Mit aktivem maschinellem Lernen zu neuen Solarzellen

Aktiv selbst lernend bewegt sich der Algorithmus immer weiter durch die unendlichen Weiten des molekularen Raums und schlägt immer wieder neue Moleküle vor, die die Basis für die nächste Generation von Solarzellen sein könnten. Bild: Christian Kunkel / TUM

Aktiv selbst lernend bewegt sich der Algorithmus immer weiter durch die unendlichen Weiten des molekularen Raums und schlägt immer wieder neue Moleküle vor, die die Basis für die nächste Generation von Solarzellen sein könnten.
Bild: Christian Kunkel / TUM

Ein Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM) und des Fritz-Haber-Instituts in Berlin nutzt maschinelles Lernen bei der Suche nach geeigneten molekularen Materialien für neue organische Halbleiter, die Basis für organische Feldeffekt-Transistoren (OFETs), Licht emittierende Dioden (OLEDs) und organische Solarzellen (OPVs). Um mit der endlosen Vielfalt möglicher Materialien effizient zurechtzukommen, bestimmt die Maschine selbst, welche Daten sie braucht.

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Cellulosefasern gegen den Klimawandel

Bild: Cellulosefasern der DITF als Filtermaterial

Bild: Cellulosefasern der DITF als Filtermaterial

Der Schutz des globalen Klimas ist ein Vorhaben, das sowohl die Industrie wie auch die Gesellschaft vor eine große Aufgabe stellt. Allein durch Begrenzung der globalen Emissionen, durch Einsparung von Kohlenstoffdioxid (CO2), werden die Klimaziele nicht zu erreichen sein. Denn auch weiterhin wird es unvermeidbare CO2-Emissionen geben, die dennoch kompensiert werden müssen. Wege aus dieser misslichen Situation können Maßnahmen wie Aufforstung, Kohlenstoffbindung im Boden oder gar das aktive Abtrennen von CO2 aus der Luft sein. Solche sogenannten ‚Direct-Air-Capture-Technologien‘, werden bereits aus verschiedenen Ansätzen heraus im Forschungsmaßstab oder in Pilotanlagen erprobt. In einem dieser Verfahren setzt man spezielle Filter ein, mit denen sich CO2 aus der Atmosphäre entfernen lässt. Die DITF entwickeln im Rahmen eines Forschungsprojektes textile Materialien zur CO2-Abtrennung aus der Luft. CO2 kann auf diesem Wege längerfristig fixiert und damit dem Klimakreislauf dauerhaft entzogen werden. Oder es wird als Rohstoff für die Herstellung von CO2-neutralen Kohlenwasserstoffen genutzt. Weiterlesen

Grüner Wasserstoff: Transport im Erdgasnetz

Die insgesamt 19 Kanäle in der Kohlenstoff-Membran vergrößern deren Oberfläche und ermöglichen somit einen größeren Stoffdurchsatz.

Forschende der Fraunhofer-Gesellschaft haben eine Technologie entwickelt, mit der sich Wasserstoff und Erdgas kostengünstig und effizient voneinander trennen lassen. Die Membran-Technologie macht es damit möglich, die beiden Stoffe gemeinsam durch das bundesweite Erdgasnetz zu leiten und am Zielort voneinander zu trennen. Für den Transport und die Verteilung des Energieträgers Wasserstoff ist dies ein großer Fortschritt. Weiterlesen

Wasser als Kältemittel

Abb. 1: Im Kältemodul findet die Direktverdampfung von Wasser im vakuumdichten, geschlossenen Kreislauf statt. Das Modul besteht dabei im Wesentlichen aus den bereits von herkömmlichen Kaltwassererzeugern bekannten Komponenten Verdampfer (1), Verdichter (2), Verflüssiger (3)  Bildnachweis: Efficient Energy GmbH

Abb. 1: Im Kältemodul findet die Direktverdampfung von Wasser im vakuumdichten, geschlossenen Kreislauf statt. Das Modul besteht dabei im Wesentlichen aus den bereits von herkömmlichen Kaltwassererzeugern bekannten Komponenten Verdampfer (1), Verdichter (2), Verflüssiger (3); Bildnachweis: Efficient Energy GmbH

