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Quantitative optische Differentialdiagnostik für Umweltschutz und Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft (quantiFARM), Teilvorhaben: Erforschung von optischen Schmalbandfiltern und multispektraler Fluoreszenz-Sensorik für die Pflanzen- und Bodenanalytik

Verschränkung der hochintegrierten Elektrochemischen Konversion von Kraftlignin mit biotechnologischen und chemischen Prozessen zu drop-in Chemikalien und Intermediaten für stoffliche Anwendungen, Teilvorhaben 3: Elektrochemische und chemische Hydroaminierung

Das Gesamtziel von IntElek-to 2.0 ist die Entwicklung einer nachhaltigen Wertschöpfungskette zur Darstellung und stofflichen Nutzung monomerer und oligomerer Oxidationsprodukte des Kraftlignins, das bislang einer nahezu ausschließlichen thermischen Verwertung zugeführt wird. Dieses Projekt umfasst hierbei die Optimierung der elektrochemischen, anodischen und kathodischen, kontinuierlichen Verfahren und Prozesstechnologien zur Darstellung von o.g. monomeren und weiteren entschwefelten, funktionalen lignin-stämmigen Verbindungen, Pinacol-Kopplungsprodukten und anderen biphenylischen Intermediaten und oligomeren Verbindungen. Die Kopplung mit biotechnologischen Verfahren zur Funktionalisierung, mit nachhaltiger organischer Polymersynthesechemie (aromatische gesättigte und ungesättigte Polyester, NIPU, PU, PIR und Polyharnstoff, Epoxydharze) und konventioneller katalytischer Chemie zu Polymeranwendungen (Klebstoffe, Beschichtungen, additive Fertigung, Schäume, Abformmassen) erweitert die Wertschöpfungskette im Hinblick auf marktorientierte Anwendungen. Unter anderem wird der Einsatz der innovativen Bio-Monomere für bedeutende Massenmärkte wie die Herstellung von PUR/PIR Isolationsschäumen erforscht. PIR/PU Isolationsschäume mit einem Marktanteil von über 30% des weltweiten PU-Verbrauchs, leisten einen erheblichen Beitrag zur CO2-Minderung in der Bauindustrie. Dies soll durch eine Verschränkung der o.g. Sektoren (Elektrochemie, Biotechnologie, nachhaltige Synthese- und Polymersynthese-Chemie) zur stofflichen Nutzung des nachwachsenden Rohstoffes Kraftlignin erreicht werden.

Hocheffizientes Recycling von Li-Ionen Aktivmaterialien aus Rund- und Knopfzellen

Monomaterial-Barrierefolien mit herausragenden Recycling-Eigenschaften für Lebensmittel, Teilprojekt G

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.

Auswirkungen von Wasserstoff als Brennstoff auf die Anlagenbetriebsweise und Produktqualität in industriellen Prozessen am Beispiel der Textilveredlung

Zu den übergeordneten Zielen des Projektvorhabens gehört die Reduzierung des CO2-Fußabdrucks der in Europa erzeugten oder nach Europa importierten Textilien. Die hier geplante Forschung und Entwicklung kann den CO2-Fußabdruck im entscheidenden Maße beeinflussen. Gleichzeitig kann mit der Textilbranche die zweitgrößte Konsumgüterbranche der Welt einen wesentlichen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Dazu soll im Rahmen des Forschungsvorhabens ein Spannrahmentrockner für die Textilveredlung entwickelt werden, der bei Bereitstellung unterschiedlicher Erdgas-Wasserstoff-Gemische - bis hin zu 100% Wasserstoff in der Brenngasversorgung - zuverlässig arbeitet und Produkte mit hoher Qualität herstellt. Im Zentrum des Vorhabens steht mit dem Spannrahmentrockner eine der am häufigsten in der Textilveredlung zum Einsatz kommende Thermomaschine. Hierbei handelt es sich um einen Konvektionstrockner, der nasse Textilien im Anschluss an die Vorbehandlung, Farbgebung, Ausrüstung oder Beschichtung durch Anströmen mit heißer Luft aus einem in der Regel erdgasbetriebenem Brenner trocknet (etwa 150 Grad C Betriebstemperatur) oder aber auch trockene Ware und Spezialausrüstungen (bei Temperaturen größer als 170 Grad C) fixiert oder kondensiert. Die installierte Heizleistung eines durchschnittlichen Spannrahmens von 2 bis 3 MW und die mittlere benötigte Wärmemenge von 3.600 kJ pro kg Ware verdeutlichen den hohen Energiebedarf einer solchen Thermomaschine. Während des Betriebes steht die textile Ware in unmittelbarem Kontakt mit dem Abgas des Brenners.

