From the Sector

• Teilhabe des Sektors an den Energiemärkten verspricht Stabilität der Netze und Nutzen für Unternehmen

Damit sich Verbraucher und Industrie möglichst schnell mit immer größeren Anteilen von Wind- und Solarstrom versorgen lassen, muss das deutsche Energiesystem flexibler werden. Das geht nicht ohne die Industrie. Als einer der größten Energiekunden sollte sie künftig mit ihrem Bedarf aber auch mit der Bereitstellung und Speicherung von Energie aktiv und flexibel an den Energiemärkten handeln. Wie das geht und wie sich das lohnen kann, erforscht, erprobt und verwirklicht angewandte Forschung aus der Zuse-Gemeinschaft.
 
Rund 28 Prozent des deutschen Endenergieverbrauchs entfallen auf die Industrie. Für die Energiewende nimmt der Sektor auch deshalb eine Schlüsselstellung ein, weil er hohe Bedarfe sowohl an Strom wie auch an Wärme bzw. Kälte hat. Für die künftig erforderliche erhöhte Flexibilität an den Energiemärkten müssen jedoch Wärme- und Strommarkt gemeinsam für höhere Anteile erneuerbarer Energien erschlossen werden. Die Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik (GFaI) aus Berlin entwickelt aktuell mit Partnern im vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekt „Flexibilitätswende“ Modelle, um für Industriebetriebe die Eintrittsschwelle zur Teilnahme an den Energiemärkten zu senken. Das geht mit möglichst praxisnahen Software-Prototypen, die aber dennoch auf das jeweilige Unternehmen angepasst werden müssen.

Nicht nur den Strom- und Wärme-, sondern auch den Kältemarkt gilt es künftig für die mit der Energiewende steigenden Anforderungen an die Flexibilisierung von Angebot und Nachfrage zu ertüchtigen, zumal er in Zeiten von Klimaerhitzung und Digitalisierung eine wachsende Bedeutung am Energiemarkt erlangt. Besonders hoch ist der Kältebedarf in vielen Branchen am frühen Nachmittag, wenn auch die Strompreise hoch sind. Sinnvoll sind deshalb Kältespeicher, damit die Unternehmen ihren Strombedarf für Kälteanwendungen größtenteils zu Zeiten niedriger Strompreise, z.B. nachts, decken können. Möglich ist das mit einem  vom Institut für Luft- und Kältetechnik (ILK) perfektionierten Eisspeicher,  der Vakuum-Flüssigeis-Technologie. Sie lässt sich mit dem Knowhow der Forschenden aus Dresden für Verbraucher in Industrie- und Dienstleistungsbranchen skalieren und entsprechend dimensionieren, z.B. für Rechenzentren.

• Klimaneutrale Industrie: Weichen für eine nachhaltige Prozesswärmeversorgung müssen jetzt gestellt werden

Ob Schmelzen, Schmieden, Brennen oder Trocknen – die Herstellung wichtiger Grundstoffe wie Metall, Glas, Papier oder Zement erfordert hohe Temperaturen. Damit macht Prozesswärme rund zwei Drittel des Energiebedarfs der deutschen Industrie aus. Wie die Umstellung auf eine klimaneutrale Versorgung mit Blick auf die Klimaziele möglichst zeitnah gelingen kann, zeigt das von der Landesinitiative IN4climate.

NRW veröffentlichte Diskussionspapier »Industriewärme klimaneutral: Strategien und Voraussetzungen für die Transformation«. Inhaltlich unterstützt wird das Strategiepapier (im Anhang) von 17 Unternehmen und Verbänden der energieintensiven Branchen sowie Forschungspartnern des Think Tanks aus NRW.

Welche Technologien eignen sich für welche Branche? Wie könnten bestehende Hemmnisse überwunden werden? Das Papier fasst übersichtlich verschiedene Lösungsansätze für die energieintensiven Branchen zusammen und gibt Impulse, wie eine gesamtsystemische Herangehensweise aussehen kann. »Die Lösungen sind je nach Branche und Produktionsprozess zwar unterschiedlich, aber allen ist gemeinsam: Sie benötigen verlässliche und bezahlbare Erneuerbare Energien«, so Samir Khayat, Geschäftsführer der Initiative IN4climate.NRW.

