt über eine breite Palette an Vliesstofftechnologien in der Industrie, darunter Nassvlies-, Trockenvlies- und Spinnvliesverfahren. Diese bieten einzigartige Möglichkeiten zur Anpassung der Homogenität und Gleichmäßigkeit der Materialien, der Elektrolytaufnahme, der Wicking Rate, der Luftdurchlässigkeit, der Dicke und der Zugfestigkeit.
Mit Produktionsstandorten auf mehreren Kontinenten kann Freudenberg vor Ort produzieren und die Batteriehersteller optimal bedienen.

Die High-Performance-Vliesstoff-Separatoren von Freudenberg spielen in Batterien eine wichtige funktionale Rolle. Neben der primären Funktion, die Elektrode und die Kathode zu trennen, bilden die Separatoren von Freudenberg ein Elektrolytreservoir in der Batterie und tragen dazu bei, die Funktionalität, Selbstentladung und Lebensdauer der Batterien zu verbessern. Darüber hinaus tragen sie dazu bei, Kurzschlüsse zu vermeiden, indem sie das Wachstum von Dendriten verhindern.

Prof. Dr. Klaus Heinemann, langjähriger Abteilungsleiter am TITK Rudolstadt, gab jetzt in Ilmenau seine Abschiedsvorlesung. In seine Fußstapfen tritt mit Dr.-Ing. Michael Gladitz ein weiterer Wissenschaftler aus dem Rudolstädter Forschungsinstitut.

„Polymerchemie – Chemische Grundlagen der Polymerwerkstoffe.“ Fast zwei Jahrzehnte lang gehörte diese Vorlesung ins Pflichtprogramm vieler Ilmenauer Studenten. Jetzt gab es sie letztmalig zu hören. Auf gemeinsame Einladung des Instituts für Chemie und Biotechnik der TU sowie des Thüringischen Instituts für Textil- und Kunststoff-Forschung Rudolstadt (TITK) trat Klaus Heinemann noch einmal vors Auditorium im Röntgenbau. Der Abend mit zahlreichen Kollegen und Weggefährten war seiner Verabschiedung und der Einführung des Nachfolgers gewidmet.

Heinemann, seit 2003 Abteilungsleiter und später auch stellvertretender Direktor am TITK, hatte seit 2005 Vorlesungen in Ilmenau gehalten. Im gleichen Jahr wurde das TITK zum ersten externen An-Institut der Universität. Und ist bis heute das Erfolgreichste, wie der langjährige TU-Rektor, Prof. Dr. Peter Scharff, in seiner Laudatio feststellte. Von einer „extrem erfolgreichen Zusammenarbeit“ zwischen TU und TITK sprachen sowohl Scharff als auch der geschäftsführende Direktor des TITK, Benjamin Redlingshöfer. Die Basis dafür sei natürlich durch die gemeinsamen Interessen und die sehr gute Symbiose zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung gelegt worden, welche in den letzten Jahren auch in eine abgestimmte Investitionsstrategie mit wertvollen Anschaffungen auf beiden Seiten mündete. Vor allem aber habe es auch menschlich immer gepasst zwischen den Akteuren beider Institutionen, betonte Redlingshöfer.

Am 1. Februar 2007 war Klaus Heinemann zum Honorarprofessor für Organische Chemie bestellt worden. Schon damals würdigte TU-Rektor Peter Scharff dessen „unkomplizierte, aber exakte, anschauliche Art und Weise der Wissensvermittlung“, die sowohl von Mitarbeitern als auch Studenten geschätzt werde. Nun sagte Scharff: „Ich wünschte mir, dass es mehr solche Personen gäbe wie Sie. Wir freuen uns auf Dr. Gladitz, aber wir werden Sie sehr vermissen.“

Auch Prof. Dr. Uwe Ritter, Direktor des Instituts für Chemie und Biotechnik, bedankte sich bei Klaus Heinemann. Er habe in 20 Jahren gemeinsamer Arbeit nicht nur Chemiestudenten, sondern auch Physikern und Werkstoffwissenschaftlern die Polymerchemie nahegebracht. Dieser Anspruch bleibe weiter wichtig, so Ritter, da die TU nicht über eigene Kompetenzen in der Polymerchemie verfüge, die Studenten aber trotzdem allumfassend ausbilden wolle.

