From the Sector

Was ist Mikroplastik genau? Welche Bewertungsverfahren für Kunststoffeintrag in die Umwelt gibt es? Worin unterscheiden sich Duroplaste, Thermoplaste und Elastomere? Das neu erschienene »Kompendium Kunststoff in der Umwelt« zielt darauf ab, solch grundlegende Fragen rund um Plastik in der Umwelt zu beantworten – völlig unabhängig von bestimmten Fachdisziplinen. Das Kompendium dient als Hilfsmittel, um den gesellschaftlichen und wissenschaftlichen Diskurs zu diesem Thema auf eine gemeinsame fachliche Basis zu stellen.

Das Themenfeld Plastik in der Umwelt ist für unterschiedliche Fachdisziplinen relevant. Definitionen und Fachtermini rund um Kunststoffe werden allerdings oft fachspezifisch bzw. kontextbezogen genutzt. Entsprechend existieren für einen Begriff zuweilen unterschiedliche Bedeutungsebenen. Um eine gemeinsame Basis im Diskurs zum Thema Plastikverschmutzung und seine Auswirkungen auf Mensch und Umwelt zu schaffen, haben Wissenschaftler*innen das 54 Seiten umfassende Kompendium »Kunststoff in der Umwelt« erstellt. »Für eine inter- und transdisziplinäre Zusammenarbeit zu Kunststoff in der Umwelt ist ein gemeinsames Grundverständnis unabdingbar«, erklärt der federführende Autor Jürgen Bertling des Fraunhofer UMSICHT.

Einheitliche Definitionen auf Deutsch und Englisch
Das im März auf Deutsch erschienene »Kompendium Kunststoff in der Umwelt« adressiert die Fachöffentlichkeit, beantwortet aber auch grundlegende Fragen rund um Plastik in der Umwelt. Somit kann es auch als Hilfsmittel für Behörden, Politik, Medien, Umweltorganisationen und die interessierte Öffentlichkeit genutzt werden. Die englische Version ist derzeit noch in Bearbeitung. Es wurde auch erarbeitet, um eine einheitliche Sprachregelung innerhalb des BMBF-Forschungsschwerpunkts »Plastik in der Umwelt« sowie in der Kommunikation nach außen zu unterstützten.

In insgesamt 13 Kapiteln werden die jeweils wichtigsten Begriffe und Definitionen benannt, erläutert und kontextualisiert. Das Kompendium arbeitet dabei vor allem mit bestehenden Definitionen (u. a. DIN/CEN/ISO-Normen oder rechtliche Definitionen aus der bundesdeutschen Gesetzgebung); eine eigene Definitionsarbeit wird nur sehr begrenzt geleistet. Dabei wird im Einzelfall verdeutlicht, wie Begriffe korrekt verwendet und welche Begriffe nicht gebraucht werden sollten. Das Kompendium beinhaltet zudem ein Stichwortverzeichnis, sodass die Erläuterungen zu gesuchten Begriffen schnell ausfindig gemacht werden können.

Das Kompendium »Kunststoff in der Umwelt« wurde im Rahmen des Querschnittsthemas »Begriffe und Definitionen« des BMBF-Forschungsschwerpunkts »Plastik in der Umwelt« erarbeitet. Wissenschaftler*innen aus den Verbundprojekten ENSURE, EmiStop, Innoredux, InRePlast, MaReK, MicBin, MicroCat»ch_Balt, MikroPlaTaS, PlastikBudget, PLASTRAT, RAU, ResolVe, RUSEKU, revolPET, SubµTrack und TextileMission haben sich aktiv an der Erstellung des Kompendiums beteiligt.

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.

• Wie überkritisches Kohlendioxid die elektrochemische Reduktion von CO2 beeinflusst

Auf dem Weg zu einer klimaneutralen Industrie spielt die elektrochemische Reduktion von Kohlendioxid eine wichtige Rolle: Mit ihrer Hilfe lässt sich unter Einsatz erneuerbarer Energien CO2 in Brennstoffe oder Grundchemikalien umwandeln. Der Haken an der Sache: Bislang funktioniert diese Katalyse lediglich im Labor. Bei der Übertragung auf den industriellen Maßstab treten immer noch Schwierigkeiten auf – von der begrenzten Haltbarkeit der Katalysatorsysteme bis zur unerwünschten Entwicklung von Wasserstoff. Forschende der Ruhr-Universität Bochum, des Fritz-Haber-Instituts und des Fraunhofer UMSICHT haben sich auf die Suche nach Lösungen gemacht und dabei den Einfluss von überkritischem Kohlendioxid auf die elektrochemische Reduktion von CO2 untersucht.