Das letzte Jahr und insbesondere die mediale Aufmerksamkeit rund um die Corona-Pandemie zeigen, wie wichtig eine verständliche und zielgruppenorientierte Kommunikation wissenschaftlicher Themen ist und welchen hohen Stellenwert die Wissenschaft einnimmt. Den Dialog zwischen Wissenschaft und Gesellschaft zu fördern, ist das Ziel des UMSICHT-Wissenschaftspreises, der 2021 zum zwölften Mal vom UMSICHT-Förderverein verliehen wird. Erfahren Sie im Rahmen der Preisverleihung mehr über die spannenden Beiträge der Preisträgerinnen und Preisträger in den Kategorien Wissenschaft und Journalismus.

Die diesjährige Bekanntgabe der Preisträger*innen und Preisverleihung findet am Donnerstag, den 24. Juni 2021 aufgrund der aktuellen Situation virtuell statt. Auf der Veranstaltung kann man sich über aktuelle Themen und Trends in der Wissenschaft und Wissenschaftskommunikation informieren. Nähere Informationen und auch bereits den Link zur Veranstaltung finden sie hier.

• EMMA SCALCON is the winner of the first edition of the IMAGINING SUSTAINABLE FASHION AWARD, an international competition for communication in sustainable fashion.

The award was established in October 2020 by Connecting Cultures and C.L.A.S.S. with the aim of creating new visual imagery and innovative communication models in sustainable fashion. Stylists, photographers, designers, illustrators, artists and other creatives, invited to rethink how to communicate the new generation of values of an ethical and sustainable fashion system, joined the open and international call.

The name of the winner of the IMAGINING SUSTAINABLE FASHION competition was announced during a webinar on March 30th at 4pm led by Giusy Bettoni, CEO of C.L.A.S.S. Eco Hub; Anna Detheridge, President of Connecting  Cultures; Lucy Orta, Chair, Art & the Environment, University of the Arts London; and Dio Kurazawa, Founding Partner of The Bear Scouts.

Born in Padua, Italy, 22 years old, and a student in her second year in Textile & Fashion Design at IAAD - Istituto d'Arte Applicata e Design, Emma Scalcon won the IMAGINING SUSTAINABLE FASHION competition with her project TAKE A WALK ON THE GREEN SIDE, designing communications crafted with strong and impactful images and simple but detailed wording intended for younger consumers to inform them about sustainable fashion issues.

Scalcon ranked first among the finalists selected by a high profile jury composed of:
·   Anna Detheridge, Founder and President, Connecting Cultures
·   Giusy Bettoni, CEO and Founder, C.L.A.S.S.
·   Rita Airaghi, Director, Gianfranco Ferré Foundation
·   Paola Arosio, Head of New Brands & Sustainability Projects, Camera Nazionale della Moda Italiana (The National Chamber for Italian Fashion)
·   Jeanine Ballone, Managing Director, Fashion 4 Development
·   Evie Evangelou, Founder and President, Fashion 4 Development
·   Chiara Luisi, Sustainability Projects Coordinator, Camera Nazionale della Moda Italiana (The National Chamber for Italian Fashion)
·   Sara Kozlowski, Director of Education and Sustainable Strategies, Council of Fashion Designers of America  
·   Dio Kurazawa, Socio fondatore, The Bear Scouts
·   Renata Molho, Founding Partner, The Bear Scouts
·   Lucy Orta, Chair, Art & the Environment, University of the Arts London
·   Stefania Ricci, Director, Museo Salvatore Ferragamo

Emma Scalcon was awarded the €3,000 prize, made possible by the Main Sponsor ROICA™ by Asahi Kasei and by the other sponsors of the project: ECOSENSOR™ by Asahi Kasei - a latest generation fabric collection that promotes responsible innovation with advanced high-tech performance, C.L.A.S.S., and the Greek smart cotton SUPREME GREEN COTTON® by Varvaressos.
 
“It is time to be pioneers in communication and for this we have supported the Imagining Sustainable Fashion Award,” commented Takaaki Kondo, global marketing department manager for ROICA™ by Asahi Kasei, the Main Sponsor of the award. ROICA™ by Asahi Kasei is a high quality stretch fibre with an innovative range of intelligent functions to satisfy every modern wardrobe need for sports, underwear, and fashion. “We believe that together with responsible innovation, communication is the key to bring sustainability to the next level: to inspire, educate, inform and allow both professionals and consumers to make the right choices.”