Passend zur Staffelstab-Übergabe überschrieb Heinemanns Nachfolger Michael Gladitz seine unmittelbar folgende Antrittsvorlesung mit dem Titel „Polymerwerkstoffe und ihre Chemie im Wandel der Zeit – Zukunftsperspektiven für mehr Nachhaltigkeit“. In einem kurzweiligen Vortrag riss er dabei zahlreiche innovative Themen an, die aktuell unter seiner Mitwirkung am TITK bearbeitet werden – seien es neue Materialien für die Wasserstoff-Speicherung, neue Biokunststoffe oder neue Ansätze für ein verbessertes Kunststoff-Recycling.
Mindestens genauso breit gefächert sind seine Arbeitsschwerpunkte, seit er 2005 als Wissenschaftler ans TITK kam. Zuvor hatte Michael Gladitz an der damaligen Fachhochschule Jena den Abschluss als Diplom-Ingenieur der Werkstofftechnik erworben. Später promovierte er an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg. An der TU Ilmenau ist er alles andere als ein Neuling: Bereits 2007 etablierte er dort die erste Vorlesungsreihe zur Kunststofftechnik, hielt seitdem diverse Gastbeiträge und betreut regelmäßig Bachelor- und Master-Arbeiten.

Zu guter Letzt ist Michael Gladitz auch als Dozent an seiner früheren Hochschule in Jena tätig und engagiert sich ehrenamtlich als Prüfer bei der Industrie- und Handelskammer Ostthüringen zu Gera.

Neste, Alterra und Technip Energies haben eine Vereinbarung unterzeichnet, um die Kreislaufwirtschaft für Kunststoffe durch das Angebot einer standardisierten technologischen Lösung für das chemische Recycling voranzutreiben.

Ziel der Zusammenarbeit ist es, Unternehmen, die chemische Recyclingkapazitäten aufbauen wollen, eine modulare Standardlösung anzubieten, die auf der selbst entwickelten Verflüssigungstechnologie von Alterra basiert.

Diese Lösung kommt in Form von einsatzbereiten Modulen für den Bau von entsprechenden Anlagen zur Verflüssigung von Kunststoffabfällen. Dies ermöglicht geringere Vorinvestitionen, eine schnellere Umsetzung, eine zuverlässige Berechnung der Wirtschaftlichkeit des Projekts sowie geringere Gesamtkapitalkosten. So lassen sich Projekte zum Aufbau von Kapazitäten für das chemische Recycling effizienter durchführen – und die Industrie kann ihre Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen verringern und die Kreislaufwirtschaft für Kunststoffe und Chemieprodukte beschleunigen.

Bei der Technologie von Alterra handelt es sich um ein thermochemisches Verflüssigungsverfahren zur Umwandlung von schwer zu recycelnden Kunststoffen in ein flüssiges, auf Kohlenwasserstoffen basierendes Zwischenprodukt. Dieses kann dann zu hochwertigen Rohstoffen für neue Kunststoffe und Chemieprodukte weiterverarbeitet werden. Bis heute hat Neste mehr als 6.000 Tonnen Material verarbeitet, das aus Kunststoffen gewonnen wurde, darunter auch ISCC PLUS-zertifiziertes Öl aus einer großtechnischen Anlage von Alterra in Akron, Ohio.

Die Expertise von drei Unternehmen in einer Lösung
Alterra und Neste arbeiten seit 2021 auf dem Gebiet des chemischen Recyclings zusammen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Optimierung der Technologie von Alterra und dem Aufbau entsprechender Wertschöpfungsketten. Seit 2022 arbeitet Alterra auch mit Technip Energies am chemischen Recycling. Nun schließen sich alle drei Unternehmen für ein einmaliges Vorhaben zusammen: Alterra und Neste lizenzieren die Technologie für das Verflüssigen, Technip Energies entwirft, konstruiert und liefert dann entsprechende Lösungen für standardisierte Anlagen an Interessenten auf der ganzen Welt.

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.

