Kategorie: Werkstoffe und Materialien

Spannende Beiträge, informative Fachartikel und die neusten Entwicklungen aus dem Themengebiet Werkstoffe und Materialien.

Pyrolyse für hochwertige Recycling-Kunststoffe

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© Fraunhofer IKTSEinordnung des chemischen Recyclings mittels Pyrolyse in ein ganzheitliches Recyclingkonzept. Pyrolyse-Drehrohrofen im Technikumsmaßstab mit eigens entwickelter Kondensationsanlage im Vordergrund

© Fraunhofer IKTS
Einordnung des chemischen Recyclings mittels Pyrolyse in ein ganzheitliches Recyclingkonzept. Pyrolyse-Drehrohrofen im Technikumsmaßstab mit eigens entwickelter Kondensationsanlage im Vordergrund

Kunststoffe aus Polycarbonat sind wegen ihrer Vielseitigkeit und hohen Qualität begehrte Werkstoffe in der Industrie. Aber das Recycling der Kunststoffabfälle stößt derzeit noch an Grenzen, denn mechanische Recyclingverfahren generieren nicht für alle Anwendungen ausreichende Recyclat-Qualitäten. Fraunhofer-Forschende haben gemeinsam mit dem Chemieunternehmen Covestro Deutschland AG eine Methode entwickelt, mit der sich die Ausgangsstoffe der Polycarbonate zurückgewinnen lassen: In der katalytischen Pyrolyse, dem kontrollierten Erhitzen unter Sauerstoffausschluss, zerfallen die Plastikabfälle in ihre Bestandteile. Hersteller nutzen die Rohstoffe für die Herstellung neuer Kunststoffe. Weiterlesen

Heute die Materialien von morgen modellieren

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Ausschnitt aus einer Kathodenschicht (rund 100 Mikrometer, links), bestehend aus kugelförmigen Partikeln (Durchmesser rund zehn Mikrometer, Mitte), sowie Simulation (rechts) des Natriumanteils in einem Natrium-Nickel-Manganoxid-Kristall. (Grafik: Simon Daubner, KIT)

Ausschnitt aus einer Kathodenschicht (rund 100 Mikrometer, links), bestehend aus kugelförmigen Partikeln (Durchmesser rund zehn Mikrometer, Mitte), sowie Simulation (rechts) des Natriumanteils in einem Natrium-Nickel-Manganoxid-Kristall. (Grafik: Simon Daubner, KIT)

Welche Faktoren bestimmen, wie schnell sich eine Batterie laden lässt? Dieser und weiteren Fragen gehen Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mit computergestützten Simulationen nach. Mikrostrukturmodelle tragen dazu bei, neue Elektrodenmaterialien zu entdecken und zu untersuchen. Für Natrium-Nickel-Manganoxid als Kathodenmaterial in Natrium-Ionen-Batterien zeigen die Simulationen Änderungen der Kristallstruktur beim Ladevorgang. Sie führen zu einer elastischen Verformung, wodurch die Kapazität schrumpft. Weiterlesen

Molekularer Schwamm für die Elektronik der Zukunft

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Einem internationalen Forschungsteam unter Leitung von Dr. Florian Auras von der TU Dresden ist es gelungen, ein neuartiges Material in dem noch recht jungen Forschungsfeld der kovalenten organischen Netzwerkverbindungen zu entwickeln. Das neue zweidimensionale Polymer zeichnet sich dadurch aus, dass sich seine Eigenschaften gezielt und reversibel steuern lassen. Damit sind die Forschenden dem Ziel, schaltbare Quantenzustände zu realisieren, ein Stück nähergekommen.