“The competition is an opportunity to rethink how to communicate the new and different values of an ethical and sustainable fashion system,” explained Anna Detheridge. “I am quite impressed with the results of the competition — the diversity of forms that we received show both an interesting change in sensibility and a practical approach to communicating these values. There is less visual rhetoric and reliance on compelling images and more investment in basic information and a greater variety of narratives.

It is a great pleasure to see the energies from a wealth of young creatives, small businesses, and designers from all over the world with cross-disciplinary interests and a diversity of talents who are ushering in a new culture of design. My heartiest congratulations go to Emma Scalcon".

“I completely agree with Anna's comments on the quality of the work submitted by participants in the competition and together we have renewed our intention to continue IMAGINING SUSTAINABLE FASHION into 2021 with a new edition of the award,” stated Giusy Bettoni. “After this initial experience, we find ourselves even more motivated to explore some of the themes that emerged during the selection process, in particular those regarding the ethics of intellectual and cultural property, a topical issue in an industry like fashion. For this reason, we are already working together on organizing a webinar on this topic with outside specialists, including legal experts.”

 21 Grams, the group comprised of Veronica De Nigris, Serena Paone e Immacolata Esposito, won a special contest open to the public among the finalists selected by the jury, receiving the most votes from Instagram followers on C.L.A.S.S.’s corporate Instagram profile. The media partner for the initiative is Renoon, the leading search tool and data hub for sustainable fashion, a rising start-up of the year, aggregating +190 brands offering sustainable options to consumers. 

Produktionsketten defossilisieren sowie eine zirkuläre, treibhausgasneutrale Stoff- und Energiewandlung etablieren – die chemische Industrie hat sich in Sachen Nachhaltigkeit ehrgeizige Ziele gesetzt. Unterstützung bei diesem Prozess leisten ab sofort neun Institute der Fraunhofer-Gesellschaft: Im Leitprojekt ShaPID wollen sie ihre Forschungsaktivitäten für das Erreichen der Nachhaltigkeitsziele bündeln und gleichzeitig ihre Beziehungen zur Branche stärken.

»Konkret wollen wir zeigen, dass eine nachhaltige, grüne Chemie durch praxisnahe technologische Innovationen möglich ist«, erläutert Prof. Ulf-Peter Apfel vom Fraunhofer UMSICHT, einem der beteiligten Institute. »Auf Grundlage der international anerkannten „12 Principles of Green Chemistry“ wollen wir gemeinsam neue Methoden und Technologien entwickeln.« Im Fokus der Forschende stehen dabei vier komplementäre Bereiche: (1) die Synthese-, Reaktions- und Katalysetechnik, (2) die kontinuierliche Prozess- und Verfahrenstechnik, (3) die Modellierung, Simulation und Prozessoptimierung sowie (4) die Digitalisierung und Automation.

Vom grünen Rohstoff zum grünen Produkt
Die Anwendung der neuen Technologien und Methoden soll im technischen Maßstab an drei Referenzprozessen demonstriert werden, die unterschiedliche Produktsparten der Chemie adressieren: Bei »Green Plastics« geht es um die Gestaltung neuer Polymere aus CO2 und biogenen Rohstoffquellen, während bei »Green Monomers« energieeffiziente Synthesen von Monomeren aus nicht-fossilen Rohstoffen beleuchtet werden. Last but not least wird bei »Efficient Building Blocks« der Einsatz hochreaktiver Moleküle für die atomeffiziente Synthese untersucht. »Alle drei Prozesse beschreiten den Weg vom grünen Rohstoff über eine grüne Prozessführung bis hin zu grünen Produkten«, so Ulf-Peter Apfel. »Die Entwicklung wird eng sowohl von Life Cycle Assessments und Systemanalysen als auch von REACh-Bewertungen und (Öko-)Toxizitätsvorhersagen begleitet.«

Die Forschenden des Fraunhofer UMSICHT konzentrieren sich im Rahmen von ShaPID auf die Etablierung von Demonstratoren im Bereich »Green Monomers«. »Dabei geht es vor allem um die alternative Synthese von 1,4-Butadien und Diolen – allesamt wichtige Verbindungen für die chemische Industrie – aus nachwachsenden Rohstoffen über neue thermische und elektrochemische Pfade«, erklärt Dr. Barbara Zeidler-Fandrich.

