Kategorie: Nachhaltigkeit und Umwelttechnik

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

Wasser als Energieträger

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Nanoporöses Silizium erzeugt Strom aus Reibung mit Wasser

Nur mittels Druck und Wasser entsteht in Siliziumporen Strom durch Reibung. Die Technologie eignet sich dafür, in Bereichen mit hohen mechanischen Drücken eingesetzt zu werden, wie beispielsweise in Stoßdämpfern von Fahrzeugen. Grafik: TU Hamburg, DESY, Künsting

Nur mittels Druck und Wasser entsteht in Siliziumporen Strom durch Reibung. Die Technologie eignet sich dafür, in Bereichen mit hohen mechanischen Drücken eingesetzt zu werden, wie beispielsweise in Stoßdämpfern von Fahrzeugen. Grafik: TU Hamburg, DESY, Künsting

Ein europäisches Forschungsteam unter Beteiligung der Technischen Universität Hamburg (TUHH) und des Deutschen Elektronen-Synchrotrons DESY hat eine neuartige Methode entwickelt, um mechanische Energie in elektrische umzuwandeln – mithilfe von Wasser, das in nanometergroßen Poren von Silizium eingeschlossen ist.

In einer Studie zeigen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von CIC energiGUNE (Spanien), der Universität Ferrara (Italien), der TU Hamburg und DESY (Deutschland), der Universität Schlesien in Katowice (Polen) sowie der Technischen Universität Riga (Lettland) – unterstützt vom TUHH-Exzellenzcluster „BlueMat – Water-Driven Materials“ – , dass das zyklische Eindringen und Austreten von Wasser in wasserabweisende, nanoporöse Siliziummonolithe messbare elektrische Energie erzeugen kann. Weiterlesen

Aus Abfall wird Zukunft: Wissenschaftler stellen Nylon-Grundstoffe aus Styropor her

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Es klingt noch ein wenig wie Science Fiction, funktioniert aber tatsächlich: Bakterien, die umweltschädliche Stoffe wie Polystyrol verwerten, um daraus die Ausgangsstoffe für Nylon zu produzieren, ohne dass neues Erdöl dafür gebraucht wird. Genau dies haben der Saarbrücker Professor für Biotechnologie, Christoph Wittmann, und weitere Kolleginnen und Kollegen aus benachbarten Disziplinen nun geschafft.

Plastikmüll ist nicht gleich Plastikmüll. Lässt sich der eine Kunststoff hervorragend wiederverwerten, kann das bei einem anderen schon ganz anders aussehen. „Polystyrol ist ein solches Sorgenkind“, weiß Christoph Wittmann. Der Professor für Systembiotechnologie an der Universität des Saarlandes beschäftigt sich bereits sein ganzes Forscherleben lang mit der Frage, wie man bestimmte Kunststoffe umweltverträglich entsorgen bzw. wiederverwerten kann. Das „Sorgenkind“ Polystyrol, dessen bekannteste Spielart das Styropor jedem Menschen ein Begriff sein dürfte, könnte nun dank seiner Arbeit und die seiner Kolleginnen und Kollegen seinen Status verlieren und vielleicht sogar zum viel gefragten Rohstoff für die Grundstoffchemie werden. Weiterlesen

Vom Abwasser zur Ressource: Nachhaltigkeit in der Kupferdrahtherstellung

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© KMU

© KMU

Metallische Leiter sind das Herzstück der meisten Kabel und Leitungen. Meist wird hierfür Kupfer als Leitmaterial verwendet. Das Kupfer wird in einem Kaltumformungsverfahren, dem sogenannten Drahtziehen, vom groben Draht zu feinen Leiterdrähten umgewandelt. In diesem Prozess entstehen kontinuierlich Abwässer, die nicht nur kostenintensiv entsorgt werden müssen, sondern auch eine ökologische Herausforderung darstellen. Moderne Wasseraufbereitungssysteme auf Basis von MVR-Verdampfern (Mechanical Vapour Recompression, zu Deutsch: mechanische Brüdenkompression) bieten hierfür eine zukunftsweisende Lösung, die wirtschaftliche Effizienz und Nachhaltigkeit miteinander verbindet.

 

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Kommunales Abwasser als Ressourcenquelle nutzen

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© Fraunhofer IGBDer Kunststoff Polyhydroxyalkanoat (PHA), produziert aus organischen Säuren

© Fraunhofer IGB
Der Kunststoff Polyhydroxyalkanoat (PHA), produziert aus organischen Säuren

Kläranlagen reinigen nicht nur Abwasser, sie sind auch Rohstofflieferanten. Im Projekt KoalAplan gewinnen Forschende des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB gemeinsam mit Partnern hochwertige Produkte aus kommunalem Abwasser. Dazu gehören Ammonium und Wasserstoff sowie Polyhydroxyalkanoate (PHA), aus denen sich biobasierte und bioabbaubare Kunststoffe herstellen lassen.