Im Zentrum ihrer Überlegungen stand sogenanntes überkritisches Kohlendioxid. Kurz: scCO2. Dabei handelt es sich um Kohlenstoffdioxid in einem fluiden Zustand – sowohl über seiner kritischen Temperatur als auch über seinem kritischen Druck. »Jüngste Berichte haben gezeigt, dass die Entwicklung von Wasserstoff bei der elektrochemischen Reaktion signifikant unterdrückt werden kann, wenn aprotische Lösungsmittel mit wohldefiniertem Wassergehalt als Elektrolyt verwendet werden«, erläutert Ulf-Peter Apfel, Professor an der Ruhr-Universität Bochum und Wissenschaftler am Fraunhofer UMSICHT. »Da eine Erhöhung des CO2-Drucks zu einer höheren CO2-Konzentration in aprotischen Lösungsmitteln führt, schien die Verwendung von überkritischem Kohlendioxid als Lösungsmittel eine elegante Möglichkeit.«

In der Folge führten die Forschenden eine Vergleichsstudie durch: Sie beleuchteten die Katalyse sowohl unter normalen als auch unter überkritischen Bedingungen und setzten dabei auf kohlenstoffgeträgerte Kupferkatalysatoren als Benchmark-Systeme. »Wir konnten u.a. zeigen, dass die Verwendung von überkritischem Kohlendioxid zu einer Unterdrückung der Entwicklung von Wasserstoff und zur Bildung von Ameisensäure führt«, so Ulf-Peter Apfel. »Um die vorteilhaften Eigenschaften von scCO2 für die elektrochemische Reduktion von Kohlendioxid zu nutzen, wird sich die zukünftige Forschung auf die Untersuchung weiterer Katalysatoren für den Einsatz mit scCO2-Gemischen, alternativen Co-Lösungsmitteln und die Verbesserung der Elektrodenstabilität konzentrieren.«

• 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.

Warnkleidung bietet vielen Menschen Sicherheit in ihrem Arbeitsalltag. Das Fraunhofer IGD hat gemeinsam mit dem Textildienstleister MEWA ein automatisches System entwickelt, um die Qualität dieser Kleidung schneller und zuverlässiger zu kontrollieren und damit die Sicherheit zu gewährleisten. Das System wurde als gemeinsames Patent angemeldet.

Warn- und Schutzkleidung, wie sie z.B. beim Straßenbau getragen wird, muss zur Sicherheit ihrer Träger bestimmte Standards erfüllen, die gesetzlich vorgeschrieben sind. Arbeitgeber haften für die gesetzeskonforme Einhaltung dieser Sicherheitsstandards. Im Auftrag von MEWA hat das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD ein System entwickelt, mit dem die Qualitätsprüfung automatisiert und optimiert werden kann.

Integrierte optische Qualitätskontrolle
Das Fraunhofer IGD hat sein Qualitätskontrollsystem mit Unterstützung der MEWA Textil-Service AG entwickelt, wo es ab 2020 an zwei Standorten im täglichen Einsatz ist. Nach der Wäsche und Trocknung durchlaufen die Kleidungsstücke auf einzelnen Bügeln eine spezielle Aufnahmebox, in der Fotos von Vorder- und Rückseite angefertigt werden. Die Fraunhofer-Software analysiert sie in Echtzeit und überträgt das Ergebnis an eine Steuersoftware, welche die Kleidung zu weiteren Stationen im Qualitätskontrollprozess schickt. Die Ergebnisse der Prüfung werden im System gespeichert – eine wertvolle Datensammlung, die MEWA zur Verfügung steht, um das System, aber auch interne Abläufe wie z.B. den Waschprozess zu analysieren und optimieren.

Prüfung wird schneller und genauer
Bisher führen qualifizierte Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen die Qualitätsprüfung der Warnkleidung manuell durch. Sie prüfen die gewaschenen Kleidungsstücke unter anderem hinsichtlich der Helligkeit und Farbechtheit der Warnfarbe sowie der Unversehrtheit der Reflexstreifen. Die automatisierte Lösung des Fraunhofer IGD kann die Mitarbeiter bei dieser optischen Prüfung unterstützen und beschleunigt gleichzeitig diesen Prozess. „Mit Hilfe der maschinellen Auswertung können wir noch besser und genauer sicherstellen, dass die Warnschutzkleidung auch nach der Wäsche den hohen Sicherungsanforderungen entspricht“, sagt Uwe Schmidt, Leiter Engineering bei MEWA. In den MEWA Standorten Weil im Schönbuch bei Stuttgart und Groß Kienitz bei Berlin werden aktuell erste Erfahrungen mit dem System des Fraunhofer IGD im Probebetrieb gesammelt, die Ausrüstung weiterer Standorte ist geplant.

