Die Breuckmann eMobility GmbH wurde im Jahr 2018 aus der Breuckmann GmbH & Co. KG (Konzernmutter) heraus gegründet und beabsichtigt, qualitativ hochwertige und leistungsfähige Rotoren für asynchrone Elektromotortypen im Automobilbereich herzustellen. Nahezu jeder Elektromotor, der in Fahrzeugen verbaut wird, ist ein Asynchronmotor oder ein permanent erregter Synchronmotor. Synchronmotoren sind jedoch auf Grund des Einsatzes von seltenen Erden (u.a. Neodym, Dysprosium) sehr umstritten. Wesentlicher Bestandteil des Asynchronmotors ist der aus Kupfer oder Aluminium gefertigte Rotor, der sich im Inneren des Stators bzw. des Käfigs dreht, wodurch der Antrieb erzeugt wird. Bisherige Fertigungsverfahren der Rotoren sind jedoch entweder sehr aufwändig sowie kostenintensiv und damit langfristig nicht wirtschaftlich oder auf Grund einer zu hohen Porosität nicht für den Einsatz in Hochdrehzahlanwendungen wie Automobilen geeignet. Ziel des Projekts ist der erstmalige Aufbau und Betrieb einer Anlage zur gleichzeitigen Herstellung gegossener Kupferrotoren für Automobile und für Großfahrzeuge (Bus, Bahn, LKW). Dazu hat das Unternehmen in den letzten zehn Jahren an einem wirtschaftlichen Druck-Gießprozess für Kupfer mit sehr hoher Leistungsfähigkeit gearbeitet und das „Laminar Squeeze Casting“ (kurz: LSC) entwickelt. Kerninnovation des LSC-Verfahrens ist die minimale Porosität und die hohe elektrische Leitfähigkeit der Kupfer-Rotoren. Die neue Produktionsanlage besteht aus der vertikalen Druckgussmaschine und dem vollintegrierten CT-Scanner. Der CT-Scanner dient zur Qualitätssicherung und automatischen Prozesssteuerung der Druckgussmaschine und wird über eine Industrie 4.0-Technologie mit der Druckgussmaschine verbunden. Ein neu entwickeltes Werkzeug- und Anschnittkonzept ermöglicht zudem eine gleichmäßige Füllung des Rotors, wodurch die sehr guten Qualitätseigenschaften entstehen. Im Vergleich zu horizontalen Gießmaschinen ergeben sich bei einer Maschinenlaufzeit von mindestens 4.400 Stunden jährliche Energieeinsparungen von 88.000 Kilowattstunden. Darüber hinaus verringert sich der Anteil des Kreislaufmaterials um ca. 75 Prozent, was zu weiteren Energieeinsparungen beim Wiedereinschmelzen und Warmhalten führt. Insgesamt können mit dem Vorhaben 85 Tonnen CO 2 -Emissionen pro Jahr vermieden werden. Mit Hilfe der neuen Technologie können zukünftig preiswerte und leistungsstarke Elektromotoren ohne seltene Erden im Automobil- und im Großmotorbereich verfügbar sein. Bei erfolgreicher Umsetzung trägt das Vorhaben dazu bei, Verbrennungsmotoren durch Elektromotoren mit Asynchronmotor zu ersetzen und die E-Mobility bzw. die Energiewende im Verkehrsbereich insgesamt auszubauen. Das Vorhaben leistet einen wichtigen Beitrag zur Ressourceneffizienz, Materialeinsparung sowie zur Energieeinsparung und -effizienz. Die hergestellten Rotoren werden als Zero Porosity Rotor – ZPR ® vertrieben und schaffen einen neuen Industriestandard für Elektroautos der Zukunft. Branche: Metallverarbeitung Umweltbereich: Ressourcen Fördernehmer: Breuckmann eMobility GmbH Bundesland: Nordrhein-Westfalen Laufzeit: seit 2020 Status: Laufend
Die Breuckmann eMobility GmbH wurde im Jahr 2018 aus der Breuckmann GmbH & Co. KG (Konzernmutter) heraus gegründet und beabsichtigt, qualitativ hochwertige und leistungsfähige Rotoren für asynchrone Elektromotortypen im Automobilbereich herzustellen. Nahezu jeder Elektromotor, der in Fahrzeugen verbaut wird, ist ein Asynchronmotor oder ein permanent erregter Synchronmotor. Synchronmotoren sind jedoch auf Grund des Einsatzes von seltenen Erden (u.a. Neodym, Dysprosium) sehr umstritten. Wesentlicher Bestandteil des Asynchronmotors ist der aus Kupfer oder Aluminium gefertigte Rotor, der sich im Inneren des Stators bzw. des Käfigs dreht, wodurch der Antrieb erzeugt wird. Bisherige Fertigungsverfahren der Rotoren sind jedoch entweder sehr aufwändig sowie kostenintensiv und damit langfristig nicht wirtschaftlich oder auf Grund einer zu hohen Porosität nicht für den Einsatz in Hochdrehzahlanwendungen wie Automobilen geeignet. Ziel des Projekts ist der erstmalige Aufbau und Betrieb einer Anlage zur gleichzeitigen Herstellung gegossener Kupferrotoren für Automobile und für Großfahrzeuge (Bus, Bahn, LKW). Dazu hat das Unternehmen in den letzten