Die Staatssekretärin des nordrhein-westfälischen Wissenschaftsministeriums Gonça Türkeli-Dehnert setzte für den Ersatzneubau der Textilhalle auf dem Mönchengladbacher Campus den symbolischen ersten Spatenstich. Mit dem Bau der neuen Textilhalle startet der Bau- und Liegenschaftsbetrieb des Landes Nordrhein-Westfalen (BLB NRW) die Modernisierung für den renommierten Fachbereich Textil- und Bekleidungstechnik an der Hochschule Niederrhein.

Der Fachbereich Textil- und Bekleidungstechnik der Hochschule Niederrhein steht am Campus Mönchengladbach im Kontext einer langen historischen Tradition regionaler Textilindustrie. Architektonisch wird der Campus Webschulstraße durch seine industriellen Backsteingebäude aus dem frühen 20. Jahrhundert geprägt. Mit dem Ersatz-Neubau der Textilhalle startet die Erneuerung des Gesamtkomplexes. Ziel ist es, eine funktionale Vernetzung der Forschungs- und Lehrgebäude auf dem gesamten Campus zu schaffen. Innnovation und Nachhaltigkeit werden die Nutzung durch die Hochschule Niederrhein prägen: In das moderne Technikum für Textilveredlung des Fachbereichs für Textilund Bekleidungstechnik wird bereits 2025 mit Maschinen für eine emissionsarme, digitale Produktion im Industriemaßstab einziehen. Studierende, aber auch Partner aus der Wirtschaft und Wissenschaft erfahren in diesem Neubau einerseits die Grundlagen der Farbgebung, Ausrüstung oder Beschichtung von Textilien und erhalten andererseits unmittelbar Zugang zu Innovation und Forschung, wie z.B. der wasserfreien Plasmabehandlung oder der Textiltrocknung mit Wasserstoff. Der größte Fachbereich für diese Disziplin in ganz Europa kann mit diesem Bau an die textile Tradition anknüpfen und zugleich einen Beitrag zu einer soliden Ausbildung und Forschung für eine starke Textilwirtschaft in der Zukunft beitragen.

„In den kommenden Jahren realisieren wir hier auf einer limitierten Fläche viele Bauprojekte, um für den Fachbereich optimale Bedingungen zu schaffen. Das Besondere an der neuen Textilhalle sind die recycelten Klinkersteine, die optisch auf das Gesamt-Ensemble abgestimmt werden. Als BLB NRW sorgen wir für nachhaltigen Raum für Forschung und Lehre“, betont BLB NRW Geschäftsführerin Gabriele Willems. Der Ersatz-Neubau wird nachhaltig gebaut. Bis auf den Keller und das Treppenhaus wird das Gebäude in Massivholzbauweise errichtet. Vorteile sind, dass diese Bauweise gegenüber einer Stahlbetonkonstruktion leichter ist und bessere Wärmedämmeigenschaften besitzt. Für die Fassade der neuen Textilhalle werden recycelte Klinkersteine verwendet. Durch die Wiederverwendung rückgebauter Klinker können CO2-Emissionen gegenüber neu produzierten Steinen eingespart werden. Auch durch geänderte Herstellungsprozesse und Betonrezepturen sollen gemäß Herstellerangaben ungefähr 30 bis 50 Prozent weniger CO2-Emissionen beim Rohbau erreicht werden. Das Dach wird begrünt und mit einer leistungsstarken Photovoltaik- Anlage ausgestattet.

Die Besonderheit des Ersatz-Neubaus wird die transparente Gebäudegestaltung sein. Als Fenster zur Forschung macht er die Hochschulaktivitäten entlang der Rheydter Straße sichtbar und stärkt hiermit die urbane Wahrnehmung und Identität des Campus. Die vier großen Fenster ermöglichen Passanten einen Blick in die Textilhalle. Neben der großen Fensterfront im Erdgeschoss sorgt ein Lichtband im oberen Teil der Fassade für ausreichend Helligkeit in den Lehrräumen. „Die Hochschule Niederrhein ist einer unserer wichtigsten Partner, wenn es darum geht, Mönchengladbach als textilen Forschungs-, Entwicklungs- und Produktionsstandort von morgen aufzustellen. Das wird deutlich durch gemeinsame Projekte wie die Textilfabrik 7.0, aber auch durch die vielen klugen Köpfe, die die Hochschule Tag für Tag zu den Fachkräften von morgen ausbildet. Mit dem Bau der neuen Textilhalle schreiben das Land und der Bau- und Liegenschaftsbetrieb NRW an dieser Erfolgsgeschichte mit. Ich freue mich sehr über das architektonisch ansprechende und topmoderne Hochschulgebäude, dessen Bau wir heute einleiten“, stellt der Oberbürgermeister der Stadt Mönchengladbach, Felix Heinrichs, heraus.