Prüfsystem auf andere Branchen übertragbar
Das Prüfsystem des Fraunhofer IGD steht als Software-Baustein zur Implementation zur Verfügung. Auch andere Branchen könnte diese Technologie unterstützen. Eine automatische Klassifizierung von Retouren beim Versandhandel oder der Einsatz beim Textilrecycling wären denkbar. Eine nahtlose Einbettung in bestehende Systeme und Abläufe ist dabei entscheidend. Das Entwicklerteam beim Fraunhofer IGD arbeitet derzeit daran, die Qualitätsprüfung nicht nur anhand einzelner Fotos, sondern durch Videoaufnahmen und deren Echtzeit-Auswertung durchzuführen. Die deutlich erhöhte Anzahl der Produktansichten wird noch genauer alle Aspekte der Prüfung abdecken.

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.

This year, AZL won the JEC AWARD 2019 for the development of the new machine system “Ultra-Fast Consolidator Machine”. This innovative machine system is a result of an 18-months AZL Joint Partner Project, conducted in 2017-2018 by the research partners AZL Aachen and Fraunhofer IPT Aachen, in cooperation with industrial partner companies including Conbility, Covestro, Engel, Evonik, Fagor Arrasate, Faurecia SE, Laserline, Mitsui Chemicals, Mubea Carbo Tech, Philips Photonics, SSDT and Toyota (in alphabetical order).

The new UItra-Fast Consolidator Machine offers both high flexibility and mass production of tailored thermoplastic laminates with reduced scrap. Fully consolidated multi-layer laminates with different fiber directions and minimized scrap (tailored blanks) can be produced in cycle times below 5 seconds with this new scalable machine setup. This individualized mass production is accomplished by a combination of laser-assisted tape placement with in-situ consolidation and a piece-flow principle, which is state of the art in the printing industry but has not been used in such a way within composite production. The achievable productivity is enhanced to more than 500 kg/hour by this piece-flow principle with carriers moved through multiple application stations which are equipped with multiple tape placement applicators. The new machine is scalable: multiple application stations can be added, e.g. for each layer one station for mass production or for each fiber direction one station with a carrier-conveyor carousel: here the carriers are moved multiple times through the application stations.

The system will be commercialized by some of the industrial partners in 2019. The real machine setup has been presented at the AZL booth during the JEC Exhibition in Paris 2019.

The follow-up project has just started and is still open to join for industrial partners. This follow-up project comprises a further upscale of the machine system as well as a preparation of the commercialization by long-term durability tests and further process optimizations using different tape materials.

The two AZL Partners Conbility GmbH and Fraunhofer IPT, Aachen started their long-term cooperation for the further development and for the commercialization of Fraunhofer´s tape-placement and tape winding systems with in-situ-consolidation by the usage of laser or IR heat sources.

With this cooperation, the company Conbility GmbH makes 25 years of expertise in special machine development of tape placement systems of the Fraunhofer Institute for Production Technology IPT commercially available. Conbility offers two different tape processing systems available in different configurations.

The “PrePro 2D” machine system allows for the automated tailored tape placement of UD laminates and which can be used for subsequent thermoforming or as stiffening structures in injection molding processes. The machine comprises a rotating and translational table which is moved relatively to the applicator station. The table is scalable according to the requirements of customers. Standard table diameters are 1200 mm or 2000 mm. The applicator station can be equipped with a single or with multiple spool applicators. Because of the large process area, a 9 kW IR heater is used for the in-situ-consolidation process.  
Three in one: Three technologies included in one single modular system
Furthermore, the award-winning “PrePro 3D” tape placement and winding applicator is available as modular product with decentral control system (including closed-loop control of energy input into the processing zone) for the “plug-in” implementation in existing robot systems or machine systems by standard interfaces for the communication with the master control system. Conbility provides the single applicator as well as turn-key ready systems including the robot and handling systems.

Unique selling point of the PrePro 3D system is its multifunctional range of usage: it accomplishes laser-assisted thermoplastic tape placement, IR-assisted thermoset prepreg placement and dry fiber placement: Three technologies included in one single modular system.  

During the JEC World in Paris (March 6th – 8th 2018), Conbility GmbH will present its new “VCSEL Tape Placement and Winding Applicator” (Fig. 3), developed in cooperation with Fraunhofer IPT and Philips Photonics at the AZL Composites in Action area (Hall 5A, C55).

VCSEL Laser Systems as heat source for lower investment and process costs
This applicator uses an integrated VCSEL Laser System as heat source which has been developed by Philips Photonics. This tape placement and winding applicator can also be integrated as modular “plug-in” system into industrial jointed-arm and linear gantry robots in variable manufacturing cells. Using the new VCSEL Laser as heat source (VCSEL: Vertical-Cavity Surface Emitting Laser) leads to significant lower investment and process cost in comparison to other laser systems. Furthermore, the VCSEL laser system can accomplish controllable in-process adjustments of the laser-spot geometry as well as the intensity distribution within the spot size during the process (in-process control of laser-spot geometries and intensities) for the first time. The new system with 2 kW laser power and 10 separate emission zones which can be controlled separately will be shown at JEC World in Paris 2018 as new product of Conbility GmbH.