Kategorie: Umwelttechnik

Spannende Beiträge, informative Fachartikel und die neusten Entwicklungen aus dem Themengebiet Umwelttechnik.

Grüner Wasserstoff aus Pflanzenresten

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© Leins Aktenvernichtungs GmbH / Jochen Weiblen Aus Holzabfällen sollen im Projekt H2Wood – BlackForest Biowasserstoff und biobasierte Koppelprodukte entstehen.

© Leins Aktenvernichtungs GmbH / Jochen Weiblen
Aus Holzabfällen sollen im Projekt H2Wood – BlackForest Biowasserstoff und biobasierte Koppelprodukte entstehen.

Bislang werden Grünabfälle und Klärschlamm meist kompostiert oder verbrannt. Sinnvoller wäre es, daraus den wertvollen Energieträger Wasserstoff zu gewinnen. Dieses Ziel verfolgt ein Forscherteam am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA. Das bei der Gewinnung von Wasserstoff aus Abfällen entstehende CO2 wird dabei abgeschieden und beispielsweise in der chemischen Industrie als Rohstoff verwendet. Auf diese Weise stellen die Forschenden aus dem Bioabfall mit unterschiedlichen Verfahren Wasserstoff mit einem negativen CO2-Fußabdruck her. Es wird also der Atmosphäre CO2 entzogen. Weiterlesen

CO2-neutrale Aluminiumherstellung

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Bei der Aluminiumgewinnung wird pro Tonne Rohmaterial ein Vielfaches an CO2 ausgestoßen. Daran hat sich in fast eineinhalb Jahrhunderten industrieller Aluminiumerzeugung nicht viel geändert. Isabella Gallino vom Lehrstuhl für Metallische Werkstoffe der Universität des Saarlandes möchte dies nun gemeinsam mit dem Industriepartner Trimet ändern. Sie erforschen eine Methode, bei der statt CO2 reiner Sauerstoff als Nebenprodukt anfällt.

Manche Dinge brauchen Zeit, die einen mehr, die anderen weniger. Im Falle von Isabella Gallino und gemessen an menschlichen Maßstäben war es schon eine ordentliche Zeit, die vergehen musste, bis das Thema ihrer Doktorarbeit nun Eingang in die Praxis findet, nämlich gut 20 Jahre. Es könnte aber ein Eingang mit großem Bahnhof sein, denn Gallinos Doktorarbeit ebnet möglicherweise einem Paradigmenwechsel in der energieintensiven Aluminiumindustrie den Weg. Am Ende steht nichts weniger als die Möglichkeit, Aluminium CO2-neutral herstellen zu können. Weiterlesen

Druckbarer Klebstoff für Solarmodule

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Solarmodule mit Drucktechniken fertigen – das könnte bei der Energiewende das Tempo erhöhen und gleichzeitig die Kosten senken. Möglich wird das mithilfe eines leitfähigen und druckbaren Klebstoffs, den Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und das Unternehmen PROTAVIC INTERNATIONAL in einem gemeinsamen Projekt zur Marktreife bringen. Beim Innovationswettbewerb NEULAND haben sie nun den Transferpreis gewonnen.

Der Spezialkleber soll die Herstellung von Photovoltaik-Modulen stark vereinfachen und dabei den Energie- und Materialverbrauch senken. „Dank der neuen Klebetechnologie werden Lötverbindungen überflüssig“, erklärt Professor Norbert Willenbacher das neue Verfahren, das er mit seinem Team am Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik (MVM) des KIT entwickelt hat. Weiterlesen

Composite-Werkstoffe eröffnen neue Konzepte für klimafreundliche Luftfahrtindustrie

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Carbonfasern von Teijin Carbon aus deutscher Produktion

Carbonfasern von Teijin Carbon aus deutscher
Produktion

Laut DLR-Prognose steigen die Passagierzahlen in der kommerziellen Luftfahrt von vier Milliarden in 2016 auf 9,5 Milliarden bis 2040 – und mit ihnen der CO2-Ausstoß. Der Bedarf an klimafreundlichen Flugzeugen war nie dringender. Neuartige Composite-Werkstoffe sind hierfür der Schlüssel.