Der Ersatz-Neubau ergänzt den Campus sinnvoll und setzt den Startschuss für den Ausbau des Fachbereichs Textil- und Bekleidungstechnik. Nach Fertigstellung zieht die Spinnerei in den Neubau, damit weitere Teilprojekte am Campus Mönchengladbach starten können. Die leergezogene denkmalgeschützte Spinnerei wird daraufhin kernsaniert. Teile der Spinnerei sowie der ehemaligen Textilveredelung werden perspektivisch abgebrochen, die grundlegende Bausubstanz bleibt jedoch erhalten. Die Spinnerei als Forschungs- und Lehrgebäude wird zudem modernisiert und energetisch ertüchtigt. Auch durch neu gestaltete Grünflächen entsteht eine hohe Aufenthaltsqualität für Studierende und Lehrende. Nach der Fertigstellung werden dem Fachbereich durch die modernisierte Spinnerei und den Neubau rund 2.500 Quadratmeter Nutzungsfläche mit modernsten Bedingungen für Forschung und Lehre zur Verfügung stehen.

Vier Studierende von Optima haben vom 28. Februar bis 2. März 2024 beim Smart Green Island Makeathon auf Gran Canaria teilgenommen. Gemeinsam haben sie Prototypen für intelligente Landwirtschaft, automatisierte Systeme für die Lagerhaltung sowie einen nachhaltigen Umgang mit Batterien entwickelt. Bei dem Makeathon konnten die jungen Talente ihr Wissen ausbauen und neue Kontakte knüpfen. Bei der jährlich stattfindenden Veranstaltung waren in diesem Jahr 587 Teilnehmende aus 47 Nationen dabei.

Die beiden Studenten Jannick Besler und Luca Mitrenga haben sich für die Challenge „Smart Home Farming“ entschieden, also intelligente Landwirtschaft für zu Hause. Ein Teil der Challenge bestand daraus, eine automatische Bewässerungsanlage für Pflanzen mit Hilfe von PET-Flaschen zu installieren. Wer in der Großstadt wohnt und keinen eigenen Garten hat, soll sich mit der automatischen Bewässerung ein Hochbeet in den eigenen vier Wänden schaffen können. Dafür hat das Team ein vertikales System entwickelt, in dem PET-Flaschen mit den Pflanzen befüllt und an der Wand befestigt werden. Die Pflanzen werden durch Leitungen von unten mit Wasser besprüht.

Der zweite Teil ihrer Challenge war die Entwicklung einer automatisierten Zustandsanalyse. Dafür entnimmt ein Roboter die Pflanze aus der PET-Flasche und führt sie auf ein lineares Transportsystem mit Magnetantrieb. Eine installierte Kamera erkennt dann die Art der Pflanze, ob und welche Früchte sie trägt und ob sie von Schädlingen befallen ist. So eignet sich das automatisierte System auch für landwirtschaftliche Prozesse.

Student Jeremy Wolf entwickelte mit seinem Team ein automatisiertes System für intelligente Lagerhaltung mit Hilfe von einem 6-Achs-Roboter. „Im Vergleich zu den anderen Teams haben wir unsere Chancen auf eine herausstechende Lösung eher gering eingeschätzt. Trotzdem haben wir uns nicht unterkriegen lassen“, erzählt er. „Die Sponsoren waren am Ende so stark von unserer Idee und Entwicklung begeistert, dass sie uns empfohlen haben, an einem weiteren Contest ihres Unternehmens teilzunehmen. Sie meinten, unsere Chancen auf den Hauptpreis stehen hoch.“

Shafira Andhinin Tiyan studiert nachhaltige Energiesysteme und absolviert ein Praktikum in der Nachhaltigkeitsabteilung von Optima. Beim Makeathon wählte sie die Challenge zu einem nachhaltigen Thema aus: Recycling von Batterien für die Kreislaufwirtschaft. Shafira und ihr Team entwickelten einen Prototyp, der die Restenergie von verbrauchten Batterien in einer Wasserstoffstation wiederverwendet und daraus Wasserstoffenergie erzeugt.

