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Grundwassermessstelle DEGM_SH_1290: SÜDERLÜGUMFELD

Stammdaten und Analysedaten zu den Grundwassermessstellen im EUA-Messnetz: Messtelle DEGM_SH_1290 (SÜDERLÜGUMFELD)

Erzeugung ultrafeiner hochtemperaturfester Aerosole durch Kondensation

Ultrafeine Partikel haben in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Diese sogenannten Nanopartikel sind vielfaeltig anwendbar, wie z.B. als Ausgangsmaterialien fuer hochfeste Werkstoffe, in Gassensoren, als Katalysatoren, in Arzneimitteln und in Testaerosolen fuer die Heissgasentstaubung. Es wurde eine Anlage zur Nanopartikelerzeugung durch Laserverdampfung entwickelt. Zur Herstellung wird Aluminiumoxidkeramik, Graphit, Kupfer oder Aluminium mit einem C02-Laser verdampft. Aus der Kondensation entstehen kugelfoermige Primaerpartikel in einem Groessenbereich zwischen 10 und 500 Nanometern. Nach der Erstarrung koennen die Partikel durch Agglomeration unregelmassig geformte Ketten oder Flocken bilden. Deshalb wird das Aerosol so weit verduennt, dass Kollisionen der Partikel unwahrscheinlich werden und damit die Agglomerationswahrscheinlichkeit stark reduziert wird. Das zu verdampfende Material, in Form eines runden Targets, ist unter einen Drehteller montiert, der in Rotation versetzt und gleichzeitig horizontal verschoben wird. Der Laserstrahl wird von unten auf das Target fokussiert und hinterlasst durch die Targetbewegung eine spiralfoermige Bahn auf der Materialoberflaeche. Das Material verdampft lokal im Laserfokus. Der Dampf wird durch radial zustroemendes Argon in einen Sinterkegel unterhalb des Targets transportiert, wo in der heissen Zone die Kondensation und Koagulation stattfindet. In diesem Bereich bleiben die Partikel durch Absorption der Laserstrahlung fluessig, unterhalb der heissen Zone erstarren sie. Durch die Volumenaufweitung des Kegels nach unten und das seitliche Zustroemen von Argon nimmt die Partikelkonzentration von oben nach unten stark ab. Die Partikel werden auf einer Filtermembran abgeschieden und mit einem Rasterelektronenmikroskop auf Groesse, Form und Agglomerationsgrad untersucht. Neben dem Ziel der Nanopartikelerzeugung werden die zugrundeliegenden Prozesse Verdampfung, Kondensation und Koagulation sowohl experimentell als auch theoretisch detailliert untersucht.

Entwicklung eines trockenen Misch- und Beschichtungsverfahrens mit ausgewählten Binderkomponenten zur Herstellung von Batterieelektroden

Multielement-Analysen von Abwaessern und von atmosphaerischen Staeuben mit Hilfe der Plasmaemissionsspektralanalyse

Im Rahmen der Entwicklung von Analysenverfahren der OES (vorwiegend mit Hilfe eines induktiv gekoppelten Hochfrequenzplasmas (ICP)) werden u.a. Analysenvorschriften fuer die Abwasseranalytik ausgearbeitet. Bis jetzt wurden folgende Verfahren entwickelt: 1. ICP-Injektionsverfahren zur raschen Spurenanalyse waessriger Proben mit hoher Salzbelastung. 2. Zwei ICP-Hydridverfahren zur Bestimmung von Arsen (Nachweisgrenzen 5 bzw. 1 ng/ml). 3. Verfahren zur Spurenanalyse von organischen Loesungen mit Hilfe eines ICP. Bestimmung von Metallen nach ihrer Abtrennung von der Probenmatrix durch Extraktion der APDTC-Komplexe. Fuer die Verfahren wurden Nachweisgrenzen angegeben und Matrixeffekte untersucht. Auch die Probenvorbereitung im Fall von industriellen Abwaessern wurde untersucht. - Analyse von atmosphaerischen Staeuben: Bis jetzt wurden die mit der ICP-OES erreichbare Analysegenauigkeit und die Richtigkeit bei der Analyse von aufgeschlossenen Staubproben untersucht.