Ohne eine leistungsfähige Kältetechnik würden Fertigungsprozesse in vielen Industriezweigen, die Bereitstellung frischer Lebensmittel oder die Nutzung des Internets nicht funktionieren. Aufgrund der zunehmenden Erderwärmung wird der Bedarf an Kälte- und Klimaanlagen sogar weiter ansteigen – mit negativen Auswirkungen auf den Klimawandel. Denn noch werden überwiegend synthetische Kältemittel eingesetzt, die den Treibhauseffekt verstärken. Die Folge: Neben dem erhöhten Energiebedarf nehmen auch die CO2-Emissionen zu. Schon jetzt sind Klima- und Kälteanlagen weltweit für circa 8 % des gesamten Kohlenstoffdioxidausstoßes verantwortlich. Um dieser Entwicklung konsequent entgegenzuwirken, sind energieeffiziente sowie emissionsarme Kälteanlagen erforderlich. Die EU hat bereits 2014 die F-Gase-Verordnung zur schrittweisen, aber deutlichen Reduzierung der umweltschädlichen Kältemittel erlassen. Weiterlesen

Entnahme von Kohlendioxid aus der Atmosphäre ist schon heute effizient möglich

Die Erreichung der Klimaziele erfordert sogenannte negative Emissionen, also die Entnahme von Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre. Eine vielversprechende Technologie hierfür ist die direkte Abscheidung von Kohlendioxid aus der Luft, englisch Direct Air Capture oder kurz DAC. Gleichzeitig werden allerdings Energie und Materialien benötigt, deren Erzeugung und Produktion zu indirekten CO2-Emissionen und anderen Umweltauswirkungen führen. Der Gesamtnutzen von DAC für die Umwelt ist daher unklar.

Bei ihren Forschungsarbeiten im Rahmen des Kopernikus-Projektes „Power-to-X“ haben die RWTH-Wissenschaftlerin Sarah Deutz vom Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Professor André Bardow, ehemals RWTH und nun ETH Zürich, gezeigt, dass die ersten kommerziellen DAC-Anlagen in Hinwil (Schweiz) und Hellisheiði (Island) bereits heute negative Emissionen bereitstellen können. Dabei können hohe Effizienzen von 85,4 Prozent und 93,1 Prozent für die Kohlenstoffabscheidung erreicht werden. Weiterlesen

Pflanzliche Proteine ersetzen erdölbasierte Rohstoffe

 © Fraunhofer IVV Nach der Entölung der Rapssaat verbleiben proteinreiche Reststoffe (Rapsschrot und -presskuchen).

© Fraunhofer IVV Nach der Entölung der Rapssaat verbleiben proteinreiche Reststoffe (Rapsschrot und -presskuchen).

Proteine gehören wie Cellulose, Lignin und Fette zu den nachwachsenden Rohstoffen. Ihr Potenzial für die chemische Industrie wird bisher kaum genutzt. Dies wollen Forscherteams des Fraunhofer-Instituts für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV gemeinsam mit Partnern ändern und die vielversprechenden technofunktionellen Eigenschaften pflanzlicher Proteine für industrielle Anwendungen nutzen. Ziel des Projekts TeFuProt: die Abkehr vom Erdöl, hin zu nachwachsenden Rohstoffen. Weiterlesen

Recycling ist für die Tonne

Ein Austragsbandbefördert dengeshreddertenKunststoffzu einer Sammelstelle

Ein Austragsband befördert den geshredderten Kunststoff zu einer Sammelstelle

Hier beginnt der Kreislauf. Bei der schwedischen Veolia Recycling Plastics Sweden AB werden Mülltonnen und andere HDPE-Kunststoffabfälle aus der Produktion mithilfe eines WEIMA PowerLine 2500 Shredders und einer nachgelagerten Waschanlage zu neuem Rohstoff.

