Kategorie: Nachhaltigkeit und Umwelttechnik

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

Nachhaltige Polyurethan-Produktion ohne giftiges Isocyanat

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© Fraunhofer IAPInfusionsschläuche bestehen oft aus Polyurethanen. Ein neuartiges Produktionsverfahren des Fraunhofer IAP macht es möglich, Polyurethane in höchster Qualität ohne den Einsatz der giftigen Isocyanate herzustellen.

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Infusionsschläuche bestehen oft aus Polyurethanen. Ein neuartiges Produktionsverfahren des Fraunhofer IAP macht es möglich, Polyurethane in höchster Qualität ohne den Einsatz der giftigen Isocyanate herzustellen.

Polyurethane (PUR) stecken in vielen Produkten, etwa in Polstermöbeln, in Schaum- oder Dämmstoffen, Fußböden, Lacken und sogar in medizinischen Katheterschläuchen. Bei der Herstellung dieser gefragten Kunststoffe kommt giftiges Isocyanat zum Einsatz. Fraunhofer-Forschende haben jetzt ein alternatives Produktionsverfahren mit unschädlichem Dicarbamat entwickelt.

Chemische Verbindungen der Art Isocyanat sind toxisch und lösen Allergien oder Asthma aus. Allerdings sind sie für die chemische Industrie noch unverzichtbar: Sie werden vor allem für die Herstellung von PUR benötigt. Diese Kunststoffe sind extrem vielseitig und werden daher für zahlreiche Produkte verwendet. Im Endprodukt sind zwar keine Isocyanate mehr enthalten, aber in der Herstellung sind besondere Sicherheitsvorkehrungen erforderlich, um sie vom Menschen fernzuhalten und Gesundheitsgefahren zu vermeiden.

Fraunhofer-Forschenden ist es nun im Projekt »CO2NIPU« (Non-Isocyanate Polyurethanes, NIPU) erstmals gelungen, Polyurethane ohne den Einsatz von Isocyanaten herzustellen. Weiterlesen

Batterien aus Rost

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Mit Eisenoxid gefüllte Kohlenstoffkugeln bieten gute Speicherkapazität

Herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus enthalten problematische Stoffe wie Nickel und Kobalt. Zudem sind die Lösungsmittel, mit denen Elektrodenmaterialien beschichtet werden, toxisch. Materialwissenschaftler der Universität des Saarlandes suchen daher nach umweltfreundlichen Alternativen. In hochporösen Hohlkugeln aus Kohlenstoff, die an der Universität Salzburg von Professor Michael Elsässer entwickelt wurden, haben sie jetzt fein verteiltes Eisenoxid eingebracht. Die erzielten Speicherkapazitäten klingen vielversprechend, Eisen und Kohlenstoff sind zudem breit verfügbar.

„Aus Salzburg kommen ja bekanntlich die Mozartkugeln her. Analog zu diesen gefüllten Schokoladenkugeln kann man sich die Kohlenstoffhohlkugeln vorstellen, die unsere Kollegen an der Universität Salzburg entwickelt haben. Diese so genannten Spherogele (engl. Carbon Spherogels) bieten uns Einheiten in Nanometergröße (ca. 250 nm) mit großen Oberflächen und einer hohen elektrochemischen Kapazität. Die Herausforderung ist nun, passende Metalloxide über eine chemische Synthese in den schon vorhandenen Hohlraum hineinzupacken“, erklärt die Materialforscherin Stefanie Arnold. Nach ersten Versuchen mit Titandioxid, dessen Fähigkeit, Lithium-Ionen speichern und wieder freizugeben, jedoch relativ gering war, kam das Eisenoxid ins Spiel, das landläufig jeder als Rost kennt. Weiterlesen

Protonenleitende Keramiken für die Energiewende

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Bild: Pixelbuddha Studio -stock.adobe.com/TU Darmstadt

Bildquelle: Pixelbuddha Studio -stock.adobe.com/TU Darmstadt

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) richtet eine neue Forschungsgruppe unter Federführung der TU Darmstadt ein. In dem Vorhaben „SynDiPET“ von TU-Professorin Dr.-Ing. Bai-Xiang Xu als Sprecherin geht es um sogenannte protonenleitende Keramiken, die aufgrund ihres möglichen Einsatzes als Elektrolyte Schlüsselmaterialien für die Energiespeicherung und Brennstoffzellentechnologie sind. Die Technologie ermöglicht mit relativ geringem Energieeinsatz die Erzeugung von hochreinem, trockenem Wasserstoff, der direkt weiterverwendet werden kann. Wasserstoff gilt als einzige realistische Lösung, um erneuerbare Energie in großem Maßstab zu speichern.

Allerdings stößt bei der Gestaltung von protonenleitenden keramischen Elektrolyten das bisherige Materialdesign zunehmend an Grenzen, was eine breite Anwendung bislang einschränkt. Hier setzt die Forschungsgruppe „Synergetisches Design protonenleitender Keramiken für Energietechnologie (SynDiPET)“ an: Sie will in einer übergreifenden Betrachtung die Mikrostrukturen von Elektrolytkeramiken optimieren, insbesondere durch neuartige Sinter- und Charakterisierungstechnik. Dabei sollen auch skalenübergreifende Simulationen und Methoden des Maschinellen Lernens einbezogen werden. Weiterlesen

Nachhaltige Batterien aus Nebenprodukten der Holzindustrie

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© Fraunhofer IKTSHard Carbon, gewonnen aus Lignin, einem Nebenprodukt der Holzindustrie, bildet die Basis für die Elektrode der Thüringer Wald-Batterie.

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Hard Carbon, gewonnen aus Lignin, einem Nebenprodukt der Holzindustrie, bildet die Basis für die Elektrode der Thüringer Wald-Batterie.

Angesichts des wachsenden Bedarfs an Energiespeichern für die Energiewende sind kostengünstige, sichere und ressourcenschonende Batterietechnologien dringend erforderlich. Natrium-Ionen-Batterien auf Basis lokal verfügbarer und umweltfreundlicher Materialien bieten hier einen vielversprechenden Ansatz. Fraunhofer-Forschende und ihre Projektpartner nutzen Lignin – ein Nebenprodukt der Holz- und Zellstoffindustrie – als Bestandteil eines Natrium-Ionen-Batteriesystems. Weiterlesen

Mit KI zu mehr Effizienz und Nachhaltigkeit

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Bild 1: Die "KI Zwiebel" stellt die verschiedenen Schichten Künstlicher Intelligenz dar. Von Künstlicher Intelligenzüber Machine Learning und Deep Learning bis hin zu multimodalen Foundation-Modellen.

Bild 1: Die „KI Zwiebel“ stellt die verschiedenen Schichten Künstlicher Intelligenz dar. Von Künstlicher Intelligenz über Machine Learning und Deep Learning bis hin zu multimodalen Foundation-Modellen.

KI ist längst kein Zukunftsprojekt mehr: Mit maschinellem Lernen und Deep Learning verbessern mittelständische Unternehmen in der DACH-Region Prozesse, senken Kosten und schonen die Umwelt – oft mit klassischen Methoden und ohne große Sprachmodelle. Drei Beispiele aus der Praxis zeigen, wie der Einstieg gelingt. Weiterlesen

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

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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