Neuartige Altersbestimmung alpiner Gletscher durch 39Ar-ATTA

Das Eis der höchsten Alpengipfel enthält bislang nicht untersuchte, aber überaus wertvolle Klimainformationen. Die interne Altersstruktur der Gipfelgletscher resultiert aus der Reaktion auf Klimabedingungen, die sie Masse gewinnen, verlieren oder stagnieren lassen. Dieses Klimaarchiv ist noch unerforscht, aber akut bedroht von der gegenwärtigen Erwärmung und Extremereignissen. Zum Beispiel ist unzureichend verstanden wie Klimafluktuationen der letzten 1000 Jahre, speziell die so genannte "kleine Eiszeit", die Gipfelgletscher beeinflusst haben. Um diese Frage zu beantworten braucht es Altersinformation über die Gletscherschichtung. Da Abzählen von Jahresschichten nicht möglich ist, muss die Datierung über radiometrische Verfahren erfolgen. Im Altersbereich zwischen 100 und 1000 Jahre vor heute hat nur das Radioisotop des Edelgases Argon, 39Ar, eine passende Halbwertszeit von 269 Jahren, um als Datierungswerkzeug eingesetzt werden zu können. Allerdings ist das Vorkommen von 39Ar in der Natur so gering, dass 1 kg modernes Eis nur etwa 10.000 Atome an 39Ar beinhaltet. Technische Durchbrüche in der Messung von 39Ar in einer Atomfalle (ArTTA) haben es ermöglicht, die benötigte Probenmenge von Tonnen auf ein paar Kilogramm zu reduzieren. Erst dadurch wird die Anwendung zur Gletschereisdatierung durchführbar. Dieses Projekt wird die Methode der ArTTA Datierung für Gletschereis entwickeln, validieren und zur Entschlüsselung neuartiger Klimaarchive anwenden. Bereits bestehende Forschung an der ÖAW und der Uni Heidelberg bieten eine einzigartige Möglichkeit, dieses Vorhaben umzusetzen. Eine in Zusammenarbeit durchgeführte Pilotstudie hat bereits die Machbarkeit des Vorhabens belegt. Daran anschließend soll nun systematisch das Potential der Methode beurteilt werden. Zur Validierung werden Gletscher mit bereits bekannter Altersinformation und zusätzliche radiometrische Datierungen (z.B. über 14C) eingesetzt. Das 39Ar-Datierungsverfahren wird exemplarisch angewendet, um die Klimainformation in der Altersstruktur eines Gipfelgletschers zu rekonstruieren. Die Kenntnis der heutigen Energie- und Massenbilanz ermöglicht die Zuordnung von Akkumulationsänderungen der Vergangenheit zu den ursächlichen Klimaänderungen. Ihre Infrastruktur und hohe Informationsdichte machen die Alpen ein ideales Forschungsfeld für dieses Vorhaben. Schlussendlich wird das 39Ar-Datierungsverfahren für die Paläoklimaforschung erschlossen, mit einem möglicherweise ähnlichen Innovationsschub wie die Anwendung von 14C zur Eisdatierung. Den Einfluss vergangener Klimaschwankungen auf Gipfelgletscher besser zu verstehen wird auch ihre Zukunft besser vorhersagbar machen, mit direkter Relevanz zur Adaption an die sich ändernden Klimabedingungen, aber auch als Beitrag zum Verständnis kleinräumiger Klimaschwankungen und zur Bewusstseinsbildung im Hinblick auf den Klimawandel im Alpenraum.

Entwicklung eines trockenen Misch- und Beschichtungsverfahrens mit ausgewählten Binderkomponenten zur Herstellung von Batterieelektroden, TROMBIBATT - Entwicklung eines trockenen Misch- und Beschichtungsverfahrens mit ausgewählten Binderkomponenten zur Herstellung von Batterieelektroden

ProHybrid - Produktionstechnik für hybride Festkörperbatterien mit Lithium-Metall-Anode

Rekristalisation von Kohlenstoff-Reststoffen zu Graphen-Nano-Platelets

Atmosphaerenmischung, untersucht mit Argon-37

Die Messung der atmosphaerischen Ar-37-Aktivitaet, welche heute natuerliche und kuenstliche Ursachen hat, soll fortgesetzt werden. Damit werden einerseits globale Durchmischungsprozesse in der Atmosphaere untersucht. Andererseits wird Information ueber lokale oder regionale Erhoehungen kuenstlichen Ursprungs gewonnen, vor allem wenn mit Kr-85 und Tritium-Messungen und mit anderen Daten verglichen wird.