Molekularer Schwamm für die Elektronik der Zukunft

© Dr. Florian Auras

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CO2 als nachhaltiger Rohstoff

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TU Berlin stellt Tandem-Elektrolyseur für eine Kreislaufwirtschaft mit Kohlendioxid vor

Wissenschaftler*innen der TU Berlin haben eine Kombination aus zwei Elektrolysezellen vorgestellt, die Kohlendioxid zusammen mit Wasser unter Zuhilfenahme von Strom direkt in Grundchemikalien für die chemische Industrie umwandeln kann. Dabei wird bei der ersten Elektrolyse aus Kohlendioxid zunächst Kohlenmonoxid hergestellt, was dann in der zweiten Elektrolysezelle zusammen mit Wasser Kohlenwasserstoffe bildet. Im Gegensatz zu den sonst üblicherweise verwendeten teuren Metallkatalysatoren wird hier eine mit wenigen Nickelatomen und Stickstoff dotierte Kohlenstoffelektrode genutzt, die nur einen Metallanteil von unter einem Prozent erfordert. Zusätzlich wurde von den Forscher*innen ein Diagnosesystem entwickelt, das den Zustand des Tandem-Elektrolyseurs während des Betriebs überwacht und so zu einer längeren Lebensdauer und einem besseren Verständnis der chemischen Vorgänge in den Zellen beiträgt.

Kohlendioxid aus der Luft oder direkt aus Abgasen zu entnehmen und mit Hilfe von Strom aus erneuerbaren Energiequellen in wertvolle Chemikalien zu verwandeln – das erscheint wie der Idealweg zur Bekämpfung der Klimakrise. Der Schlüssel dazu ist die Elektrolyse. Sie kann mit Hilfe von Wasser (H2O) und Strom Kohlendioxid (CO2) zu praktisch reinem Kohlenmonoxid (CO) reduzieren, wobei gleichzeitig Sauerstoff (O2) entsteht. Kohlenmonoxid und zusätzliches Wasser können dann in einem zweiten Schritt zu nützlichen Kohlenwasserstoffen wie etwa Ethylen reagieren, die aus längeren Ketten von Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen bestehen.

Reaktionsschema des Tandem-Elektrolyseurs Reaktionsschema des Tandem-Elektrolyseurs
© TU Berlin Weiterlesen

Neu organisierte Recyclingkette für Kunststoffe

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© Holger JacobyDemonstrator Ausschnitt: Kunststoffe unterschiedlicher Farbe und Zusammensetzung werden hier mittels Sensorik und Druckluftdüsen sortiert.

© Holger Jacoby
Demonstrator Ausschnitt: Kunststoffe unterschiedlicher Farbe und Zusammensetzung werden hier mittels Sensorik und Druckluftdüsen sortiert.

Ein Großteil der täglich genutzten Verbrauchs- und Gebrauchsgegenstände besteht aus Kunststoffen, die auf Erdöl basieren. Allein in Deutschland fallen jährlich rund sechs Millionen Tonnen kunststoffhaltige Abfälle an. Nur etwas weniger als die Hälfte davon werden werkstofflich recycelt, die restlichen gut 50 Prozent werden einer energetischen Verwertung zugeführt. Bei der Verbrennung der Abfälle wird das Treibhausgas CO2 freigesetzt. Aus Klima- und Umweltschutzsicht ist es daher wichtig, mehr Kunststoffe im Kreislauf zu halten. Im Leitprojekt Waste4Future entwickeln acht Fraunhofer-Institute neue Konzepte und Verfahren, um das werkstoffliche Recycling von Kunststoffen signifikant zu erhöhen. Weiterlesen

Grüner Stahl aus giftigem Rotschlamm

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In großen Deponien wie hier bei Aughinish Aluminiumhütte in Irland wird derzeit der ätzende und giftige Rotschlamm, der bei der Aluminiumproduktion entsteht, entsorgt. Ein Team des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung hat einen wirtschaftlichen Prozess entwickelt, um daraus klimaneutral Eisen für die Stahlindustrie zu gewinnen.© Gabriel Cassan / Adobe Stock

In großen Deponien wie hier bei Aughinish Aluminiumhütte in Irland wird derzeit der ätzende und giftige Rotschlamm, der bei der Aluminiumproduktion entsteht, entsorgt. Ein Team des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung hat einen wirtschaftlichen Prozess entwickelt, um daraus klimaneutral Eisen für die Stahlindustrie zu gewinnen. © Gabriel Cassan / Adobe Stock