Höhere Wertschöpfung von Betonschalungen durch internes Recycling zur Herstellung von Holzschäumen für Anwendungen bei der Betonfertigteilherstellung

Bei der Herstellung von Betonfertigbauteilen werden Schalungen, z.B. aus Brettschichthölzern verwendet. Diese Schalungen werden nach mehrmaligen Gebrauch kostenpflichtig entsorgt. Auf Grund von Beschichtungen besteht diese aus der thermischen Verwertung, eine höherwertige Nutzung ist bis heute nicht möglich. Zusätzlich zu den Schalungsbrettern werden bei der Herstellung der Fertigbauteile Styrolschäume (EPS) für Aussparungen in den Betonwänden eingesetzt, die ebenfalls nach einmaliger Verwendung kostenpflichtig entsorgt werden müssen. Am Fraunhofer WKI wurde ein Verfahren entwickelt, mittels denen sich Holz und andere Lignocellulosen gezielt zu Schaumstoffen verarbeiten können. Das Material kann hinsichtlich der mechanischen Stabilität, der Porenstruktur und der Dichte gezielt eingestellt werden und besteht vollständig aus Holz. Positive Eigenschaften des entwickelten Holzschaumes wie geringes Gewicht, geringe Wärmeleitfähigkeit, hohe Schallabsorption und gute mechanische Festigkeiten zeigen, dass vielfältige Einsatzmöglichkeiten, wie Dämmung oder Verpackung möglich sind. Durch den Herstellungsprozess ist der Holzschaum vollständig recyclebar und kann anschließend erneut zu Holzschäumen verarbeitet werden. Da auch Rest- und Altholz für die Herstellung von Holzschaum genutzt werden kann, bietet sich die Nutzung von Holzschaum in der Fertigbauteilherstellung an: Zum einen können die Schalungsbretter direkt verarbeitet und zum anderen kann der daraus gewonnene Holzschaum als Ersatz für EPS-Aussparungskörper genutzt werden. Die kostenintensive Entsorgung beider Materialien entfällt. Für eine Optimierung der Fertigung werden zunächst einzelne Prozessschritte betrachtet. Zusammen mit dem Projektpartner werden unterschiedliche Möglichkeiten der Faserherstellung aus den Schalungsbrettern, der Aufschäumung als auch der Nutzung als Aussparungskörper betrachtet. Die Wirtschaftlichkeit einer Pilotanlage im Unternehmen soll anhand der Prozessschritte konzipiert werden.

Untersuchung ueber den Einfluss des Mikroklimas an Bauwerksoberflaechen und dadurch bedingten Feuchtigkeitstransport in anorganischen, poroesen, insbesondere inhomogenen Baustoffen im Hinblick auf Korrosion