Das Kick-Off-Meeting zum Projekt "Trends und Designfaktoren für Wasserstoffdruckbehälter", das kürzlich bei der AZL Aachen GmbH stattfand, war eine erfolgreiche Veranstaltung, die mehr als 37 Top-Experten auf dem Gebiet der Verbundtechnologien zusammenbrachte. Mit diesem Treffen wurde ein solides Fundament für das Joint Partner Projekt gelegt, das derzeit ein Konsortium von 20 Unternehmen aus der gesamten Wertschöpfungskette der Verbundwerkstoff-Druckbehälter umfasst: Ascend Performance Materials, Cevotec GmbH, Chongqing Polycomp International Corp. (CPIC), Conbility GmbH, Elkamet Kunststofftechnik GmbH, F.A. Kümpers GmbH & Co. KG, floteks plastik sanayi ticaret a.s., Formosa Plastics Corporation, Heraeus Noblelight GmbH, Huntsman Advanced Materials, Kaneka Belgium NV, Laserline GmbH, Mitsui Chemicals Europe GmbH, Plastic Omnium, Rassini Europe GmbH, Robert Bosch GmbH, Swancor Holding Co. Ltd, TECNALIA, Toyota Motor Europe NV/SA, Tünkers do Brasil Ltda.

Das Projekt folgt dem bewährten AZL-Ansatz eines Joint Partner Projekts, das darauf abzielt, Technologie- und Markteinblicke sowie Benchmarking verschiedener Material- und Produktionskonzepte zu ermöglichen und gleichzeitig die Experten entlang der Wertschöpfungskette zu vernetzen.

Das Kick-Off-Meeting diente nicht nur als Plattform, um neue Kontakte zu knüpfen und sich über die Expertise und Interessen der Konsortiumsmitglieder im Bereich Wasserstoffdruckbehälter zu informieren, sondern legte auch den Grundstein für die Ausrichtung der kommenden anspruchsvollen Projektphasen. Als Grundlage für die interaktive Diskussionsrunde erläuterte das AZL den Hintergrund, die Motivation und den detaillierten Arbeitsplan. Im Mittelpunkt des Dialogs standen die Hauptziele, die größten Herausforderungen, der Beitrag zur Wettbewerbsfähigkeit und die Prioritäten, mit denen die Erwartungen der Projektpartner am besten erfüllt werden können.

Die Diskussionen betrafen regulatorische Fragen, die sich wandelnde Wertschöpfungskette sowie die Versorgung mit und die Eigenschaften von Schlüsselmaterialien wie Kohlenstoff- und Glasfasern und Harzen. Das Konsortium definierte Untersuchungen zu verschiedenen Fertigungstechnologien, um deren Ausgereiftheit und potenziellen Nutzen zu bewerten. Konstruktionsauslegungen, einschließlich Liner, Boss-Design und Wickelmuster, werden unter Berücksichtigung ihrer Auswirkungen auf die mobile und stationäre Lagerung eingehend geprüft. Die Gruppe interessiert sich ebenfalls für kosteneffiziente Prüfmethoden und Zertifizierungsverfahren sowie für die Aussichten auf ein Recycling zu Endlosfasern und die Verwendung nachhaltiger Materialien. Es wurde um Einblicke in die künftige Nachfrage nach Wasserstofftanks, in die Bedürfnisse und Strategien der OEMs und in technologische Entwicklungen zur Herstellung wirtschaftlicherer Tanks gebeten.

Die Sitzung unterstrich die Bedeutung von CAE-Entwürfen für Fasermuster, die Eignung von Software und den anwendungsabhängigen Einsatz von duroplastischen und thermoplastischen Entwürfen.

