Ziel des Nemitec Projekts ist es, neue Beschichtungen für die Schlüsselkomponente eines jeden solarthermischen Kraftwerks, dem Spiegel, zu entwickeln und zu untersuchen. Der Stand der Technik derzeitiger Solarspiegel soll hinsichtlich Kosten, Reflexion, Lebensdauer und Umweltfreundlichkeit verbessert werden. Das Projekt beinhaltet sowohl marktnahe Entwicklungen, die in bestehende Fertigungsstraßen kurzfristig eingebracht werden können. Andererseits werden auch komplett neue und innovative Ansätze verfolgt, die mit höherem Erfolgsrisiko verbunden sind. Die entwickelten Spiegelbeschichtungen werden qualifiziert, die zu erwartenden großtechnischen Produktionskosten abgeschätzt, und ein Verwertungsplan erstellt. Das neue Spiegelmaterial wird durch Ausstattung eines Heliostaten auf der Plataforma Solar de Almería demonstriert. Das Projektkonsortium besteht aus der Firma Solchem, den DLR Instituten für Solarforschung und Vernetzte Energiesysteme und dem spanischen Forschungsinstitut CIEMAT. Die Firma Solchem ist ein 2016 gegründetes Start-up Unternehmen im Privatbesitz, ansässig in Wallenfels. Solchem ist auf Beschichtungen reflektiver oder dekorativer Art spezialisiert, sowohl als auf funktionale Oberflächen und umweltfreundliche Recyclinglösungen. CIEMAT fungiert als assoziierter Partner ohne Förderung und unterstützt das DLR beim Testen der neuen Spiegeltypen im Alterungslabor auf der Plataforma Solar in Almería.
Die Saatgutbeschichtung ist ein Verfahren, welches in der Landwirtschaft bei über 50 Pflanzenarten angewandt wird und zur Verbesserung der Lagerung, Lebensfähigkeit und Keimung von Saatgut dient, was zu einem beschleunigten Pflanzenwachstum und höheren Erträgen führt. Bei herkömmlichen Saatgutbeschichtungen werden nicht abbaubare synthetische Polymere wie Polyether oder Polyurethane verwendet. Diese bieten nicht nur ein schlechtes Verhältnis zwischen Wirkstoff und Polymer, sondern tragen auch zur Verschmutzung durch Mikroplastik bei. Zukünftige EU-Verordnungen werden solche Materialien verbieten. Um diese Einschränkungen zu überwinden, schlagen wir die Entwicklung einer neuen Technologie vor, welche für die langfristige Konservierung und verbesserte Keimung von Saatgut in verschiedenen Klimazonen erforderlich ist. Wir schlagen eine adaptive Technologie zur Beschichtung von lebendem Saatgut vor, bei der ein Zusammenspiel zwischen biobasierten Hydrogelen und Nutzbakterien genutzt wird. Polysaccharide wie Dextran und Pektin, werden chemisch modifiziert, um funktionelle Gruppen zu integrieren, die für die Bildung kovalenter Vernetzungen in Hydrogelen verwendet werden können. Bifunktionelle Adhäsionspeptide werden zur Dekoration der Oberfläche von Bakterien verwendet, um eine nicht-kovalente Bindung der Bakterien an die Polysaccharidketten des Hydrogels zu gewährleisten. Anschließend werden reaktive Polysaccharide, Vernetzer oder Enzyme mit peptiddekorierten Rhizobakterien und Trehalose kombiniert und mit Hilfe einer Trommelbeschichtungstechnik auf verschiedene Samen aufgebracht. Wir werden die Beschichtungen auf molekularer, zellulärer und makroskopischer Ebene untersuchen und dabei die Dynamik der Vernetzungen, die Wechselwirkungen zwischen Peptiden und Bakterien, das Verhalten der Bakterien in den Hydrogelschichten sowie die Keimung der beschichteten Samen untersuchen. Folgende Ziele sollen erreicht werden: 1) Verbesserung der Trockentoleranz durch die Entwicklung programmierbarer Hydrogele, die nützliche Bakterien, Sporen und Samen als Reaktion auf Umwelteinflüsse rehydrieren. Dadurch wird die Anpassungsfähigkeit verbessert und das Wachstum in verschiedenen Klimazonen gefördert. 2) Entwicklung von Biohydrogel-Vernetzungen für die kontrollierte Keimung von Sporen und Mobilitätserhaltung von Bakterien. 3) Erforschung der Integration verschiedener Bakterienpopulationen für interaktive Kommunikation und langfristige Anpassungsfähigkeit in komplexen Ökosystemen. 4) Entwicklung umweltfreundlicher Saatgutbeschichtungen mit kontrolliertem Abbau, um Mikroplastik zu bekämpfen und so eine nachhaltige Landwirtschaft zu fördern. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Biohybridtechnologie durch systematisches Design und Synthese von adaptiven lebenden Materialien voranzutreiben und Anwendungen für die Saatgutbeschichtung zu erforschen. In der zweiten Phase sollen diese Saatgutbeschichtungen in verschiedene Umgebungen untersucht werden.