Die Bestaendigkeit poroeser Baustoffe, die der Witterung und Atmosphaere sowie anderen korrosiven Einfluessen, wie z.B. bei Stahlbetonbruecken dem Einfluss von Streusalzen, ausgesetzt sind, wird massgebend von der Struktur des Stoffes und der Feuchtigkeitsaufnahme bzw. -abgabe bestimmt. Das Eindringen aggressiver Stoffe haengt nicht nur vom momentanen Feuchtigkeitsgehalt in den Poren des Baustoffs ab, sondern offenbar auch von instationaerem Wassertransport, der durch Aenderungen, vor allem der Feuchtigkeit in der Umgebung der Bauteiloberflaechen hervorgerufen wird. Bei Baustoffen, die hinsichtlich Diffusionswiderstand und thermodynamischem Verhalten aus unterschiedlichen Stoffen aufgebaut sind (Beispiel: Beton, Stahl- und Spannbeton, mit Kunststoffen beschichtete poroese Stoffe), ist eine theoretische Betrachtung dieser Vorgaenge im Mikrogefuege kaum moeglich. Mit der Mikrowellenmesstechnik sollen die Wassergehaltsaenderungen und damit der Wassertransport bei Einwirkung verschiedener Umgebungsbedingungen untersucht werden, um die Ablaeufe bei Korrosionsvorgaengen genauer verstehen bzw. Massnahmen fuer besseren Korrosionsschutz ableiten zu koennen.

Umweltfreundliche Galvanisierung von Kunststoffteilen

Die BIA Kunststoff- und Galvanotechnik GmbH & Co. KG wird in Solingen eine Demonstrationsanlage zur innovativen Beschichtung von Kunststoffteilen für die Automobilindustrie einrichten. Das Unternehmen will ein Verfahren entwickeln, dass ohne umweltschädliches Chromtrioxid und weitere gefährliche Chemikalien auskommt. Das innovative Pilotprojekt wird vom Bundesumweltministerium mit rund 5 Millionen Euro aus dem Umweltinnovationsprogramm gefördert. Automobilhersteller benötigen für ihre Produktion zahlreiche Kunststoffteile, die hohen Belastungen widerstehen müssen. Durch Galvanisierung werden diese Teile besonders resistent gegen Kratzer, sie weisen eine höhere Stabilität auf und werden wärmebeständig. Bei der Oberflächenveredelung von Kunststoffteilen ist derzeit der Einsatz von Chromschwefelsäure üblich. Allerdings enthält diese Säure das äußerst umwelt- und gesundheitsschädliche Chromtrioxid (Cr(VI)). BIA Kunststoff- und Galvanotechnik möchte künftig auf das risikobehaftete Chromtrioxid in ihrer Produktion verzichten. Daher plant das Unternehmen, eine neuartige Anlage mit integrierter und kombinierter Abluftbehandlungs- und Wärmerückgewinnungsanlage einzurichten. Im Rahmen dieses innovativen Projekts soll die Produktionslinie für galvanisierte Kunststoffteile komplett auf chromtrioxidfreie Prozesse umgestellt werden. Im Vorbehandlungs- und Verchromungsprozess setzt das Unternehmen auf umweltfreundliche Technologien, die erstmalig in Deutschland im großtechnischen Maßstab umgesetzt werden. Ziel ist es, Emissionen der gefährlichen Chemikalie in die Luft und ins Wasser sowie auch den Anfall von chromhaltigen Schlämmen zu vermeiden. Durch die Umstellung auf ein chromtrioxidfreies Verfahren will die BIA Kunststoff- und Galvanotechnik jährlich 15 Tonnen Chromtrioxid eingesparen. Außerdem kann das Unternehmn auf viele weitere gesundheits- und umweltschädlicher Stoffe verzichten, die heute noch für die Verarbeitung von Chromtrioxid nötig sind. Die innovative Anlagentechnik soll auch einen Beitrag zum Klimaschutz leisten und jährlich rund 129 Tonnen CO2 einsparen. Das Bundesumweltministerium fördert die großtechnische Anwendung einer innovativen Technologie über das Umweltinnovationsprogramm. Ausschlaggebend für die Förderung war, dass das Vorhaben über den Stand der Technik hinausgeht und Demonstrationscharakter hat. Das Umweltinnovationsprogramm unterstützt seit 1979 Unternehmen dabei, innovative, umweltentlastende technische Verfahren in die Praxisanwendung zu bringen. Das Programm fördert das Potenzial, dass aus der Synergie von technischen Verfahren und industrieller Produktion sowie ökologischen und ökonomischen Anforderungen entsteht.