Das frisch erschienene Buch »Prototype Nature« stellt die Biologie in den Mittelpunkt und geht der Frage nach, wie diese für die Wissenschaft, Technik, Wirtschaft und Gesellschaft als Vorbild fungieren kann, um neue Wege für eine nachhaltigere Welt zu ebnen. Aufbauend auf dem gleichnamigen Symposium, geben Wissenschaftler*innen und Designer*innen Einblicke in vielversprechende Ansätze der Bionik und der Biotechnologie und damit auch Denkanstöße für das eigene Handeln in einer bioinspirierten Welt.

Ein Blick ins Inhaltsverzeichnis: »Giftfreies Antifouling nach biologischem Vorbild«; »Von Tierhaut zu Bakterienhaut – von Modedesign zu Biodesign«; »Von der Natur lernen – eine Skizze zur Utopie des Sein-Lassens« - so lauten 3 der 31 vorgestellten Ansätze. Das Buch zeigt auf, welche Vielfalt es an Interaktionen zwischen Biologie, Technik und Design gibt und bietet die Möglichkeit, die Funktionsweise heutiger Organismen und Ökosysteme besser zu verstehen, und zeigt wie diese in analoge technische und gestalterische Lösungen überführt werden.

Das 21. Jahrhundert gilt als das Jahrhundert der Biologie. Biotechnische und bioinspirierte Innovationen verändern heutige Produktionssysteme und unseren Alltag radikal. Gleichzeitig wandelt sich die Biologie selbst wie z. B. die Gentechnik oder die synthetische Biologie zeigen. Die vielfältigen Fortschritte in der Bionik und der Biotechnologie führen zu einem umfassenden Wandel der Mensch-Technik-Biologie-Verhältnisse. »Sie erfordert die Übernahme von Verantwortung in einem Maße, wie es uns Menschen in der Vergangenheit nur selten gelungen ist«, schreibt Mitherausgeber Jürgen Bertling des Fraunhofer UMSICHT in seiner Danksagung.

Interdisziplinäre Zusammenarbeit verschiedener Fachdisziplinen
Ein weiterer wichtiger Aspekt des Buches ist die Interaktion zwischen den verschiedenen Wissenschaften, die sich teilweise ergänzen, aber auch an bestimmten Punkten widersprechen.

Wichtig für die vielfältigen Fortschritte in der Bionik und der Biotechnologie ist die interdisziplinäre Zusammenarbeit verschiedener Fachdisziplinen. Um die Biologie, die Natur als Vorbild für die Wirtschaft und die Gesellschaft zu nutzen, müssen Naturwissenschaftler und Ingenieure mit Fachleuten aus den Industriebereichen Produktion und Marketing, Gestaltung und Design auf offene Art und Weise zusammenarbeiten. »Warum trennt man beispielsweise immer die Funktion von der Schönheit? In der Natur ist Schönheit Funktion. Lasst uns von der Natur lernen«, sagt Mitherausgeberin Anke Bernotat, Design-Professorin an der Folkwang Universität der Künste. So können Lösungen für wettbewerbsfähiges und umweltverträgliches Produzieren und Wirtschaften entwickelt werden.

Herausgeber des Buchs sind Jürgen Bertling vom Fraunhofer UMSICHT und Anke Bernotat (Folkwang Universität der Künste). Das Projekt »Prototype Nature« wurde vom BMBF durch die Projektträgern DLR und BIOKON gefördert.

• Wissenschaft im Fokus der Öffentlichkeit

Der vom UMSICHT-Förderverein ausgeschriebene UMSICHT-Wissenschaftspreis zeichnete zum 11. Mal Menschen aus, die den Dialog zwischen Wissenschaft und Gesellschaft fördern und komplizierte Sachverhalte verständlich kommunizieren. In der Kategorie Wissenschaft überzeugte Dr. Pattarachai Srimuk die Fachjury mit seiner Arbeit zum Thema Wasseraufbereitung. Adrian Lobe erhielt den Preis in der Kategorie Journalismus für seinen Artikel über die Umweltauswirkungen digitaler Dienste. Die Preisverleihung fand in diesem Jahr erstmalig virtuell statt.

