Kategorie: Nachhaltigkeit und Umwelttechnik

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

Effizienzsprung im Folienrecycling: Kälte für den Kreislauf

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Recyclingspezialist Rymoplast vertraut auf technotrans-Thermomanagement: Neue zentrale Container-Kühlanlage verbindet Prozessstabilität mit BAFA-geförderter Nachhaltigkeit
technotrans entwickelte eine kundenspezifische und exakt auf die Bedürfnisse vonRymoplast zugeschnittene Container-Kühlanlage

technotrans entwickelte eine kundenspezifische und exakt auf die Bedürfnisse von
Rymoplast zugeschnittene Container-Kühlanlage

Um die ambitionierten Klimaziele der Industrie zu erreichen, ist die Wiederaufbereitung von Kunststoffen essenziell. Die Gruppe Morssinkhof-Rymoplast, einer der größten Kunststoffrecycler Europas, hat 2022 ihre Kapazitäten mit einem neuen Werk im sächsischen Markranstädt massiv ausgebaut. Hier werden jährlich rund 30.000 Tonnen Folienabfälle zu hochwertigem Regranulat verarbeitet. Um die hohen Qualitätsstandards der „Closed Loop“-Philosophie auch in der Produktion sicherzustellen, setzt das Unternehmen auf eine maßgeschneiderte Kühllösung von technotrans. Der Thermomanagement-Spezialist entwickelte und installierte eine 1,5- Megawatt-Containeranlage, die dank intelligenter Freikühlung nicht nur höchste Prozessstabilität liefert, sondern jährlich fast 480.000 Kilogramm CO2 einspart. Weiterlesen

Besseres Kunststoffrecycling aus Autos

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Bildquelle: iStockphoto.com / roibu
Bei der Demontage von Altwagen fallen pro Auto etwa 200 Kilogramm Kunststoff an.

Vier bis sechs Millionen Autos werden in der EU jährlich verschrottet – dabei gehen Rohstoffe verloren. Die EU-Altfahrzeugverordnung soll künftig sicherstellen, dass diese zurückgewonnen und in Neuwagen eingesetzt werden. Forschende der Technischen Universität München (TUM) haben nun einen im Forschungsprojekt Car2Car entwickelten Prozess untersucht, mit dem Kunststoff im Kreislauf gehalten werden kann. Die Studie zeigt eine mögliche Klimaentlastung sowie Potenzial, die EU-Vorgaben zu erreichen. Weiterlesen

Skalierbare Herstellung von Perowskit-Photovoltaik

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Perowskit-Photovoltaik industriell fertigen: Forschende entwickeln skalierbares Verfahren. (Alexander Diercks, KIT)

Perowskit-Photovoltaik industriell fertigen: Forschende entwickeln skalierbares Verfahren. (Bildquelle: Alexander Diercks, KIT)

Solarenergie ist eine tragende Säule der Energiewende. Tandem-Solarzellen aus Perowskit und Silizium können höhere Wirkungsgrade erreichen als herkömmliche Siliziumzellen, doch ihre industrielle Herstellung bleibt eine Herausforderung. Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Universität Valencia haben nun gemeinsam ein schnelles, lösungsmittelfreies Vakuumverfahren weiterentwickelt, das Perowskit-Schichten auch auf strukturierten Siliziumoberflächen und bei hoher Rate gleichmäßig aufbringt.

Perowskit-Silizium-Solarzellen verbinden zwei Halbleiter, die unterschiedliche Bereiche des Sonnenlichts nutzen. Die obere Perowskit-Schicht nimmt vor allem energiereiches, also kurzwelliges Licht auf, während die darunterliegende Siliziumzelle vorwiegend längerwellige Anteile verwertet. Dadurch können Tandem-Solarzellen mehr Sonnenlicht in Strom umwandeln als reine Siliziumzellen. Eine Herausforderung besteht jedoch darin, die dünne Perowskit-Schicht großflächig, gleichmäßig und schnell aufzubringen. Weiterlesen

Neue Optimierungsmethoden steigern die Effizienz magnetischer Kühlsysteme

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Gemeinsam entwickelten die MAGNOTHERM Solutions GmbH und die TU Darmstadt neue Simulations- und Optimierungsmethoden, um magnetische Kühlsysteme leistungsfähiger und effizienter zu machen.

Gemeinsam entwickelten die MAGNOTHERM Solutions GmbH und die TU Darmstadt neue Simulations- und Optimierungsmethoden, um magnetische Kühlsysteme leistungsfähiger und effizienter zu machen.
(Bildquelle: Magnotherm)

Magnetische Kühlung gilt als vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Kühlsystemen, da sie ohne klimaschädliche Kältemittel auskommt und energieeffizient arbeiten kann. Grundlage ist ein spezielles Material, das sich bei Veränderungen eines Magnetfelds erwärmt oder abkühlt. Dieses sogenannte magnetokalorische Material bildet das Herzstück der Technologie.

Im Zentrum des Projekts von MAGNOTHERM und Wissenschaftler:innen der Fachbereiche Elektrotechnik und Informationstechnik (etit) und Maschinenbau an der TU Darmstadt stand die Frage, wie die Anordnung der Permanentmagnete verbessert werden kann, die das Kühlsystem antreiben. Die Forschenden entwickelten dafür ein neues computergestütztes Optimierungskonzept, das magnetische und thermische Prozesse erstmals direkt miteinander verknüpft. Dadurch konnte die Leistungsfähigkeit der Kühlsysteme gezielt gesteigert werden.

Neben der Kühlleistung spielte auch die Wirtschaftlichkeit eine wichtige Rolle. Das entwickelte Verfahren berücksichtigt deshalb gleichzeitig verschiedene Anforderungen wie Energieeffizienz, Materialkosten und Herstellbarkeit. So konnten unterschiedliche technische Zielkonflikte systematisch optimiert werden.

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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