Entwicklung einer biologisch abbaubaren Mulchabdeckung für den Pflanzenschutz, Teilvorhaben 2: Entwicklung eines Prototyps

Hauptkomponenten und Entwicklungsschritte des zu optimierenden integrierten Systems (Integrated Plant Management - IPM) sollen folgende sein: a: Entwicklung eines neuartigen biologisch abbaubaren Compoundproduktes aus einem Viskosevlies und einer Beschichtung zum Mulchen (VliesFilm). Beide Bestandteile des VliesFilms sind biobasiert und bestehen zu 100% (Vlies), bzw. 50% (Beschichtung) aus nachwachsenden Rohstoffen und sind biologisch abbaubar. Alle Inhaltstoffe (PVOH, Glycerol) der Beschichtung haben eine Lebensmittelzulassung (E-Nummer), stehen aber nicht in Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion wie z.B. stärkebasierte Materialien. Der primäre Fokus liegt auf der Entwicklung und Optimierung des VliesFilms aus NaWaRos hinsichtlich der phytosanitären Eigenschaften im Vergleich zu konventionellem Mulchmaterial (PE, 20-25my). Als wichtigste pflanzenbaulichen Faktoren sind hier Wasserverfügbarkeit, Bodentemperatur, und die Unterdrückung von Unkräutern zu nennen. b: Der VliesFilm soll einen Mehrwert gegenüber konventionellen PE-Folien erhalten. Zu diesem Zweck werden die Beschichtungen eingefärbt, um repellente Effekte auf anfliegende Insekten (Modell Blattläuse) zu erreichen. Da diese Maßnahme einen Anflug zwar verringert, aber meist nicht komplett verhindern kann, wird ein regelmäßiges Monitoring vorgenommen, um etwaige interventiven Maßnahmen zu ergreifen. Hieraus folgt dann ein System zum integrierten Pflanzenschutz, um den Einsatz von chemischen Pflanzenschutzmitteln zu minimieren.

Entwicklung einer biologisch abbaubaren Mulchabdeckung für den Pflanzenschutz

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Compoundproduktes aus einem Vlies und einer biologisch abbaubaren Beschichtung. Dieses biologisch abbaubare Compoundprodukt, VliesFilm genannt, soll konventionellen Mulchfolien aus Polyethylen im Pflanzenbau ersetzen können, bei gleichen positiven Wachstumseinflüssen auf die Pflanzen. Hauptkomponenten und Entwicklungsschritte des zu optimierenden integrierten Systems (Integrated Plant Management - IPM) sollen folgende sein: a: Entwicklung eines neuartigen biologisch abbaubaren Compoundproduktes aus einem Viskosevlies und einer Beschichtung zum Mulchen (VliesFilm). Beide Bestandteile des VliesFilms sind biobasiert und bestehen zu 100% (Vlies), bzw. 50% (Beschichtung) aus nachwachsenden Rohstoffen und sind biologisch abbaubar. Alle Inhaltstoffe der Beschichtung haben eine Lebensmittelzulassung (E-Nummer), stehen aber nicht in Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion wie z.B. stärkebasierte Materialien. Der primäre Fokus liegt auf der Entwicklung und Optimierung des VliesFilms aus NaWaRos hinsichtlich der phytosanitären Eigenschaften im Vergleich zu konventionellem Mulchmaterial (PE, 20-25my). Als wichtigste pflanzenbaulichen Faktoren sind hier Wasserverfügbarkeit, Bodentemperatur, und die Unterdrückung von Unkräutern zu nennen. b: Der VliesFilm soll einen Mehrwert gegenüber konventionellen PE-Folien erhalten. Zu diesem Zweck werden die Beschichtungen eingefärbt, um repellente Effekte auf anfliegende Insekten (Modell Blattläuse) zu erreichen. Da diese Maßnahme einen Anflug zwar verringert, aber meist nicht komplett verhindern kann, wird ein regelmäßiges Monitoring vorgenommen, um etwaige interventiven Maßnahmen zu ergreifen. Hieraus folgt dann ein System zum integrierten Pflanzenschutz, um den Einsatz von chemischen Pflanzenschutzmitteln zu minimieren.

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