Das erste Report Meeting wird auch den Rahmen für die nächste Projektphase abstecken, in der das AZL Ingenieurteam Referenzdesigns erarbeitet. Diese Designs werden eine Reihe von Druckbehälterkonfigurationen mit einer Vielzahl von Materialien und Produktionskonzepten abdecken. Ziel ist es, Modelle zu entwickeln, die nicht nur die aktuellen technologischen Möglichkeiten widerspiegeln, sondern auch tiefe Einblicke in die Kostenanalyse verschiedener Produktionstechnologien, deren CO₂-Fußabdruck, Recyclingaspekte und Skalierbarkeit bieten.

Das AZL Projekt ist weiterhin offen für zusätzliche Teilnehmer. Unternehmen, die an einer Teilnahme an dieser zukunftsorientierten Initiative interessiert sind, sind eingeladen, sich mit Philipp Fröhlig in Verbindung zu setzen.

Aufgrund ihrer besonderen physikalisch-chemischen Eigenschaften – wasser-, fett- und schmutzabweisend sowie chemisch und thermisch stabil – sind Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) in vielen zukunftsrelevanten Technologien, aber auch Alltagsprodukten essenziell. Die hohe Stabilität der Verbindungen und ihre allgegenwärtige Verbreitung können auch Gefahren für Mensch und Umwelt, insbesondere in wässriger Umgebung und in Böden. PFAS sind teilweise toxisch, z. B. fortpflanzendgefährdend oder krebserregend. Die EU plant ein pauschales Herstellungs- und Einsatzverbot. Im Rahmen eines Informationsaustauschs besuchte NRW-Umweltminister Oliver Krischer die Cornelsen Umwelttechnologie GmbH, um gemeinsam mit Verantwortlichen der IHK, der ZENIT GmbH und der Business Metropole Ruhr GmbH über die künftigen Herausforderungen bei der Beseitigung von PFAS und im Speziellen über die Aufbereitungstechnologie PerfluorAd® zu sprechen. Ebenfalls dabei war das Fraunhofer UMSICHT als (Mit-)Erfinder der Technologie und Forschungspartner von Cornelsen.

Zukunftsrelevante Technologien wie Brennstoffzellen oder Li-Ionen-Batterien, Alltagsprodukte wie Outdoor-Textilien oder Kosmetika, diverse Funktionsbeschichtungen und Feuerlöschmittel enthalten PFAS. Für zahlreiche der genannten Anwendungen gibt es noch keine fluorfreien Alternativen. Der nationale Wasserstoffrat empfiehlt aus diesem Grund eine vertiefende Forschung und Ausnahmeregelungen, bis umweltfreundliche Lösungen verfügbar sind.

Aufbereitungskosten minimieren und Umwelt schonen
Das Fraunhofer UMSICHT und Cornelsen waren mit Beginn ihrer Forschungsaktivitäten zu PFAS im Jahr 2008 die Ersten in Deutschland, die sich mit deren anspruchsvoller Beseitigung aus kontaminiertem Grundwasser, Sickerwasser und Industrieabwasser beschäftigten. Gemeinsam wurde das patentgeschützte PerfluorAd®-Verfahren entwickelt, mit dem sich PFAS effektiv und kostengünstig aus Löschwasser entfernen lassen. Die am Brandort verbleibenden PFAS-haltigen Reste an Schaum bzw. Wasser werden direkt aufgefangen – z. B. in speziellen Löschwasser-Auffangbecken von Industrieanlagen. Die anschließende Aufbereitung und Dekontaminierung kann, je nach Begebenheit, vor Ort oder extern erfolgen.

Mittlerweile hat Cornelsen viele unterschiedliche Wasseraufbereitungsprojekte und Dekontaminierungen von PFAS-belasteten Systemen durchgeführt. Das PerfluorAd®-Verfahren ist auf weitere Anwendungsfälle übertragbar und lässt sich mit verschiedenen PFAS-Aufbereitungstechnologien wie Ionenaustausch, Membranverfahren oder Aktivkohleadsorption kombinieren.

Während Cornelsen die verfahrenstechnische Umsetzung verantwortet, hat das Fraunhofer UMSICHT in den Bereichen Analytik, Chemie und IP zum Gelingen des PerfluorAd®-Verfahrens beigetragen.

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.