Die globale Luftfahrt trägt derzeit etwa drei Prozent zum weltweiten CO2-Ausstoß bei. Dass dieser Wert deutlich steigen wird, liegt auf der Hand. Das stellt die Branche im Sinne des Klimaschutzes vor Handlungsbedarf. Dies hat auch die Politik erkannt und verschiedene Rahmenbedingungen gesetzt. Das Klimaschutzpaket „Fit for 55“ der Europäischen Union gibt beispielweise vor, die Treibhausgase in der EU bis 2030 um mindestens 55 Prozent gegenüber dem Ausstoß 1990 zu reduzieren und Europa bis 2050 klimaneutral zu gestalten. Für die Luftfahrt sollen Instrumente wie eine Beimischquote für Alternativkraftstoffe, eine Kerosinsteuer und eine Verschärfung des Emissionshandels die CO2-Reduktion vorantreiben. Weiterlesen

Technologiespezifische Rohstoffe zeigen in der Ökobilanz sehr kurze Nutzungsdauer

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Wie lange werden metallische und mineralische Rohstoffe im Wirtschaftskreislauf genutzt – und wann endet ihre Verwendbarkeit? Diese Fragen zur Ökobilanz von 61 Metallen beantworten Forschende aus Bordeaux, Augsburg und Bayreuth. In einer mehrjährigen Forschungskooperation wurden veröffentlichte und auch selbst erfasste Daten zu 61 Metallen analysiert. Wichtigste Erkenntnis: gerade die technologiekritischen Rohstoffe haben eine sehr kurze Nutzungsdauer.

Verteilung von Metallverlusten je Phase im Nutzungskreislauf und durchschnittliche Lebensdauer von Metallen in der Wirtschaft. © Nature Sustainability

Verteilung von Metallverlusten je Phase im Nutzungskreislauf und durchschnittliche Lebensdauer von Metallen in der Wirtschaft. © Nature Sustainability

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Indoor Photovoltaik

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Dr. Diana Freudendahl, Dr. Heike Brandt, Dr. Ramona Langner

Klima und Energie sind aktuell zwei zen­trale Themen in Gesellschaft, Politik und Wirtschaft. Dies spiegelt sich auch im Bereich der Forschung und Entwicklung damit verbundener Technologien wider. Als nachhaltige Systeme zur Stromerzeugung spielen hier auch die verschiedenen Formen der Photovoltaik (PV) eine besondere Rolle. Bei dem speziellen Anwendungsbereich der Indoor Photovoltaik (IPV) werden Solarzellen in Innenräumen genutzt, in denen gedämpftes Tageslicht sowie Licht aus künstlichen Quellen (z. B. Glühlampen, Halogenlampen, Leuchtstofflampen und LED-Lampen) vorherrschen. Neben einer deutlich geringeren Lichtintensität (200-1000 Lux, Sonnenlicht: ~100.000 Lux), handelt es sich auch um Licht mit spezifischen Wellenlängen, die ausschließlich im sichtbaren Bereich liegen und deren Absorption bei herkömmlichen Solarzellen weniger gut ausgeprägt ist. Die IPV hat die Aufmerksamkeit der Forschung auf sich gezogen, weil sie eine nachhaltige Energiequelle für die Stromversorgung z. B. von kleinen und kleinsten Verbrauchern in Innenräumen darstellen kann. Gerade in Gebäuden wie beispielsweise Krankenhäusern, Polizeiwachen oder Forschungs- und Bildungseinrichtungen ist das Licht bis zu 24 Stunden am Tag an. Hier könnten zum Beispiel Sensoren für Temperatur, Luftfeuchte, CO2 oder tragbare Elektronik dauerhaft mit IPV betrieben werden. Weiterlesen

Licht macht Ionen beweglich

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Lithium-Ionen-Akkus, Brennstoffzellen und viele andere Devices sind auf eine gute Beweglichkeit von Ionen angewiesen. Doch dieser steht eine Vielzahl von Hindernissen entgegen. Ein Forschungsteam um Jennifer L. M. Rupp von der Technischen Universität München (TUM) und Harry L. Tuller vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat nun erstmals gezeigt, dass sich Licht nutzen lässt, um die Beweglichkeit der Ionen zu erhöhen und die Leistung entsprechender Geräte zu verbessern.

Prof. Dr. Jennifer Rupp, Professorin für Chemie der Festkörperelektrolyte in ihrem Labor im Gebäude der Fakultät für Chemie der Technischen Universität München. Bild: Uli Benz / TUM

Prof. Dr. Jennifer Rupp, Professorin für Chemie der Festkörperelektrolyte in ihrem Labor im Gebäude der Fakultät für Chemie der Technischen Universität München.
Bild: Uli Benz / TUM

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Verlängerung der Lebensdauer von Hauptwellenlagern in Windkraftanlagen

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Das Wachstum der Windkraftindustrie weltweit und die Einführung von Windkraftanlagen mit einer typischen Leistung von mehr als 1 MW haben zur Folge, dass höhere Belastungen und die damit verbundenen Auswirkungen die Lebensdauer der Hauptwellenlager und der Getriebelager beeinträchtigen. Schadens-und Versagensmodi treten früher auf als erwartet und für viele Windparkbetreiber addieren sich die Kosten unerwarteter Reparaturen, die nicht am Turm durchgeführt werden können.