Zielsetzung:
Lehm gehört zu den ältesten Baustoffen und erfährt im Kontext nachhaltiger Bauweisen eine zunehmende Relevanz. Seine lokale Verfügbarkeit, vollständige Recyclingfähigkeit und die damit verbundene Reduktion von Transportemissionen verbessern die ökologische Bilanz signifikant. Neben seiner Umweltverträglichkeit bietet Lehm bauphysikalische Vorteile wie Feuchtigkeitsregulierung, gesundes Raumklima und hohe Wärmespeicherkapazität. Die traditionelle, arbeitsintensive Verarbeitung begrenzt jedoch die Wirtschaftlichkeit.
Das Hauptziel des Projekts besteht darin, Lehm für das Gießverfahren im industriellen Maßstab nutzbar zu machen. Es wird ein gießfähiger Lehm entwickelt, der in bestehenden Betonfertigteilwerken verarbeitet werden kann, ohne dass neue Maschinen oder Anlagen benötigt werden. Auf diese Weise können ausgewählte Betonfertigteile, deren Herstellung mit hohen CO2-Emissionen verbunden ist, durch Lehm substituiert werden. Eine Übertragbarkeit der Technologie auf Fertigteilwerke ist somit gewährleistet. Ein wichtiges Ziel ist es, die natürliche Recyclingfähigkeit des Lehms zu bewahren. Gleichzeitig wird angestrebt, die Lehmrezeptur so zu entwickeln, dass die produzierten Lehmbauteile Dauerhaftigkeitskriterien erfüllen, die eine langfristigen Einsatz im Außenbaubereich ermöglichen. Damit wird die Substituierbarkeit von heute gängigen Betonbauteilen im Außenbereich maßgeblich gesteigert. Neben diesem Effekt, trägt das Projekt zur Entlastung der Umwelt bei, indem es auf natürliche und regionale Rohstoffe setzt. Die Produktions- und Ausschalzeiten im Fertigteilwerk werden auf maximal zwei Tage begrenzt, um wirtschaftlich produzieren zu können. Die Trocknung wird energieeffizient erfolgen, um die Notwendigkeit von weiteren Maschinen/Anlagen zu umgehen. Die Innovationshöhe liegt im Zusammenspiel aus der Gießfähigkeit des Lehms, ohne zu viel Wasser einzusetzen, gleichzeitig die Trocknungszeiten kurz zu halten, und die Dauerhaftigkeit im Außenbereich zu gewährleisten. Die Kombination dieser Eigenschaften bei Lehmbauteilen ist bislang einzigartig.
Als Lösungsansatz wird die Verwendung natürlicher und regional verfügbarer Zuschlagstoffe sowie von Naturfasern mit Oberflächenbeschichtungen verfolgt. Diese Materialien sollen die Dauerhaftigkeit des Lehms verbessern, das Gießverhalten während der Herstellung optimieren und gleichzeitig eine gezielte Regulierung der Feuchtigkeit im Werkstoff ermöglichen.
