Kategorie: Nachhaltigkeit und Umwelttechnik

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

Mit Ammoniak zu grünem Stahl

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Stahl wird künftig vermutlich noch in größeren Mengen gebraucht als heute, seine Produktion muss jedoch klimaneutral werden - Ammoniak könnte dabei helfen. Das Bild zeigt Rollen von Blechen bei ThyssenKrupp in Duisburg. © picture alliance / Rupert Oberhäuser

Stahl wird künftig vermutlich noch in größeren Mengen gebraucht als heute, seine Produktion muss jedoch klimaneutral werden – Ammoniak könnte dabei helfen. Das Bild zeigt Rollen von Blechen bei ThyssenKrupp in Duisburg.
(© picture alliance / Rupert Oberhäuser)

Wasserstoff ist Hoffnungsträger einer klimaneutralen Wirtschaft – auch für die Stahlindustrie. Doch möglicherweise sollte die Branche zusätzlich auch auf Ammoniak setzen, um grünen Stahl zu erzeugen. Das legt die Studie eines Teams des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung in Düsseldorf nahe. Darin zeigen die Forschenden, dass Ammoniak ebenso gut geeignet ist wie Wasserstoff, um Eisenerz in Eisen umzuwandeln. Ammoniak kann mit Wasserstoff produziert werden, der mit regenerativem Strom etwa in sonnenreichen Ländern gewonnen wird. Er lässt sich jedoch viel leichter transportieren.

Die Stahlindustrie ist weltweit der größte einzelne Verursacher von CO2-Emissionen. Sieben Prozent beträgt ihr Anteil am weltweiten Treibhausgasausstoß. Und die Menge an produziertem Stahl dürfte der internationalen Energieagentur zufolge sogar von heute knapp zwei Milliarden Tonnen auf bis drei Milliarden Tonnen im Jahr 2050 steigen. Daher würde der CO2-Fußabdruck der Stahlindustrie noch wachsen, wenn sie nicht von Kohle als Reduktionsmittel wegkommt, mit dem sie Eisenerz in Eisen umwandelt. Weiterlesen

Lasertechnik für eine energieeffiziente Herstellung und mehr Leistung von Batteriezellen

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© Fraunhofer ILTTrocknung mit Diodenlaser: Durch die spezielle Optik bestrahlt der Laser eine größere Fläche auf der mit Graphitpaste beschichteten Kupferfolie. Die Wechselwirkung der Graphitpartikel mit der Lichtenergie erzeugt Wärme, und die Flüssigkeit verdampft.

© Fraunhofer ILT Trocknung mit Diodenlaser: Durch die spezielle Optik bestrahlt der Laser eine größere Fläche auf der mit Graphitpaste beschichteten Kupferfolie. Die Wechselwirkung der Graphitpartikel mit der Lichtenergie erzeugt Wärme, und die Flüssigkeit verdampft.

Für eine erfolgreiche Elektrifizierung des mobilen Sektors sind leistungsfähige Batteriezellen eine entscheidende Voraussetzung. Nun haben Forschende des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT in Aachen innovative laserbasierte Technologien für die Fertigung von Lithium-Ionen-Akkus entwickelt. Diese bieten deutlich kürzere Ladezeiten und längere Lebensdauer als auf herkömmliche Art und Weise hergestellte Lithium-Ionen-Akkus. Zudem wird durch die laserbasierte Trocknung die wasserbasierte Elektrodenbeschichtung in der Fertigung deutlich energieeffizienter. Weiterlesen

Wie Mikroplastik in der Umwelt entsteht

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Abbildung 1 – Darstellung dominierender Umwelteinflüsse auf Polymere in natürlichen Habitaten. [2]

Abbildung 1 – Darstellung dominierender Umwelteinflüsse auf Polymere in natürlichen Habitaten. [2]

Ein zunehmendes gesellschaftliches Bewusstsein für Nachhaltigkeit und Umweltschutz schürt seit Jahren die Debatte rund um die Verwendung von Kunststoffen. Während ihr Einsatz in vielen Anwendungen in der Lebensmittel- und Medizintechnik oder für den Leichtbau schier unverzichtbar ist, spielen Kunststoffe auch bei der Energiewende hin zur nachhaltigen Stromproduktion mittels Windkraft eine unersetzliche Rolle.

