Ziel des Projektvorhabens ist die Entwicklung und Optimierung eines schwer entflammbaren Hybrid-Verbundwerkstoffes aus Laubholzfurnieren und Faser-Kunststoff-Verbunden für den Einsatz als Baustoff im konstruktiven Brandschutz unter Berücksichtigung einer deutlichen Reduzierung von Bauteildicken bzw. -massen, sowohl im Gebäudebau als auch im Fahrzeugbau. Die Holzfurniere sollen aus Rotbuchenholz bestehen, da u. a. die Substitution von Nadelholz (z. B. Kiefersperrholz) im Fokus des Forschungsprojektes liegt. Als Verstärkung werden textile Basaltfaserflächengebilde (Gewebe, Vliese etc.) verwendet, die auf Grund ihrer hervorragenden thermischen Beständigkeit bereits im Bereich des Brandschutzes zum Einsatz kommen. Als Bindemittel bzw. Matrixmaterial wird ein anteilig biobasiertes Phenolharz weiterentwickelt. Hierzu ist es notwendig eine entsprechend kompatible Faserschlichte zu entwickeln, welche eine geeignete Haftvermittlung zwischen den Basaltfasern und dem Bindemittel bzw. Matrixmaterial erzeugt. Darüber hinaus wird sowohl der Aufbau des textilen Gewebes als auch die Faserorientierung innerhalb des Holzfurniers aus mechanischer Sicht evaluiert und bemessen. Mithilfe des neuen Hybrid-Verbundwerkstoffes sollen einerseits Werkstoffe im Bereich des Brandschutzes substituiert werden, deren Anwendung durch umweltschädliche oder gesundheitsgefährdete Inhaltsstoffe langfristig Probleme aufwirft. Im Projekt sollen hierzu ausschließlich unbedenkliche Flammschutzmittel auf Basis reaktiver, organischer Phosphor- und Borverbindungen im Bindemittel eingesetzt werden und die Konzentration des Imprägniermittels für die Holzfurniere soweit wie möglich reduziert werden. Andererseits sollen durch eine stoffliche und geometrische Modellbildung auf Basis der Finite-Elemente Methode neue Anwendungsfelder der Hybrid-Werkstoffe für konstruktive Zwecke im Bauwesen, Fahrzeugbau und Maschinenbau erschlossen werden, wodurch die Wertschöpfung des Rohstoffes Holz maßgeblich gesteigert wird.
Das Forschungsvorhaben wird in Kooperation mit zwei weiteren Forschungseinrichtungen (Leibnitz Institut für Polymerforschung in Dresden, Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung in Teltow) sowie drei Unternehmen (Röchling Engineering Plastics SE & Co. KG in Haren, Deutsche Basaltfaser GmbH in Sangerhausen, EBF Dresden GmbH in Dresden) durchgeführt.
Im Abwasser sind organische Verbindungen wie Proteine, Fette und Zucker enthalten, die im Wesentlichen aus Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff aufgebaut sind, sowie anorganische Verbindungen, wie z. B. Salze. Um diese Abwässer zu reinigen, werden mit den derzeitigen eingesetzten Technologien im Mittel etwa 40 kWh/(EW a) benötigt. Maßnahmen bzw. Möglichkeiten zu nachhaltigerer Abwasserbehandlung und Energieerzeugung aus Abwasser sind daher von Nöten. Mit Hilfe eines bioelektrochemischen Systems könnte die heutige Energiesenke Abwasser in eine wertvolle Ressource verwandelt werden.