Die ehemalige Hans Andersson Recycling AB startete in den frühen 1980er Jahren als Entwicklungsprojekt zur Rückgewinnung der Abfälle von Verpackungsunternehmen und gehört seit 2017 zur Veolia Gruppe. Mit 171.000 Beschäftigen auf fünf Kontinenten, ist Veolia ein weltweit führendes Umweltunternehmen mit Schwerpunkten auf Ressourcennutzung und Nachhaltigkeit. Ein wichtiger Aspekt, um der Ressourcenverknappung von Wasser, Energie und Rohstoffen entgegenzuwirken, ist die Kreislaufwirtschaft. Weiterlesen

Superkondensatoren statt Batterien

Graphen-Hybride (links) aus metallorganischen Netzwerken (metal organic frameworks, MOF) und Graphensäure ergeben eine hervorragende positive Elektrode für Superkondensatoren, die damit eine ähnliche Energiedichte erreichen, wie Nickel-Metallhydrid-Akkus. Bild: J. Kolleboyina / IITJ

Graphen-Hybride (links) aus metallorganischen Netzwerken (metal organic frameworks, MOF) und Graphensäure ergeben eine hervorragende positive Elektrode für Superkondensatoren, die damit eine ähnliche Energiedichte erreichen, wie Nickel-Metallhydrid-Akkus.
Bild: J. Kolleboyina / IITJ

Einem Team um Roland Fischer, Professor für Anorganische und Metallorganische Chemie an der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, hocheffiziente Superkondensatoren zu entwickeln. Basis des Energiespeichers ist ein neuartiges, leistungsfähiges und dabei nachhaltiges Graphen-Hybridmaterial, das vergleichbare Leistungsdaten aufweist wie aktuell verwendete Batterien und Akkus.
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Thermomagnetische Generatoren wandeln Abwärme auch bei kleinen Temperaturunterschieden in Strom

Die thermomagnetischen Generatoren basieren auf magnetischen Dünnschichten mit stark temperaturabhängigen Eigenschaften. (Foto: IMT/KIT)

Die thermomagnetischen Generatoren basieren auf magnetischen Dünnschichten mit stark temperaturabhängigen Eigenschaften. (Foto: IMT/KIT)

Die Verwertung von Abwärme trägt wesentlich zu einer nachhaltigen Energieversorgung bei. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der Universität Tōhoku in Japan sind dem Ziel, Abwärme bei geringen Temperaturdifferenzen in Strom zu wandeln, nun wesentlich näher gekommen. Ihnen ist es gelungen, bei thermomagnetischen Generatoren, die auf Dünnschichten einer Heusler-Legierung basieren, die elektrische Leistung im Verhältnis zur Grundfläche um den Faktor 3,4 zu steigern. Weiterlesen

Problematik des Recyclings von CFK aus End-of-Life-Bauteilen

Anwendung von CFK

Abbildung 1: Vergleich verschiedener technischer Fasern hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften [eig. Darstellung in Anlehnung an 2]

Abbildung 1: Vergleich verschiedener
technischer Fasern hinsichtlich ihrer
mechanischen Eigenschaften [eig. Darstellung
in Anlehnung an 2]

Die unbestreitbaren Potenziale, die der Einsatz von Kohlenstofffasern (engl. carbon fibres; CF) zur Verstärkung von Kunststoffen (CFK) bietet, beruhen insbesondere auf dem Paradoxon nach Slayter. Dieses besagt, dass ein Verbundwerkstoff Spannungen aufnehmen kann, die bei dessen schwächster Komponente zu einem Werkstoffversagen führen würden. [1] Entsprechend bewirken die ohnehin guten mechanischen Kennwerte der Kohlenstofffasern (vgl. Abb. 1) ein deutlich gesteigertes Eigenschaftsprofil in technischen CFK-Anwendungen. Im Zusammenspiel mit den geringen Dichten von Fasern und Kunststoffmatrix bietet sich CFK als ideales Material für Leichtbauzwecke an. Weiterlesen