In unserem Abwasser stecken nicht nur Schmutz und Ausscheidungen, sondern auch wertvolle Rohstoffe wie Stickstoff und organische Kohlenstoffverbindungen. Mithilfe chemischer, biologischer und physikalischer Verfahren können daraus Wasserstoff, Ammonium und Polyhydroxyalkanoate (PHA) zurückgewonnen werden. Das zurückgewonnene Ammonium lässt sich als Stickstoffdünger für den Landbau verwenden, PHA sind der Rohstoff für Biokunststoffe. Diese Prozesse untersuchen die Forschenden im Projekt KoalAplan (siehe unten). Schauplatz für die interdisziplinäre Forschungsarbeit der Projektpartner ist das Lehr- und Forschungsklärwerk der Universität Stuttgart in Büsnau. Unter realen Bedingungen wird getestet, wie sich die Rückgewinnung von Rohstoffen in Klärwerken realisieren lässt. Hierfür wurde eine Bioraffinerie als Pilotanlage eingerichtet, die 2024 über ein halbes Jahr betrieben wurde. Weiterlesen

Vom Abfall zum Rohstoff: Neues Verfahren zum Recycling kritischer Metalle

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Professor Bernd Friedrich (rechts) und Doktorand Joao Weiss mit ausgemusterten Computer-Platinen.

Professor Bernd Friedrich (rechts) und Doktorand Joao Weiss mit ausgemusterten Computer-Platinen.

40. Vierzig! So viele unterschiedliche Metalle sind in normalen Platinen, wie sie in Computern oder Smartphones benötigt werden, verbaut. Einige dieser Metalle, wie Gold oder Kupfer, können relativ einfach durch Erhitzen im Ofen recycelt werden. Für die überwiegende Mehrheit sieht das aber völlig anders aus: Sie landen in der sogenannten „Schlacke“, bestenfalls wird diese Masse noch für den Straßenbau verwendet, oftmals landet sie direkt auf der Deponie. Seit nunmehr 26 Jahren beschäftigt sich Professor Bernd Friedrich, Leiter des Instituts für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling (IME) der RWTH, mit dem Recycling und der Kreislaufwirtschaft. Wertvolle Stoffe, die auf der Deponie landen, sind ihm ein Gräuel, und wenn es, wie bei der Schlacke, auch noch „kritische Metalle“ sind, umso mehr. Kritisch bedeutet, dass die Rohstoffe zum einen von hoher wirtschaftlicher Bedeutung sind, zum anderen aber entweder sehr selten sind oder eben aus politisch instabilen Regionen stammen, die zukünftige Versorgung also unsicher ist. Weiterlesen

Nachhaltige Carbonfasern auf der Basis von Algen

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Prof. Thomas Brück und weitere Forschende haben einen Prozess zur Herstellung von Carbonfasern aus erneuerbaren Rohstoffen entwickelt.

Prof. Thomas Brück und weitere Forschende haben einen Prozess zur Herstellung von Carbonfasern aus erneuerbaren Rohstoffen entwickelt. (Bildquelle: Andreas Heddergott/TUM)

Carbonfasern sind gerade in der Luftfahrt, der Windenergie und im Leichtbau von essentieller Bedeutung. Allerdings ist ihre Herstellung bislang sehr umweltschädlich, da sie auf Erdöl basiert. Einem Forschungskonsortium unter der Führung der Technischen Universität München (TUM) ist es nun gelungen, eine Herstellungsroute für Carbonfasern aus erneuerbaren Rohstoffen zu entwickeln.

Projektkoordinator Prof. Thomas Brück, Leiter des TUM-Lehrstuhls für Synthetische Biotechnologie, betont: „Mit dem Gemeinschaftsprojekt GreenCarbon ist uns ein großer Schritt in Richtung nachhaltige industrielle Carbonfaserproduktion gelungen.“ Neben der TUM sind das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, das Unternehmen SGL Carbon sowie der Aerospace-Konzern Airbus an dem vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) geförderten Konsortium beteiligt. Weiterlesen

Mischplastik: Vom Problemmüll zum industriellen Wertstoff

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Aus dem schwer recyclebaren „Problemmüll“ Mischkunstoff wollen die Forschenden Wertstoffe für die Chemieindustrie gewinnen.(Bildquelle: Universität Stuttgart)

Aus dem schwer recyclebaren „Problemmüll“ Mischkunstoff wollen die Forschenden Wertstoffe für die Chemieindustrie gewinnen.
(Bildquelle: Universität Stuttgart)

Um aus schwer recyclebaren Mischkunststoffen Wertstoffe für die Chemieindustrie zu gewinnen, gehen Nachwuchswissenschaftler*innen der Universität Stuttgart neue Wege: Sie kombinieren innovative Vergasungsverfahren und mikrobiologische Prozesse.

