Kategorie: Nachhaltigkeit und Umwelttechnik

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

Effizientere Elektromotoren durch Temperaturkontrolle – KI überwacht Antriebe im Betrieb

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© Oliver DietzeUm die Temperaturverteilung im Elektromotor in Echtzeit mit KI-Methoden schätzen zu können, sammelte Doktorand Saeed Farzami aus dem Team von Professor Matthias Nienhaus (stehend) an einem selbstentwickelten Teststand Massen von Daten. Hierzu stattete er einen Elektromotor an allen kritischen Stellen mit Sensoren aus, wo Temperatur ins Spiel kommen kann: an verschiedenen Orten in den Wicklungen, im Rotor und auch am Gehäuse.

© Oliver Dietze
Um die Temperaturverteilung im Elektromotor in Echtzeit mit KI-Methoden schätzen zu können, sammelte Doktorand Saeed Farzami aus dem Team von Professor Matthias Nienhaus (stehend) an einem selbstentwickelten Teststand Massen von Daten. Hierzu stattete er einen Elektromotor an allen kritischen Stellen mit Sensoren aus, wo Temperatur ins Spiel kommen kann: an verschiedenen Orten in den Wicklungen, im Rotor und auch am Gehäuse.

Mit einem neuen KI-gestützten Verfahren kann das Team um Professor Matthias Nienhaus von der Universität des Saarlandes die Temperaturverteilung in laufenden Elektromotoren erfassen – ohne dass zusätzlich Technik verbaut werden muss. Stattdessen nutzen die Ingenieure vorhandene Antriebsdaten und ein KI-Modell. Das System überwacht das Temperaturprofil im drehenden Motor umfassend in Echtzeit und macht so einen effizienten Betrieb möglich.

Elektrogeräte und Maschinen sollen mit möglichst wenig Material gebaut werden und klein bleiben. Dafür müssen auch ihre Elektromotoren klein und leicht sein – und zugleich viel Leistung bringen. Liefern Motoren viel Power in einem kompakten Gehäuse, werden sie warm. Die Temperaturen steigen dabei im Motor nicht gleichmäßig an. Vielmehr herrschen in den einzelnen Komponenten verschieden hohe Messwerte. Hohe Temperaturen setzen Elektromotoren zu und senken die Lebensdauer und auch ihre Leistung. Weiterlesen

Integrierte Managementsysteme als strategischer Erfolgsfaktor

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Warum Arbeitsschutz, Umweltschutz und Qualitätsmanagement zwingend zusammenarbeiten müssen Executive Summary
REGIO Plus

REGIO Plus

Unternehmen, die Arbeitsschutz, Umweltschutz sowie Qualitätsmanagement getrennt organisieren, akzeptieren bewusst Ineffizienzen, Haftungsrisiken und strukturelle Schwachstellen. Diese Trennung ist historisch gewachsen, fachlich jedoch nicht mehr zeitgemäß. Moderne Unternehmensfuehrung, Corporate Governance und Rechtsprechung verlangen eine integrierte, risikobasierte und prozessorientierte Steuerung. Die systematische Verzahnung dieser Disziplinen ist kein optionales Organisationsmodell, sondern ein entscheidender Erfolgsfaktor für Wirtschaftlichkeit, Rechtssicherheit und nachhaltige Wertschöpfung. Der vorliegende Fachartikel analysiert die rechtlichen, wirtschaftlichen und organisatorischen Grundlagen dieser Integration, beleuchtet typische Konfliktfelder und Rollenbilder und zeigt am Praxisbeispiel der REGIO Plus Präzisionstechnik GmbH, welches Potenzial in einem einheitlichen, werksübergreifenden Managementsystem liegt. Weiterlesen

Simulationstool für nachhaltige, funktionalisierte Kunststoffoberflächen

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© Fraunhofer IMWSREM-Abbildung der erzeugten Mikrostruktur verschiedener Polymere.

© Fraunhofer IMWS
REM-Abbildung der erzeugten Mikrostruktur verschiedener Polymere.

Ein neues Simulationstool für Kunststoffverarbeiter soll die Entwicklung funktionalisierter, recyclingfähiger Bauteile schneller, kostengünstiger und ressourcenschonender ermöglichen. Das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen IMWS in Halle (Saale) und das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern bündeln ihre Kompetenzen im Bereich der patentierten Mikro-/Nanostrukturierung und der skalenübergreifenden Simulationssoftware.

Die Oberflächen von Kunststoffbauteilen benötigen für Anwendungen in der Automobilbranche, der Medizintechnik oder der Verpackungsindustrie oft spezielle Charakteristika, um beispielsweise definierte Haftkräfte, eine gesteuerte Benetzbarkeit oder optische Eigenschaften wie diffuse Reflexion möglich zu machen. Derzeit werden diese Funktionen meist über Additive oder Beschichtungen erreicht. Dies ist nachteilig für die Kreislauffähigkeit, da die Kunststoffe dann nicht mehr sortenrein sind. Zudem steigen die Prozesskosten. Eine leistungsfähige Alternative ist eine rein morphologische Oberflächenfunktionalisierung, wie sie am Fraunhofer IMWS entwickelt wurde: Mikro- und Nanostrukturen erzeugen direkt die gewünschten Grenzflächeneigenschaften. Weiterlesen

Vom Strohhalm zum Kunststoff: Zellstoff-Nebenprodukt wird Basis für Nylon und Perlon

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© Silvia SteinbachEin Mitarbeiter zieht im Labor für Systembiotechnologie an der Universität des Saarlandes einen Bionylonfaden aus einem Glaskolben.

© Silvia Steinbach. Ein Mitarbeiter zieht im Labor für Systembiotechnologie an der Universität des Saarlandes einen Bionylonfaden aus einem Glaskolben.

Plastik aus Stroh: Auf diese Formel lässt sich das Vorhaben reduzieren, das das Team von Christoph Wittmann aus der Systembiotechnologie gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie seit Anfang Februar verfolgt. Im Projekt „LiGNUM“ sollen Bakterien so manipuliert werden, dass sie ein Nebenprodukt aus der Strohzellstoff-Produktion verwerten können, um daraus Grundbestandteile für Nylon und Perlon zu erzeugen.

Aus industriellen Nebenströmen wieder nutzbare Rohstoffe zu machen, ist die Grundidee der Kreislaufwirtschaft. Im Projekt LiGNUM wird diese Idee konkret umgesetzt: Stoffströme aus der Zellstoffproduktion sollen mithilfe von Mikroorganismen in Bausteine für neue Kunststoffe umgewandelt werden – und damit erdölbasierte Ausgangsstoffe ersetzen. Dass dies in der Region verankert und zugleich überregional vernetzt geschieht, ist dabei das I-Tüpfelchen. Weiterlesen

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.

© Fraunhofer IAP
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.

© Fraunhofer IKTS
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