Produktionsanlage zur umweltschonenden Herstellung von beschichteten Bremsscheiben – ein Beitrag zur Reduktion von Feinstaub und CO2-Emissionen im Straßenverkehr („Low Emission Brake“)

Die GOTEC Group ist ein großer Automobilzulieferer mit dem Schwerpunkt im Bereich der Beschichtung von Bauteilen. Die Unternehmensgruppe mit Hauptsitz in Wülfrath (Nordrhein-Westfalen) produziert weltweit an 17 Standorten ca. 6 Millionen Teile täglich. Mit dem 2020 gegründeten Tochterunternehmen GOTEC Brake Disc Coatings GmbH wurde der Geschäftsbereich zur Herstellung von hartstoffbeschichteten Bremsscheiben aufgebaut. Im Rahmen des Vorhabens die erste Produktionsanlage auf Basis des EHLA-Verfahrens (Extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragsschweißen) zur serienmäßigen Beschichtung von Bremsscheiben in Betrieb genommen. Bis heute werden beschichtete Bremsscheiben in klassischen Fertigungsfolgen (Auftrag einer Galvanischen Zwischenschicht und anschließende Beschichtung mittels HVOF-Verfahren (Hochgeschwindigkeitsflammspritzen) mit äußerst hohem Ressourceneinsatz hergestellt. Die bei der Herstellung emittierten Schadstoffe überschatten die ökologischen Vorteile in der Anwendung dabei erheblich. Ziel des Vorhabens war die Industrialisierung des EHLA-Prozesses sowie der Nachweis seiner signifikant höheren Effizienz im Vergleich zu konventionellen Beschichtungsverfahren. Im Fokus stand dabei insbesondere die erhebliche Reduktion von Material- und Energieverbräuchen (Reduktion des CO 2 -Äquivalentes um über 70 Prozent). Der Beschichtungsprozess basiert auf dem von der RWTH Aachen und der Fraunhofer-Gesellschaft entwickelten Verfahren des Extrem Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen. Im Gegensatz zum klassischen Laserauftragsschweißen (LMD) wird beim EHLA-Verfahren die Energie des Laserstrahls nicht primär in das Substrat eingebracht, um dort ein Schmelzbad zu erzeugen, in dem das Zusatzmaterial aufgeschmolzen wird. Stattdessen wird der Laserfokus leicht oberhalb der Substratoberfläche positioniert. Dies führt zu einer veränderten Wärmebilanz: Die Energieeinbringung erfolgt primär in das Zusatzmaterial im Pulvergasstrahl, das bereits im Laserfokus, also oberhalb des Werkstücks, aufgeschmolzen wird. Das Substrat selbst wird dabei lediglich so weit erhitzt, dass es lokal anschmilzt und eine schmelzmetallurgische Verbindung mit dem Beschichtungsmaterial eingeht. Durch dieses Verfahren können die für beschichtete Bremsscheiben erforderlichen dünnen Schichten technisch realisiert werden. Das konventionelle HVOF-Verfahren benötigt für die Beschichtung einer Referenzbremsscheibe (Typ 415 x 40) ca.: 17,5 Kilowattstunden Strom, 3,3 Kubikdezimeter Kerosin, 7,2 Kubikmeter Sauerstoff und 1.139 Gramm Material, was einem CO 2 -Äquivalent von 26,89 Kilogramm entspricht. Im Rahmen des Vorhabens konnten die Energie- und Materialbedarfe für die Beschichtung einer Referenzbremsscheibe (Typ 415 x 40) mittels EHLA-Verfahren auf: 1,54 Kilowattstunden Strom, 0,194 Kubikmeter Argon und 678 Gramm Material reduziert werden. Dies entspricht einem CO 2 -Äquivalent von 2,89 Kilogramm und damit einer Reduktion von 89 Prozent gegenüber einer Fertigung durch das konventionelle HFVO-Verfahren. Die maximal realisierbaren jährlichen Umweltentlastungen belaufen sich auf 1.826,58 Tonnen CO 2 -Äquivalent. Es zeichnet sich ab, dass mit der Projektumsetzung ein hoher Modellcharakter erzielt werden konnte und das EHLA-Verfahren von sämtlichen führenden Automobilherstellern als die bevorzugte Technologie zur Herstellung von beschichteten Bremsscheiben angesehen wird. Derzeit existieren bereits ein Dutzend Maschinenbauunternehmen die EHLA-fähige Anlagen entwickeln. Ebenfalls kann das Verfahren auch zur Herstellung von Bauteilen in weiteren verschleißkritischen Anwendungen zum Einsatz kommen (z.B. in der Windkrafttechnik oder für die Beschichtung von Walzen in der Stahl- und Papierindustrie). Branche: Sonstiges verarbeitendes Gewerbe/Herstellung von Waren Umweltbereich: Klimaschutz Fördernehmer: GOTEC Brake Disc Coatings GmbH Bundesland: Nordrhein-Westfalen Laufzeit: 2022 - 2023 Status: Abgeschlossen

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