Am 2. Oktober wurde der UMSICHT-Wissenschaftspreis verliehen. Diesmal aufgrund der Corona-Pandemie nicht in gewohnter Umgebung am Fraunhofer UMSICHT in Oberhausen, sondern virtuell. Die Preisträger waren online zugeschaltet und freuten sich aus der Ferne über die mit insgesamt 10 000 Euro dotierte Auszeichnung. »Wir freuen uns gemeinsam mit den Preisträgern, vor allem auch, dass so viele Gäste an der Verleihung teilgenommen und Dr. Pattarachai Srimuk und Adrian Lobe einen würdigen Rahmen bereitet haben«, so Prof. Görge Deerberg, Geschäftsführer des UMSICHT-Förderverein und stellv. Institutsleiter des Fraunhofer UMSICHT. Dem konnte Dr. Susanne Raedeker, stellv. Vorsitzende des Fördervereins, nur zustimmen. Sie überreichte gemeinsam mit Prof. Deerberg die beiden Preise.

Der Moderator der vergangenen Preisverleihungen und Schirmherr des UMSICHT-Wissenschaftspreis, Prof. Dietrich Grönemeyer, würdigte in einer Videobotschaft die herausragenden Arbeiten der Preisträger. Einmal mehr spiegelten die zahlreichen eingereichten Bewerbungen die aktuellen Themen und Trends in der Forschungslandschaft wider und zeigten den großen Stellenwert verständlicher Kommunikation von Wissenschaftsthemen auf.

Preisträger Kategorie Wissenschaft: Dr. Pattarachai Srimuk

Der UMSICHT-Wissenschaftspreis 2020 in der Kategorie Wissenschaft ging an Dr. Pattarachai Srimuk, der als Postdoc am Leibniz-Institut für Neue Materialien in Saarbrücken arbeitet. Er erhielt den Preis für seine Dissertation zum Thema »Sustainable water treatment and ion separation with battery materials: green energy meets blue water« (deutsch: »Nachhaltige Wasseraufbereitung und Ionentrennung mit Batteriematerialien: Grüne Energie trifft blaues Wasser«).

»Der Wasserverbrauch steigt mit zunehmendem Wachstum der Weltbevölkerung. Parallel dazu verschärfen sich in vielen Ländern die Probleme in Bezug auf Zugang und Verfügbarkeit von Trinkwasser«, erklärt Dr. Srimuk. Gefragt sind energieeffiziente Wasseraufbereitungstechnologien. Eine vielversprechende Technologie zur Entsalzung von Wasser ist die kapazitive Deionisierung, kurz CDI. Das Verfahren funktioniert bisher jedoch nur mit Brackwasser energieeffizient. Dr. Srimuk hat im Rahmen seiner Dissertation neue Faraday’sche Elektrodenmaterialien erforscht, die auch Meerwasser effizient und effektiv entsalzen. Seine Aktivitäten können somit einen wichtigen Beitrag zur weltweiten »Wasserwende« leisten.

Preisträger Kategorie Journalismus: Adrian Lobe

In der Kategorie Journalismus hat sich die Fachjury – ausgewählte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, Unternehmerinnen und Unternehmer, Selbständige, Journalisten sowie PR-Fachleute –  für Adrian Lobe ausgesprochen. Der freie Autor ist u. a. für Berliner Zeitung, Neue Zürcher Zeitung und Süddeutsche Zeitung tätig und schreibt eine Kolumne für Spektrum der Wissenschaft. In seinem Artikel »Cyberfossiler Kapitalismus«, erschienen in der Süddeutschen Zeitung, widmete er sich dem ökologischen Fußabdruck von digitalen Maschinen.

»In den seltensten Fällen dürfte beim Googlen der Gedanke an die negativen Umweltauswirkungen einer Suchanfrage präsent sein. Auch beim Streamen von Filmen ist einem nicht immer bewusst, dass im Hintergrund Rechenzentren laufen, die CO2 ausstoßen«, so Adrian Lobe. Dabei seien diese Emissionen nicht zu unterschätzen. Er zeigt in seinem Artikel die Umweltauswirkungen anhand von Studien und Analysen auf und nennt die Konsequenzen der rasant wachsenden Digitalisierung durch künstliche Intelligenz und Cloud Computing. Auch geht er auf die selbstverstärkende Wachstumsspirale ein, auf die bestimmte digitale Dienste angewiesen sind. Hierzu zählen z. B. Klimamodelle, die immer extremere Rechenleistung benötigen, je detaillierter sie werden: Sie vermehren ihren eigenen ökologischen Fußabdruck, den sie auf Gegenstandsebene erkennen wollen. Lobe ist sich sicher, dass es neben nachhaltigem Cloud Computing eine neue Ökologie der Intelligenz braucht, denn: »Es gibt nichts, was so umweltfreundlich ist wie eigenes Denken.«

UMSICHT-Wissenschaftspreis 2021

Bewerbungen für den UMSICHT-Wissenschaftspreis 2021 sind ab Ende 2020 möglich, den genauen Termin geben wir auf der Internetseite des Fraunhofer UMSICHT bekannt.