Bei der Produktion von Aluminium fallen jährlich rund 180 Millionen Tonnen giftigen Rotschlamms an. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung zeigen nun, wie sich aus dem Abfall der Aluminiumproduktion auf relativ einfache Weise grüner Stahl erzeugen lässt. In einem Lichtbogenofen, wie ihn die Stahlindustrie seit Jahrzehnten nutzt, wandeln sie das im Rotschlamm enthaltene Eisenoxid mithilfe von Wasserstoffplasma in Eisen um. Auf diese Weise ließen sich aus den vier Milliarden Tonnen Rotschlamm, die sich bislang weltweit angesammelt haben, knapp 700 Millionen Tonnen CO2-freier Stahl gewinnen. Das entspricht einem guten Drittel der jährlichen Stahlproduktion weltweit. Und wie das Max-Planck-Team zeigt, würde sich dieser Prozess auch ökonomisch lohnen. Weiterlesen

Magnetisch durch eine Prise Wasserstoff

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Änderung der Magnetisierungsdichte des nicht-van-der-Waals-2D-Materials CdTiO3 nach der Hydrierung. Rote Bereiche zeigen Verstärkung der Magnetisierung an, während blaue Bereiche entsprechende Verringerung signalisieren.

© Tom Barnowsky
Änderung der Magnetisierungsdichte des nicht-van-der-Waals-2D-Materials CdTiO3 nach der Hydrierung. Rote Bereiche zeigen Verstärkung der Magnetisierung an, während blaue Bereiche entsprechende Verringerung signalisieren.

Magnetische zweidimensionale Schichten, die aus einer oder wenigen Atomlagen bestehen, sind erst seit Kurzem bekannt und versprechen interessante Anwendungen, zum Beispiel für die Elektronik der Zukunft. Bislang jedoch gelingt es noch nicht gut genug, die magnetischen Zustände dieser Materialien gezielt zu kontrollieren. Ein deutsch-amerikanisches Forschungsteam unter der Federführung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) und der TU Dresden stellt nun eine originelle Idee vor, mit der sich dieses Manko beheben ließe – und zwar indem man die 2D-Schicht mit Wasserstoff reagieren lässt. Weiterlesen

Mit CO2-verbrauchendem Bakterium Stoffe auf Erdöl-Basis ersetzen

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Erdöl steckt in den meisten Produkten unseres Alltags, zum Beispiel in Windeln und Waschmitteln. Solche Stoffe könnten künftig durch bioabbaubare Grundstoffe ersetzt werden, die ein Bakterium aus dem Rindermagen produzieren kann. Wie das funktionieren könnte, erforschen Wissenschaftler der Universität des Saarlandes gemeinsam mit Kollegen aus Forschung und Industrie in einem von der Bundesregierung geförderten Projekt.

Die Kuh als Klimaretter? Das dürfte in der öffentlichen Wahrnehmung eher nicht so gesehen werden. Im Gegenteil: Die Aufzucht von Rindern und der Verzehr von Rindfleisch gelten als Klimasünden par excellence. Und dennoch könnten die Wiederkäuer einen Anteil daran haben, dass Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit ihrer Hilfe klima- und umweltschonende Technologien entwickeln. Weiterlesen

Forschern gelingt Synthese einer neuen Form von Eisen

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Eisen ist eines der häufigsten Elemente auf der Erde und auch im gesamten Universum. Es spielt eine Schlüsselrolle in allen Bereichen unseres Lebens, sei es in der Industrie oder für den Sauerstofftransport in unserem Blut. Forschern der Universität des Saarlandes und weiterer Kollegen aus Deutschland ist nun die Synthese einer neuen Form von Eisen gelungen. Auf Basis dieser Grundlagenforschung bieten sich Perspektiven für wichtige Anwendungsfelder wie zum Beispiel in der Energiewirtschaft.

Eisen spielt eine zentrale Rolle, und zwar nicht nur als Ausgangsstoff für die Stahlindustrie und andere technische Anwendungen. Eisen ist auch essenziell für viele Abläufe in der Natur und unserem Körper. „Eisenverbindungen vermitteln Redoxvorgänge, zum Beispiel im natürlichen Stickstoffkreislauf oder in der Atmung. Unser rotes Blut hat seine Farbe von oxidierten Eisenverbindungen, die den Sauerstoff auf diese Weise durch den Körper transportieren“, erläutert Dominik Munz. Weiterlesen