Kategorie: Nachhaltigkeit und Umwelttechnik

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

Vielversprechende Feststoff-Elektrolyte für leistungsstarke Lithium-Ionen Batterien

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© Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Hoffnungsträger für noch leistungsfähigere Lithium-Ionen-Batterien: Festkörper-Elektrolyt (hier LiTi2(PO4)3, Li-grün, Ti-blau, P-lila, O-rot) mit Darstellung der »Wanderungspfade« für Lithium-Ionen (gelbe Bänder).

Leistungsfähige, langlebige Energiespeicher sind für viele Zukunftstechnologien von zentraler Bedeutung: Etwa für die Elektromobilität, für mobile Endgeräte wie Tablets oder Smartphones oder zur effizienten Nutzung regenerativer Energien. Dr. Daniel Mutter vom Freiburger Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM konnte klären, wie Feststoff-Elektrolyte aus Keramik chemisch zusammengesetzt sein müssen, um gute Leistung in Lithium-Ionen Batterien zu erbringen. Solche Feststoff-Elektrolyte sind umweltfreundlicher als herkömmliche Flüssig-Elektrolyte und könnten Lithium-Ionen Batterien deutlich leistungsfähiger und betriebssicherer machen.
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Bis zu 30 Prozent mehr Kapazität für Lithium-Ionen-Akkus

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Ein Forscherteam am KIT erklärt bislang unverstandene Degradationsmechanismen im Kathodenmaterial für zukünftige Hochenergie-Lithium-Ionen-Batterien.

Ein Forscherteam am KIT erklärt bislang unverstandene Degradationsmechanismen im Kathodenmaterial für zukünftige Hochenergie-Lithium-Ionen-Batterien. (Foto: Amadeus Bramsiepe, KIT)

Erfolg für Materialforschung am KIT – Wichtige Erkenntnis auf dem Weg zur Hochenergie-Batterie

Durch Untersuchungen struktureller Veränderungen während der Synthese von Kathodenmaterialen für zukünftige Hochenergie-Lithium-Ionen-Akkus haben Forscherinnen und Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und kooperierender Einrichtungen neue und wesentliche Erkenntnisse über Degradationsmechanismen gewonnen. Diese könnten zur Entwicklung von Akkus mit deutlich erhöhter Kapazität beitragen, die etwa bei Elektrofahrzeugen eine größere Reichweite möglich machen. Weiterlesen

Hoffnung auf Silicium-Solarzellen mit deutlich höheren Wirkungsgraden

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Aus neunatomigen Silicium-Clustern sollten sich auch größere Strukturen aufbauen lassen. Theoretiker hoffen dabei Materialien zu erhalten, die eine direkte Bandlücke aufweisen und damit wesentlich effizientere Solarzellen ermöglichen.

Aus neunatomigen Silicium-Clustern sollten sich auch größere Strukturen aufbauen lassen. Theoretiker hoffen dabei Materialien zu erhalten, die eine direkte Bandlücke aufweisen und damit wesentlich effizientere Solarzellen ermöglichen.
Bild: A. J. Karttunen / Aalto Universität

Theoretische Rechnungen zeigen, dass Silicium-Solarzellen unter bestimmten Bedingungen einen wesentlich höheren Wirkungsgrad haben könnten. Ein Zugang zu entsprechend modifiziertem Silicium könnten kleine Silicium-Cluster sein. Bisher waren diese jedoch nicht in löslicher Form zugänglich, was Voraussetzung für eine vielseitige Verarbeitung ist. Forscher der Technischen Universität München (TUM) haben nun einen einfachen Syntheseweg dafür entdeckt. Weiterlesen

Luftig-leichte Iridium-Elektrode

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Hochporöse Mikropartikel für Iridium-Elektrode

Hochporöse Mikropartikel für Iridium-Elektrode
Copyright: C. Hohmann, LMU

Das Edelmetall Iridium ist bestens für die Gewinnung von Wasserstoff per Elektrolyse geeignet – und enorm teuer. Richtig sparen kann man mit einer neuen Elektrode aus hochporösem Material, die bereits mit einem Hauch Iridiumoxid hervorragende Ergebnisse erzielt.