• Die Tiny-House-Ausstellung »Wunderkammer der Bioökonomie« startet Ost-West-Tour im Wissenschaftsjahr.
• Besucher*innen lernen »Alte Bekannte« - vergessene Pflanzen - neu kennen.

In der interaktiven Ausstellung dreht sich alles um Pflanzen, Böden, Mikroben und Kulturen. Fraunhofer UMSICHT koordiniert das Projekt und entwickelte zusammen mit der Folkwang Universität der Künste die Workshops und Partizipationsformate. Ziel: Allen interessierten Menschen die vielseitigen Themen der Bioökonomie näherbringen und erlebbar machen.

Vom 26. bis zum 30. August 2020 startet die interaktiven Tiny-House-Ausstellung »Wunderkammer der Bioökonomie« ihre Deutschlandtour in Oppenheim (Rheinhessen). Mithilfe der »Alten Bekannte«, alltäglichen oder in Vergessenheit geratenen Dingen wie Sauerkraut, Wein oder Kompost, schlägt das im Wissenschaftsjahr 2020/21 geförderte Projekt eine Brücke zur Bioökonomie. Das komplexe Thema wird so anschaulich und in Workshops, Touren und Debatten erlebbar gemacht. Beim ersten Tourstopp stehen Pflanzen und deren Relevanz für die Bioökonomie im Mittelpunkt.

Seit jeher spielen Pflanzen für den Menschen eine besondere Rolle. Sie ernähren uns, versorgen uns mit Sauerstoff, wir bauen Möbel aus ihnen und verbrennen sie, um Wärme zu erzeugen. Pflanzen liefern uns Textilfasern und Biokunststoffe; sie sind für uns Stromquelle, Luftfilter und Schattenspender. Über Jahrtausende wurden diverse Pflanzen durch Zucht so verändert, dass wir sie vielfältig nutzen können. Doch der Klimawandel und der hohe Ressourcenverbrauch bringen neue Herausforderungen für die Pflanzenzucht mit sich. Können die »Alten Bekannten« einen Beitrag leisten, ihnen zu begegnen?

Alte und neue Pflanzenzuchtmethoden

Die »Wunderkammer der Bioökonomie« hält Antworten bereit und lässt Besucher*innen dabei selbst zu Entdecker*innen werden. In einem Workshop können mit altbekannten Methoden Zimmerpflanzen für zu Hause gezüchtet werden, die das Raumklima verbessern und anschließend auch mitgenommen werden dürfen. Expert*innen geben ihr Wissen über alte und neue Pflanzenzuchtmethoden weiter und debattieren anschließend mit dem Publikum, ob und wie diese zu einer nachhaltigen Gesellschaft beitragen können. Schließlich erwartet Interessierte eine Wanderung durch die Weinberge der Region Oppenheim, bei der sie erfahren, warum und wie Weinstöcke gezüchtet werden.

Nach dem einwöchigen Auftakt geht die Deutschlandtour des Projekts an drei weiteren Stationen weiter: Vom 22. bis zum 28. September dreht sich in Dresden alles um das Thema Boden, im Oktober werden in Thüringen Mikroorganismen unter die Lupe genommen und im November fragt die »Wunderkammer« in Dortmund, was Bioökonomie mit Kultur zu tun hat. Die Teilnahme an den Workshops ist kostenlos.

Wie können wir nachhaltiger leben, Ressourcen schonen und gleichzeitig unseren hohen Lebensstandard erhalten? Das Wissenschaftsjahr 2020|21 – Bioökonomie hält Antworten auf diese Frage bereit. Bürgerinnen und Bürger sind dazu eingeladen, im Dialog mit Wissenschaft und Forschung den Wandel hin zu nachhaltigen, biobasierten Produktions- und Konsumweisen zu diskutieren. In vielfältigen Formaten wird das Konzept der Bioökonomie mit all seinen Potenzialen und Herausforderungen erlebbar gemacht und aus unterschiedlichen Perspektiven beleuchtet. Die Wissenschaftsjahre sind eine Initiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gemeinsam mit Wissenschaft im Dialog (WiD).