Ziel des Vorhabens ist es, die energiebedingten CO2-Emissionen an kontinuierlich betriebenen Thermoprozessanlagen zu senken, bzw. vollständig zu vermeiden, indem kohlenstoffhaltige Energieträger durch Wasserstoff substituiert werden. Die nachfolgende Prozess- und Produktqualität, unter den Bedingungen des veränderten Wärmprozesses wird durch die Anpassung der Prozessführung, der Entzunderung und Verwendung von oxidationskonditionierenden Beschichtungen sichergestellt. Der Einsatz von H2 erfordert eine Infrastruktur zur Wasserstoffversorgung. Zusätzlich müssen Anpassungen der Armaturen, der M&R-Technik sowie der Prozesssteuerung geplant und umgesetzt werden. Hierzu werden mittels Brennerversuche und Simulationen sichere Betriebszustände der aktuell verbauten Brenner untersucht. Die maximale Wasserstoffverträglichkeit wird ermittelt und Anpassungen an der Brennertechnik vorgenommen, die einen dynamischen Betrieb mit Erdgas, H2 und deren Gemischen erlauben. Im Hinblick auf die Produktqualität werden Untersuchungen zum Einfluss der veränderten Ofenatmosphäre und Wärmeübertragung auf die Entkohlung, die Zunderbildung und die resultierenden Zunder- und Entzunderungseigenschaften durchgeführt. Zusätzlich werden oxidationsbeeinflussende Beschichtungen und angepassten Entzunderungsstrategien untersucht. Beim Wechsel der Gassorten muss mindestens eine gleichbleibende Produktionsmenge sowie Produktqualität erreicht werden. Anhand der Voruntersuchungen werden die sicherheitstechnischen Anforderungen, die Prozessteuerung und die Ofenregelung geprüft und angepasst. Ein wesentliches Ziel des geplanten Vorhabens ist die industrielle Umsetzung und Erprobung einer möglichst vollständigen Substitution des aktuell eingesetzten Erdgases durch Wasserstoff. Auf Basis der Ergebnisse werden Potenziale und Hemmnisse beim Umstieg auf Wasserstoff als Energieträger zusammengestellt, um eine höhere Akzeptanz der Technologie zu erreichen.
Im Projekt 'Mobile' werden Monomaterialfolien aus Polyethylen und Polypropylen mit Barriereschichten entwickelt, die voll recyclingfähig sein werden. Dies wird an Demonstratoren gezeigt und die Recyclingeigenschaften werden analysiert und bewertet. Hierzu werden die Demonstratoren sowohl aus rezykliertem als auch aus 'virgin-Material' hergestellt und verglichen. Abpackversuche mit Lebensmitteln werden helfen, die Auswirkungen von Produktkontakt auf die neuen Folien und Beschichtungen (z.B. durch Migration), sowie auf das Recyclingverhalten abzuschätzen und dabei die Eignung als Verpackungslösung zu bewerten. Zur Umsetzung des Vorhabens werden Folienrezepturen optimiert, die Folien hergestellt und anschließend mit anorganischen und/oder hybridpolymeren Barrierebeschichtungen versehen. Die umfassende Charakterisierung erfolgt unter anderem in Hinsicht auf mechanische Eigenschaften, Siegel- und Sterilisationsfähigkeit und Barrierewerte (Sauerstoff, Wasserdampf, Migration). Eine Bewertung der Recyclingfähigkeit und damit verbundene Lebenszyklusanalyse (LCA) ist ebenso vorgesehen wie die Kommunikation der Projektergebnisse an relevante Stakeholder wie z.B. Anlagenbauer, Converter und Lohnabpacker. Das Projektkonsortium, bestehend aus zwei Folienherstellern, einem Converter, einer Spezialbeschichtungsfirma, einem auf LCA spezialisierten Dienstleister, sowie einem Kompetenznetzwerk im Bereich Lebensmittel und einer mit zwei Instituten vertretenen Forschungsgesellschaft, deckt die gesamte Wertschöpfungskette ab und bietet die Gelegenheit, die entwickelte Technologie nachhaltig in den Markt zu integrieren.