Abseits von anspruchsvollen Anwendungen finden Polymere nur noch wenig Akzeptanz. Große Debatten werden über die Sinnhaftigkeit von kurzlebigen Produkten wie Plastikflaschen, Einwegtüten und Verpackungsmaterial geführt. Produkte, die sich in Form von unsachgemäß entsorgtem Müll vor allem in der Umwelt wiederfinden. Neben den unästhetischen Aspekten sorgt die Persistenz von Kunststoffen für weitaus langfristigere Probleme: die unkontrollierte Bildung und Freisetzung von Mikroplastik in die Umwelt. Und der Höhepunkt ist noch längst nicht erreicht. Eine Studie aus dem Jahr 2017 bestimmte eine Menge an 4,9 Billionen Tonnen Plastikmüll, der zwischen 1950 und 2015 in der Umwelt landete. [1] Und der zerfällt eben nur sehr langsam in immer kleinere Partikel. Weiterlesen

Mit Biomasse Seltene Erden recyceln

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Prof. Thomas Brück bei der Probenentnahme am Photobiorektor am Werner Siemens Lehrstuhl für Synthetische Biotechnologie. Diese Bioreaktoren nutzten die Forschenden, um Biomasse der untersuchten Cyanobakterien-Stämme zu produzieren.

Prof. Thomas Brück bei der Probenentnahme am Photobiorektor am Werner Siemens Lehrstuhl für Synthetische Biotechnologie. Diese Bioreaktoren nutzten die Forschenden, um Biomasse der untersuchten Cyanobakterien-Stämme zu produzieren. (Bildquelle: Andreas Heddergott / TUM)

Seltene Erden sind essenziell für zahllose Hightech-Anwendungen. Einem Forschungsteam unter Leitung der Technischen Universität München (TUM) ist es jetzt gelungen, diese Metalle mithilfe von bisher nicht untersuchten Bakterienstämmen aus wässriger Lösung zu recyceln.

Windkraftanlagen, Katalysatoren, Glasfaserkabel und Plasma-Bildschirme: Sie alle enthalten Seltene Erden. Da die 17 Metalle, die unter diesem Begriff zusammengefasst werden, für die modernen Technologien unentbehrlich sind, steigen die Nachfrage und die Kosten stetig. Das Vorkommen ergiebiger Abbaustätten ist begrenzt und die Produktion oft aufwändig und umweltschädlich. Die Vorteile, diese Ressourcen so effizient wie möglich zu recyceln, etwa aus Industrieabwässern in den Bereichen Bergbau, Elektronik oder chemische Katalysatoren, liegen also auf der Hand. Weiterlesen

Ein Betrag zur Transformation in der Rohstoffwirtschaft aus dem Labor für nachhaltige und nützliche Innovation für eine globale Rohstoffwende

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Fünf schlechte Beispiele: 1) Partikel von Erdölplastik sind über die ganze Welt verteilt, 2) es gibt Plastikinseln im Ozean, 3) Mikroplastik wird am den Polen nachgewiesen, 4) tausende Bauteile aus Plastik finden sich in Geräten eines ganz normalen Haushalts und 5) in der Logistik des Einzelhandels werden bereits zweifach verpackte Lebensmittel mit Plastikfolie zu Großgebinden gepackt.

Eine Frage: Ist eine konservative, unverstellte, gar neutrale Sichtweise auf eine Welt ohne Plastik möglich?

Eine Herangehensweise:„Plastikfrei ohne Augenbinde“ bedeutet im Mikro Think Tank vom Labor für nachhaltige und nützliche Innovationen den skalierten, multidimensionalen und transdisziplinären Blick auf Zustände und Umstände.

Ein Slogan: Mit „plastikfrei“ zu nachhaltigen Lösungen für wirksame Maßnahmen der konkreten Umsetzung von biogilen Kunststoffen beitragen!

Die visionäre Betrachtung greift, von Rohstoffen her, verschiedene Facetten auf und denkt dabei über Produkte hinaus, um eine Transformation durch taten von morgen für eine nachhaltige Zukunft anzuregen. Weiterlesen

Neue Anlage produziert Kohlenstoff aus Luft

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Der neue NECOC-Anlagenverbund am KIT produziert den Hightech-Rohstoff Kohlenstoff aus dem klimaschädlichen CO2 der Umgebungsluft. (Foto: Markus Breig)

Der neue NECOC-Anlagenverbund am KIT produziert den Hightech-Rohstoff Kohlenstoff aus dem klimaschädlichen CO2 der Umgebungsluft. (Foto: Markus Breig)

Das Treibhausgas CO2 aus der Atmosphäre entnehmen und durch kombinierte Prozesse in einen stabilen Kohlenstoff umwandeln – das leistet seit diesem Monat ein neuer Anlagenverbund am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) im Versuchsmaßstab. Das im Forschungsprojekt NECOC gemeinsam mit Industriepartnern entwickelte Verfahren vereint negative Emissionen mit der Produktion eines Hightech-Rohstoffs. Nun soll es energetisch optimiert und skaliert werden. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz fördert mit 1,5 Millionen Euro. Weiterlesen