Forschende aus aller Welt diskutierten Zellkonzepte von elektrochemischen Reaktoren

Eine Plattform bieten für den interdisziplinären Austausch auf dem Gebiet elektrochemischer Zellen – mit dieser Zielsetzung startete Jan Girschik die Planung für das erste »E3C – Electrochemical Cell Concepts Colloquium«. Dieses Ziel hat der Wissenschaftler des Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT definitiv erreicht: Über 130 Forschende aus 13 Ländern – darunter Kanada, die USA, Uruguay, Indien, Griechenland, Großbritannien und sieben weitere europäische Nationen – nahmen an der Online-Veranstaltung am 14. Mai teil. Ihre Vorträge und Diskussionen drehten sich um Gemeinsamkeiten und potenzielle Kombinationsmöglichkeiten von Zellkonzepten und Fluidführungen für Flow-Batterien, Brennstoffzellen, Elektrolyse-, Elektrosynthese- und Elektrodialysezellen.

In welche Richtung die weitere Entwicklung in Zukunft gehen könnte, verdeutlichte Edward Roberts von der University of Cagliary am Beispiel einiger »wacky ideas«, an denen sein Team und er aktuell arbeiten. Dazu gehören komplexe Zellen mit beweglichen Festbettelektroden, eine oszillierende Fluidführung sowie Modifikationen mit magnetischen Feldern.

Neue Wege zur Gestaltung von Elektroden
Innovative Ideen stellte auch Prof. Matthias Wessling vor. Der Wissenschaftler der RWTH Aachen hielt die zweite Keynote mit dem Titel »Free form fabrication of electrochemical membrane reactors« und betonte: »Die Integration von Reaktions- und Trennsystemen für Elektroden ist ein wunderbarer, wissenschaftlicher Spielplatz für elektrochemische Ingenieurinnen und Ingenieure.“ Auf dem Aachener Spielplatz sind u. a. nickelbasierte Anoden für die Oxidation von Lignin entstanden – und zwar in Gestalt keramischer Membranrohre. Diese können z. B. per 3D-Druck, selektivem Lasersintern und laserloser additiver Fertigung hergestellt werden, so Matthias Wessling.

Um die Kreativität der Teilnehmenden mit Blick auf die Gestaltung von Elektroden anzuregen, stellte er zudem verschiedene Formen vor, mit denen sein Team und er arbeiten. Abschließend thematisierte er Röhrenreaktoren sowie den Einsatz von Durchfluss- und Slurry-Elektroden.

Auf die Keynotes folgten weitere Vorträge in drei Sessions: Im Fokus von »Cell design and fluid flow« standen Zellkonzepte und innovative Strömungsführungen unterschiedlicher Reaktorarten. In der Session »Functional components« ging es u. a. um Membranen und poröse Elektroden, während sich die Session »Stack design, testing and sealing technology« primär um den bipolaren Aufbau von elektrochemischen Reaktoren drehte. Die Vortragenden kamen u. a. von dem Institut für Mikrosystemtechnik IMTEK, dem Karlsruher Institut für Technologie, dem DECHEMA-Forschungsinstitut, der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg, dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg, der TU Clausthal, der ZBT GmbH sowie dem Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB und dem UMSICHT.

Die Energiewende ist eine tragende Säule des Strukturwandels und erfordert ein Umdenken in vielen Bereichen. Damit in einem zunehmend dynamischen und volatilen Umfeld erfolgreiche Wirtschafts-Ökosysteme wachsen können, sind aufeinander abgestimmte, anpassungsfähige Lösungen an der Schnittstelle von Energie- und Stoffwirtschaft notwendig. Genau hier setzt das Leistungszentrum DYNAFLEX® an und entwickelt unter Federführung des Fraunhofer UMSICHT zukunftsfähige Lösungen. In Bad Langensalza entsteht zurzeit ein Pilotstandort, der als Vorreiter für cross-industrielle Netzwerke dienen soll und neue Wertschöpfungsketten erschließt.

Im Mittelpunkt aktueller Geschäftstätigkeiten und Unternehmensstrategien stehen zunehmend Technologien zur Effizienzsteigerung und zur Vermeidung von CO2-Emissionen. Eine nachhaltige und umweltschonende Wertschöpfung bedeutet zwar zunächst eine Umstellung für die Beteiligten, dient aber auch als klarer Wettbewerbsvorteil.