Das Motto einer besonders effektiven Elektrolysemethode zur Wasserstoffgewinnung lautet: Membran statt flüssigen Elektrolyten. Die Wasserstoff-Ionen wandern hierbei über eine Protonen-Austausch-Membran (PEM) von der Sauerstoff bildende Anode zur Wasserstoff bildenden Kathode. Die Membrantechnik hat viele Vorteile. Die Elektrolysezelle wird durch die dünne Membran schlanker und vielseitiger einsetzbar. Das System ist ohne Elektrolytlösung fast wartungsfrei. Es hält hohen Druck aus und reagiert in Sekundenschnelle auf schwankende Stromzufuhr. Weiterlesen

Wissenschaftler entwickeln umweltschonende Energietechnologie mit superkritischem CO2

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Eine Turbine, die mit superkritischem CO2 funktioniert, muss bei gleicher Leistung nur etwa ein Fünftel so groß sein wie eine herkömmliche Dampfturbine.

Eine Turbine, die mit superkritischem CO2 funktioniert, muss bei gleicher Leistung nur etwa ein Fünftel so groß sein wie eine herkömmliche Dampfturbine.
© Eckold/TU Dresden

Wissenschaftler der TU Dresden und des Helmholz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) entwickeln in den kommenden drei Jahren gemeinsam mit der Siemens AG und dem Institut für Solarforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) eine neue Energietechnologie, die mithilfe von superkritischem Kohlendioxid (sCO2) nachhaltig Strom produziert. Als Wärmequellen wollen die Wissenschaftler ausschließlich Solar- und Abwärme nutzen. Für das Verbundprojekt „CARBOSOLA“ hat das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie nun 2,2 Millionen Euro zur Verfügung gestellt. Das Forschungsvorhaben markiert den Einstieg Deutschlands in die sCO2-Technologie für die Stromerzeugung aus nichtfossilen Wärmequellen. Weiterlesen

Wasserstoff aus Erdgas ohne CO₂-Emissionen

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Wasserstoff aus Erdgas ohne CO2-Emissionen: Die Methanpyrolyse mittels Blasensäulenreaktor ermöglicht eine klimafreundliche Nutzung von fossilem Erdgas.

Die Methanpyrolyse mittels Blasensäulenreaktor ermöglicht eine klimafreundliche Nutzung von fossilem Erdgas. (Infografik: Leon Kühner, KIT)

KIT und Wintershall Dea starten gemeinsame Arbeiten zur klimafreundlichen Methanpyrolyse im industriellen Maßstab

Durch Methanpyrolyse lässt sich fossiles Erdgas zukünftig klimafreundlich nutzen: Methan wird dabei in gasförmigen Wasserstoff und festen Kohlenstoff gespalten, der einen wertvollen Grundstoff für verschiedene Industriezweige darstellt und darüber hinaus sicher gelagert werden kann. Dies kann ein wichtiger Baustein für eine künftig klimaneutrale Energieversorgung sein. Forscherinnen und Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben hierfür ein besonders effizientes Verfahren entwickelt. Gemeinsam mit dem Industriepartner Wintershall Dea wird es nun für den Einsatz im industriellen Maßstab weiterentwickelt. Weiterlesen

Plasma im biologischen Katastrophenschutz

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as neu entwickelte mobile Plasma-Dekontaminationssystem (MoPlasDekon) ist in der Lage, im Katastropheneinsatz die Innenräume ganzer Krankentransportwagen chemiefrei zu desinfizieren

Bild 1: Das neu entwickelte mobile Plasma-Dekontaminationssystem (MoPlasDekon) ist in der Lage, im Katastropheneinsatz die Innenräume ganzer Krankentransportwagen chemiefrei zu desinfizieren Foto: Plasmatreat

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) initiierten Programms „Forschung für die zivile Sicherheit“ kam das dreijährige Förderprojekt MoPlasDekon (Mobile Plasma-Dekontamination) im August d.J. zum Abschluss. Mit einer neu entwickelten, mobilen Plasmatechnik soll es erstmals möglich werden, die erforderliche Entkeimung verseuchter Oberflächen ohne gesundheitsgefährdende und umweltbelastende Chemikalien an gleich welchem Ort in der Welt durchzuführen. Weiterlesen