Die Windkraftindustrie fordert deshalb längere Standzeiten für Hauptwellen- und Getriebelager, und die Hersteller arbeiten an Lösungen für den Markt.

„Betreiber planen eine oder vielleicht zwei größere Überholungen der Windkraftanlage über ihren Lebenszyklus“, sagt Tony Fierro, Anwendungsingenieur der Timken Company. „Die Herausforderung besteht darin, dass viele Windkraftanlagen eine größere Überholung noch innerhalb der ersten 7 bis 10 Jahre benötigen. Das bedeutet höhere Ausgaben für Betrieb und Wartung über den Lebenszyklus der Windkraftanlage.

Windkraftanlagen sind mit mehreren verschiedenen Wälzlagern bestückt, die unterschiedlich schnell verschleißen. Die heutzutage in größeren Windkraftanlagen auftretenden höheren Belastungen stel- len konventionelle Lagerausführungen auf die Probe – besonders bei Hauptwellenlagern

Windkraftanlagen sind mit mehreren verschiedenen Wälzlagern bestückt, die unterschiedlich schnell verschleißen. Die heutzutage in größeren Windkraftanlagen auftretenden höheren Belastungen stellen konventionelle Lagerausführungen auf die Probe – besonders bei Hauptwellenlagern

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Solarzellen ultrahochauflösend drucken

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Für den präzisen 3D-Druck hat das Team den 3D-Druck in Atomlagen entwickelt. Die Atome werden dabei einzeln auf die Oberfläche aufgetragen (Grafik: Bachmann).

Für den präzisen 3D-Druck hat das Team den 3D-Druck in Atomlagen entwickelt. Die Atome werden dabei einzeln auf die Oberfläche aufgetragen (Grafik: Bachmann).

Besonders dünne Solarzellen mit einem 3D-Drucker herstellen, aus nachhaltigen Materialien und präzise bis auf den Nanometer: Daran forscht Prof. Dr. Julien Bachmann, Lehrstuhl für Chemistry of Thin Film Materials an der FAU. Für sein Projekt erhält er nun den ERC Proof of Concept Grant. Der ERC Proof of Concept Grant wird an Forschende vergeben, die bereits einen ERC Grant erhalten haben und nun ausloten, wie ihre Ergebnisse in der Praxis ökonomischen oder sozialen Mehrwert bringen können.

In seiner früheren Forschung konnte Prof. Bachmann zeigen, wie die Oberflächenstruktur der Halbleiter auf kleinster Ebene die Effizienz der Solarzellen beeinflusst. Mit einem hochauflösenden 3D-Drucker, der auf 0,000001 Millimeter genau ist, will er nun systematisch austesten, bei welche Oberflächengestaltung der Halbleiter am leistungsfähigsten ist. Für den Einsatz nachhaltiger Materialien im Bereich der erneuerbaren Energien ist diese Optimierung notwendig. Weiterlesen

Photonen-Recycling – der Schlüssel zu hocheffizienten Perowskit-Solarzellen

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Forschende der TU Dresden haben in Kooperation mit Teams der Seoul National University (SNU) und der Korea University (KU) die wichtige Rolle der Wiederverwendung von Photonen (bekannt als „Photonenrecycling“) und von Lichtstreuungseffekten in Perowskit-Solarzellen und damit einen Weg zu einer hocheffizienten Solarenergieumwandlung gezeigt.

Zusätzliche Lichtemission wird durch wiederholtes Recycling eingefangener Photonen in Perowskiten erreicht. (© Dr. Changsoon Cho)

Zusätzliche Lichtemission wird durch wiederholtes Recycling eingefangener Photonen in Perowskiten erreicht. (© Dr. Changsoon Cho)

Metallhalogenid-Perowskite sind auf großes Interesse als Halbleiter der nächsten Generation für die Solarenergieumwandlung gestoßen. Seit der ersten Demonstration eines Wirkungsgrades von 3,8 % im Jahr 2009 sind diese rapide gestiegen und hochmoderne Perowskit-Solarzellen weisen Wirkungsgrade von über 25 % auf, nahe den Rekordwirkungsgraden der Silizium-Photovoltaik. Dieses schnelle Wachstum während des letzten Jahrzehnts wirft die Frage auf, ob Perowskit-Solarzellen in der Lage sein werden, die obere (thermodynamische) Grenze des photovoltaischen Wirkungsgrads zu erreichen, die bei 34 % liegt. Um diesem Ziel näher zu kommen, muss die Solarzelle nicht nur ein guter Lichtabsorber, sondern auch ein guter Lichtemitter sein. Weiterlesen