Um den deutschen Mittelstand im Wettbewerb gut zu positionieren und die Herausforderungen für einzelne Unternehmen zu senken, sehen Experten die Zukunft in einem gemeinsamen Vorgehen der Akteure in regionalen cross-industriellen Netzwerken. »Wertschöpfungsketten müssen künftig über die bisherigen Sektor- und Branchengrenzen hinausgehen. Warum nicht gemeinsam lokale Stoff-und Energieströme bestmöglich vor Ort verwerten? So können entscheidende Vorteile durch regionale Synergien entstehen«, erklärt Dr. Georg Janicki vom Fraunhofer UMSICHT in seiner Funktion als Manager des Leistungszentrums DYNAFLEX®. Das Leistungszentrum plant in enger Zusammenarbeit von Wissenschaft und Unternehmen zukunftsfähige Schnittstellenprojekte für die Energie- und Grundstoffwirtschaft.
Dynamische Betriebsführung

Um die lokalen Energie- und Stoffströme nachhaltig zu gestalten, muss bereits die Energieversorgung entsprechend ausgelegt sein. Die Einbindung von Strom aus erneuerbaren Energien in z. B. Produktionsanlagen unterliegt jedoch zeitlichen und standortspezifischen Schwankungen – bedingt durch Tages-/Nachtzeit und Windaufkommen. Hinzu kommen Aspekte wie eine kundenspezifische Fertigung und damit variierende Anforderungen an Produkte, die zudem just-in-time gefertigt und geliefert werden müssen. Und auch variierende Rohstoffe aufgrund von sich verändernden Rahmenbedingungen (markt- und kundenseitig) und die Umstellung auf umweltfreundlichere Rohstoffe müssen berücksichtigt werden.

In einem Gewerbegebiet im thüringischen Bad Langensalza wird ein Pilotprojekt umgesetzt, in dem ein Netzwerk mit unterschiedlichen Akteuren auf Basis von regenerativen Energien und nachhaltigen Rohstoffen implementiert wird. Das Projekt nimmt eine nationale und internationale Vorreiterrolle bei der Umsetzung klimaschonender und sektorübergreifender Technologien ein. Verschiedene Partner aus der Wirtschaft wollen mit Unterstützung des Fraunhofer UMSICHT in einem gemeinsamen Vorhaben eine Freiflächen-Photovoltaikanlage errichten. Der produzierte Strom soll durch innovative und nachhaltige Konzepte direkt in bereits bestehende und neue Wertschöpfungsketten der benachbarten Wirtschaftsunternehmen eingebunden werden. Die Konzepte tragen zur Netzstabilität bei und ermöglichen den Aufbau eines neuen Technologieclusters auf Basis nachhaltiger Rohstoffe und Energieträger. Dadurch wiederum sollen sich neue Unternehmen in der Region ansiedeln.

Unabhängig von fossilen Rohstoffen
Forschende des Fraunhofer UMSICHT arbeiten des Weiteren an einem Power-to-Gas-Konzept. Mit PV-Strom betriebene Elektrolyseanlagen sollen Wasserstoff erzeugen, der direkt ins Erdgasnetz eingespeist und für Produktionsprozesse verwendet werden kann. Auch kann der Wasserstoff mit CO2 zu Methan veredelt bzw. zu Basisprodukten der chemischen Industrie, Kunststoffindustrie, Düngemittelindustrie oder Treibstoffindustrie weiterverarbeitet werden.

E-world: Cross-industrielle Netzwerke spielerisch verstehen
Das Leistungszentrum DYNAFLEX® präsentiert sich auf der E-world energy & water, vom 11. bis 13. Februar 2020 in Essen. Am Messestand können anhand eines Exponats verschiedene aktuelle Aspekte und Herausforderungen in der Energie- und Grundstoffwirtschaft spielerisch erfahren werden. Angelehnt an den bekannten »heißen Draht« werden modellhaft durch unterschiedliche Verläufe zweier Drähte die Komplexität der jeweiligen Akteure und deren Herausforderungen bei einer Sektorenkopplung nachgestellt. Auf diese Weise wird die Notwendigkeit cross-industrieller Netzwerke, wie sie z. B. in Bad Langensalza geplant sind, veranschaulicht.