Styropor, Lebensmittelverpackungen, Schaumstoffe oder Bauelemente: In zahlreichen Produkten findet sich Mischplastik. „Am Ende ihres Lebenswegs werden diese Produkte zu Problemmüll“, sagt Hannah Storm, Doktorandin am Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik (IFK) der Universität Stuttgart. Weiterlesen

Hoffnungsträger Ammoniak

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© Fraunhofer IMMPilotanlage des Fraunhofer IMM für das Ammoniakcracken mit einer Kapazität von 20 kg/h Ammoniak

Pilotanlage des Fraunhofer © Fraunhofer IMM
Pilotanlage des Fraunhofer IMM für das Ammoniakcracken mit einer Kapazität von 20 kg/h Ammoniak

Ammoniak kennt man bisher hauptsächlich aus der Düngemittel-Produktion. Künftig könnte das Gas als effizienter Wasserstoffträger und klimafreundlicher Ersatz für fossile Brennstoffe auch eine Schlüsselrolle in der Energiewende einnehmen, denn es lässt sich CO2-frei aus Stickstoff und Wasserstoff herstellen und bietet viele Vorteile für Transport und Lagerung. An einer platzsparenden, effizienten und vor allem dezentralen Ammoniak-Cracking-Technologie arbeitet das Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM gleich in mehreren Forschungsprojekten.

»Ammoniak ist ein großer Potenzialträger für einen nachhaltigen Umbau unseres Energiesystems«, erklärt Dr. Gunther Kolb, Bereichsleiter Energie und stellvertretender Institutsleiter des Fraunhofer IMM in Mainz. »Die Herausforderung der Energiewende besteht ja nicht nur in der ausreichenden emissionsfreien Energieproduktion. Da Grünstrom in großen Mengen besonders an sehr wind- oder sonnenreichen Standorten wie etwa Chile oder Australien erzeugt werden kann, spielt auch der verlustarme Transport an energieärmere Einsatzorte eine relevante Rolle.« Hier kann der Einsatz von Ammoniak umwälzende Vorteile bringen. Weiterlesen

Energieverbrauch mit Phasenwechselmaterialien reduzieren

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Herstellung von PCM-Emulsionen im Labor© Fraunhofer ISE Herstellung von PCM-Emulsionen im Labor

Herstellung von PCM-Emulsionen im Labor
© Fraunhofer ISE
Herstellung von PCM-Emulsionen im Labor

Phasenwechselmaterialien, auch Phase Change Materials (PCM) genannt, sind ein wichtiger Baustein im effizienten Thermomanagement. Ihr Einsatz ermöglicht es, Energie einzusparen. Forschende am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE entwickeln zusammen mit Industriepartnern Emulsionen aus Phasenwechselmaterialien und Wasser oder Wasser-Glykol-Mischungen etwa für die Gebäudeklimatisierung und die Kühlung von Industriemaschinen. Die neuen PCM-Emulsionen erreichen die doppelte Speicherdichte von Wasser.

Wasser hat sich als Wärmeträger bewährt, wenn es beispielsweise darum geht, Wärme vom Heizkessel zum Heizkörper zu transportieren oder Kühldecken mit Kälte zu versorgen. Doch der Wärmeträger bekommt Konkurrenz: Im Projekt Optimus entwickeln Forschende am Fraunhofer ISE in Freiburg gemeinsam mit Partnern aus der Industrie PCM-Emulsionen mit hoher Speicherdichte für den Einsatz in Gebäuden und der Industrie, aber auch für die Anwendung in Wärmepumpensystemen und zur Batteriekühlung in Kraftfahrzeugen. Weiterlesen

Kohlenstoff-Fallen verstehen: Untersuchung eines vielverspre­chenden Materials zeigt im Detail, wie es CO2 einfängt

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Künstlerische Darstellung des CO2-Einfangs aus einem mit Feuchtigkeit beladenen Gasstrom mittels CALF-20, einem metallorganischen Gerüst auf Zinkbasis.© B. Schröder/HZDR

Künstlerische Darstellung des CO2-Einfangs aus einem mit Feuchtigkeit beladenen Gasstrom mittels CALF-20, einem metallorganischen Gerüst auf Zinkbasis.
© B. Schröder/HZDR

Da die Industrie nach innovativen Lösungen für die Abscheidung und Lagerung von Kohlendioxid (CO2) sucht, werden neue Materialien benötigt, die das Treibhausgas aus Industrieemissionen effizient abfangen und speichern können. Eine aktuelle Studie eines Forschungsteams des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR), der TU Dresden (TUD) und der Maria-Curie-Skłodowska-Universität in Lublin (Polen) beleuchtet die Gasadsorptionsphysik des sogenannten Calgary Framework 20 (CALF-20), eines metallorganischen Gerüsts (MOF) auf Zinkbasis. Mittels Kombination moderner Techniken haben die Forschenden die einzigartige Anpassungsfähigkeit des Materials unter verschiedenen Bedingungen entschlüsselt. Die Arbeit zeigt, wie CALF-20 effizient CO2 einfängt und gleichzeitig Störeffekten durch Wasser widersteht – ein häufiges Problem bei Materialien zur CO2-Abscheidung. Weiterlesen