Deponiegas andererseits besteht, abhängig vom Alter der Deponie, hauptsächlich aus CH4, CO2, N2 und O2. Durch das Eindringen von Luft sinkt der CH4 Gehalt nach der Langzeitphase deutlich ab, wodurch eine energetische Nutzung des Gases erschwert bzw. unmöglich wird. Es wird weiterhin nach effektiven Technologien gesucht, welche Deponiegas nach Stilllegung bzw. bei Deponien in der Nachsorge, also Gasmengen mit geringem Energieinhalt verwerten können. Hier setzt das MELOS Projekt an und versucht Lösungen für beide Problemstellungen zu bieten: Einerseits werden Abwässer hinsichtlich der organischen Verunreinigungen gereinigt, andererseits wird gleichzeitig CO2 - entstanden durch die Oxidation der organischen Verunreinigungen bzw. im Deponie(schwach)gas enthalten - zu CH4 reduziert. Dabei kommt ein sogenanntes Mikrobielles Elektrosynthese System (MES) zum Einsatz, wo auf Elektroden Mikroorganismen immobilisiert sind, die Elektronen an die entsprechenden Elektroden abgeben bzw. an diesen aufnehmen können. Diese 'Biokatalysatoren' ermöglichen eine energieeffektive Technologie. In den ersten Schritten im MELOS Projekt wird eine Biokathode für die Reduktion von CO2 zu CH4 im Labor entwickelt und die Stabilität des Systems über einen längeren Zeitraum bestimmt. Da Deponiegas auch andere Verunreinigungen enthalten kann, werden in Batchversuchen für die Mikroorganismen kritische Bestandteile identifiziert. Basierend auf Untersuchungen eines realen Abwassers bzw. Deponiesickerwassers wird ein geeignetes bioanodisches System ausgewählt und in weiterer Folge im Labormaßstab etabliert und ebenfalls über einen längeren Zeitraum tiefgreifend charakterisiert. Nachfolgend werden Biokathode und Bioanode kombiniert und eine entsprechende CO2 Überführung realisiert. Nach Charakterisierung des Systems wird durch Elektrodenmodifikationen das System verbessert und mittels Impedanzmessungen charakterisiert. Es wird ein CSB Abbau im Abwasser von größer als 85% angestrebt und auf der Methanseite sollen mindestens 90% des CO2 in CH4 umgewandelt werden. Weiters wird auch ein konzeptives Upscaling und die Wirtschaftlichkeit betrachtet.
Durch die Anreicherung von Methan im Deponiegas wird eine Verlängerung der Deponiegas-Nutzungsdauer erreicht. Treibhauswirksames Deponie-Schwachgas, welches in der Praxis abgefackelt wird oder entweicht, kann so einer sinnvollen Nutzung zugeführt werden.
Die Verfügbarkeit kompakter Generatoren mit supraleitenden Rotorwicklungen ist eine wesentliche Voraussetzung zur zukünftigen Realisierung kostengünstiger Windkraftanlagen. Um die hierfür benötigten erheblichen Supraleitermengen preiswert herstellen zu können, wird im beantragten Vorhaben das neuartige Verfahren der Aerosol-basierten Kaltabscheidung auf das vielversprechende Hochtemperatur-Supraleitermaterial Magnesiumdiborid angewendet. Die Beiträge der Universität Bayreuth liegen vor allem auf dem Gebiet der Aerosol-basierten Kaltabscheidung. Es werden vorwiegend Grundlagenuntersuchungen an Magnesiumdiborid-Filmen zur Schichtausbildung und zu den Abscheidebedingungen auf unterschiedlichen Substraten durchgeführt. Weiterhin wird zusammen mit den Projektpartnern am Konzept zur Verbesserung von Schichtqualität und Abscheideeffizienz gearbeitet. Konkret sollen Magnesiumdiborid-Pulver hergestellt und auf ihre Eignung für den Prozess qualifiziert werden. Außerdem sollen Grundlagenuntersuchungen hinsichtlich der Aerosolerzeugung und den Beschichtungsparametern, sowie ein zielführender Prozessablauf bezüglich der Herstellung von Funktionsschichten durchgeführt werden. Darüber hinaus soll am Design und der Herstellung des Demonstrators in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern mitgearbeitet und der Beschichtungsprozess in Bezug auf die Abscheide-Effizienz und das Pulver-Recycling optimiert werden.