Mit High-Performance Computing und Machine Learning zur neuen Generation von kohlenstofffreien Brennkammersystemen

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Über 80 Prozent der weltweit verbrauchten Energie wird durch Verbrennungsprozesse erzeugt. An diesem Wert wird sich, nach heutigem Kenntnisstand, mittelfristig wenig ändern. Verbrennungsvorgänge, die beispielsweise in industriellen Hochöfen, Haushaltsbrennern, Trägerraketen, Gasturbinen und Triebwerken stattfinden, haben einen negativen Einfluss auf das Klima, und es besteht Handlungsbedarf. Ziel ist es, den Brennstoffverbrauch maximal zu senken, damit Verbrennungsprozesse effizienter, sauberer und leiser werden. Dabei treten instationäre Phänomene auf, die sich aus dem unerwünschten Zusammenspiel zwischen der Akustik, der Verbrennung und der Strömung ergeben. Nicht selten führen diese Ereignisse zu kostspieligen Totalschäden an den Prototypen in der Designphase. Forschung und Industrie bemühen sich, diese Vorgänge fundamental zu verstehen, um daraus die Technologie für morgen abzuleiten.

Das interdisziplinäre Projekt „Taming Combustion Instabilities by Design Principles (TACOS)“, für das Prof. Dr. Abdulla Ghani mit dem ERC-Starting-Grant des Europäischen Forschungsrates (European Research Council, ERC) ausgezeichnet wurde, forscht daran, diese instationären Phänomene auszuschließen. Weiterlesen

Eisen als Energiespeicher

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Verbrennung von Eisenpulver in einem Brenner im Industriemaßstab. Das Pulver wird als nachhaltiger Energieträger verwendet.© Laurine Choisez, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH

Verbrennung von Eisenpulver in einem Brenner im Industriemaßstab. Das Pulver wird als nachhaltiger Energieträger verwendet. © Laurine Choisez, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH

Das Metall könnte künftig Energie aus regenerativen Quellen speichern, etwa für den Transport

Energie aus Sonne oder Wind ist wetterabhängig und es gibt bislang keine effiziente Methode sie zu speichern oder zu transportieren. Forschende des Max-Planck-Institut für Eisenforschung und der TU Eindhoven untersuchen Eisen als möglichen Energieträger. Die Idee ist, Energie in Eisen zu speichern und durch Verbrennung zu Eisenoxid wieder freizusetzen. Das Team arbeitet daran, die zugrundeliegenden Prozesse zu verstehen und die Technik industriell einsetzbar zu machen. Weiterlesen

Nachhaltige Verpackungslösungen verändern die Arbeitsabläufe in der Kunststoffindustrie

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In der Stadt Espoo nahe Helsinki, Finnland, hat ein Team von Wissenschaftlern hart daran gearbeitet, nachhaltige und recyclebare Alternativen zu herkömmlichen Kunststoffen zu entwickeln. Eine dieser Wissenschaftlerinnen ist Dr. Ulla Forsström, leitende Wissenschaftlerin am VTT-Forschungszentrum und Koordinatorin des europäischen Forschungprojekts INN-PRESSME. Im Rahmen dieses Projekts werden innovative Kunststoffverpackungen entwickelt, die im Einklang mit der Kreislaufwirtschaft stehen. Weiterlesen

Highspeed für die Batteriezellproduktion

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Lithium-Ionen-Batteriezellen bestehen zu einem wesentlichen Teil aus Elektroden, die sauber übereinanderliegen liegen müssen. In der industriellen Herstellung ist der Aufbau dieses Elektrodenstapels bislang ein technisch und zeitlich besonders aufwändiger Prozess. Viele aufeinanderfolgende Handhabungsschritte und Qualitätskontrollen verlangsamen den Stapelaufbau, sind zur präzisen und beschädigungsfreien Positionierung und Fixierung der Elektroden im Stapel jedoch notwendig. Aufgrund der herausfordernden Positionierung und Fixierung ist die bisherige Stapelbildung der wesentliche Engpass der Batteriezellproduktion und verhindert damit eine kostengünstige und durchsatzstarke Serienfertigung. Zur deutlichen Steigerung der Geschwindigkeit und gleichzeitigen Vermeidung von Beschädigungen in der Stapelbildung wurde an der Technischen Universität Braunschweig ein innovatives Verfahren entwickelt. Weiterlesen