Polymerwerkstoffe für Batterietechnologien

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Dr. Diana Freudendahl, Dr. Heike Brandt, Dr. Ramona Langner

Die zunehmende Elektrifizierung von Lebens- und Arbeitsbereichen erfordert auch eine stetige Weiterentwicklung von Energiespeichern. Eine herausragende Rolle spielen hierbei wiederaufladbare Batterien, da sie die Elektrifizierung vieler Anwendungsbereiche optimieren oder erst ermöglichen, wie z. B. die Verbreitung von tragbarer Unterhaltungselektronik oder die Nutzung elektrisch betriebener Fahrzeuge. Aber auch im Bereich der Energiespeicherung von Strom aus alternativen Energiequellen, wie Photovoltaik und Windkraft, sind sie unverzichtbar. Polymerwerkstoffe sind dabei in Batterien bereits allgegenwärtig und werden als Elektrolyte, Elektrodenbestandteile, Separatoren oder Beschichtungen verwendet. Neben der Optimierung bereits bestehender Batteriesysteme wird jedoch auch an Polymermaterialien mit neuen Funktionalitäten geforscht, um einerseits bereits verwendete Systeme zu verbessern und andererseits neue chemische Zusammensetzungen zu ermöglichen. Idealerweise können solche Polymerwerkstoffe sowohl aus günstigen Ausgangsmaterialien in umweltfreundlichen und ungiftigen Lösungsmitteln hergestellt werden, als auch wichtige Wegbereiter für sehr hohe Energiedichten darstellen. Von aktuellem Interesse sind derzeit insbesondere Entwicklungen im Bereich von Lithium-Ionen (Li-Ionen)- sowie Lithium-Schwefel(LiS)-Batterien, hier können Polymerwerkstoffe entscheidend zur weiteren Entwicklung beitragen. Weiterlesen

Neue Verbundwerkstoffe: biobasiert, funktionalisiert und mechanisch hochfest

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Amorphes und kristallines Polylactid Granulat.

© Fraunhofer ICT
Amorphes und kristallines Polylactid Granulat.

Die große Bandbreite der Einsatzmöglichkeiten macht klassische Faserverbund-Werkstoffe in der Produktion beliebt – trotz relativ hohem Herstellungs- und Entsorgungsaufwand. Diese Nachteile vermeidet der neue selbstverstärkte Verbundwerkstoff aus Polyactid (PLA), der im Rahmen des Projektes »Bio4self« unter Beteiligung des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie ICT entwickelt wurde. Er ist biobasiert, leicht zu recyceln und günstiger in der Produktion – ideal für den Einsatz in Sport-, Automobil- und medizinischen Anwendungen. Weiterlesen

Bioplastik aus Abfallfetten

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Jährlich werden 450 Millionen Tonnen Plastik weltweit produziert. Ein zaghafter Ansatz, der Plastikplage Herr zu werden, ist PHA. Die drei Buchstaben stehen für Polyhydroxyalkanoate. Es sind Biopolymere und werden als Bioplastik bezeichnet, weil PHA ähnlich thermoplastisch verformbar ist wie Plastik aus fossilen Rohstoffen. „Aber das war es dann auch schon an Gemeinsamkeiten“, sagt Dr.-Ing. Sebastian L. Riedel, der zusammen mit Dr.-Ing. Stefan Junne an der Herstellung von PHA forscht. Und auch Bioplastik ist nicht gleich Bioplastik. „Die Hälfte der zwei Millionen Tonnen Bioplastik, die derzeit pro Jahr weltweit produziert werden, ist biologisch nicht abbaubar und die andere Hälfte teilweise nur schwer“, weiß Riedel. Da ist PHA aus anderem „Schrot und Korn“. Es wird im Wasser und Boden vollständig zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut und ist für die Gesundheit mit keinem Risiko verbunden. Weiterlesen