zehn Jahren an einem wirtschaftlichen Druck-Gießprozess für Kupfer mit sehr hoher Leistungsfähigkeit gearbeitet und das 'Laminar Squeeze Casting' (kurz: LSC) entwickelt. Kerninnovation des LSC-Verfahrens ist die minimale Porosität und die hohe elektrische Leitfähigkeit der Kupfer-Rotoren. Die neue Produktionsanlage besteht aus der vertikalen Druckgussmaschine und dem vollintegrierten CT-Scanner. Der CT-Scanner dient zur Qualitätssicherung und automatischen Prozesssteuerung der Druckgussmaschine und wird über eine Industrie 4.0-Technologie mit der Druckgussmaschine verbunden. Ein neu entwickeltes Werkzeug- und Anschnittkonzept ermöglicht zudem eine gleichmäßige Füllung des Rotors, wodurch die sehr guten Qualitätseigenschaften entstehen. Im Vergleich zu horizontalen Gießmaschinen ergeben sich bei einer Maschinenlaufzeit von mindestens 4.400 Stunden jährliche Energieeinsparungen von 88.000 Kilowattstunden. Darüber hinaus verringert sich der Anteil des Kreislaufmaterials um ca. 75 Prozent, was zu weiteren Energieeinsparungen beim Wiedereinschmelzen und Warmhalten führt. Insgesamt können mit dem Vorhaben 85 Tonnen CO2-Emissionen pro Jahr vermieden werden. Mit Hilfe der neuen Technologie können zukünftig preiswerte und leistungsstarke Elektromotoren ohne seltene Erden im Automobil- und im Großmotorbereich verfügbar sein. Bei erfolgreicher Umsetzung trägt das Vorhaben dazu bei, Verbrennungsmotoren durch Elektromotoren mit Asynchronmotor zu ersetzen und die E-Mobility bzw. die Energiewende im Verkehrsbereich insgesamt auszubauen. Das Vorhaben leistet einen wichtigen Beitrag zur Ressourceneffizienz, Materialeinsparung sowie zur Energieeinsparung und -effizienz. Die hergestellten Rotoren werden als Zero Porosity Rotor - ZPR® vertrieben und schaffen einen neuen Industriestandard für Elektroautos der Zukunft.
GEMAS (Geochemical Mapping of Agricultural and Grazing Land Soil in Europe) ist ein Kooperationsprojekt zwischen der Expertengruppe „Geochemie“ der europäischen geologischen Dienste (EuroGeoSurveys) und Eurometeaux (Verbund der europäischen Metallindustrie). Insgesamt waren an der Durchführung des Projektes weltweit über 60 internationale Organisationen und Institutionen beteiligt. In den Jahren 2008 und 2009 wurden in 33 europäischen Ländern auf einer Fläche von 5 600 000 km² insgesamt 2219 Ackerproben (Ackerlandböden, 0 – 20 cm, Ap-Proben) und 2127 Grünlandproben (Weidelandböden, 0 – 10 cm, Gr-Proben) entnommen. In den Proben wurden 52 Elemente im Königswasseraufschluss, 41 Elemente als Gesamtgehalte sowie TC und TOC bestimmt. Ergänzend wurde in den Ap-Proben zusätzlich 57 Elemente in der mobilen Metallionenfraktion (MMI®) sowie die Bleiisotopenverhältnisse untersucht. Alle analytischen Untersuchungen unterlagen einer strengen externen Qualitätssicherung. Damit liegt erstmals ein qualitätsgesicherter und harmonisierter geochemischer Datensatz für die europäischen Landwirtschaftsböden mit einer Belegungsdichte von einer Probe pro 2 500 km² vor, der eine Darstellung der Elementgehalte und deren Bioverfügbarkeit im kontinentalen (europäischen) Maßstab ermöglicht. Die Downloaddateien zeigen die flächenhafte Verteilung der mit verschiedenen Analysenmetoden bestimmten Elementgehalte in Form von farbigen Isoflächenkarten mit jeweils 7 und 72 Klassen.
Das Gesamtziel des Verbundprojekts ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von Dysprosium-freien Hochenergie-Permanentmagneten auf Basis der intermetallischen Verbindung Neodym-Eisen-Bor (Nd2Fe14B) durch kombiniertes Heiß- und Warmfließpressen. Dabei wird das zu entwickelnde Verfahren erhebliche Energieeinsparungen gegenüber dem klassischen Sinterverfahren haben. In diesem Projekt werden folgende Teilziele angestrebt: - Auswahl bzw. Entwicklung eines keramischen Werkzeugmaterials, das höhere Standzeiten erwarten lässt als die gegenwärtig verwendete Nickel-Eisen-Legierung. - Entwicklung und Konstruktion eines kombinierten Werkzeuges, in dem das Heißpressen und das Warm-Fließpressen nacheinander in einem Prozessschritt erfolgen sollen. - Weiterentwicklung und Optimierung des EDS-Verfahrens (Electro Discharge Sintering) zur Herstellung von isotropen Dauermagneten. Zur Erreichung der Teilziele werden Modellwerkzeuge konstruiert und aufgebaut. Um die Standfestigkeit dieser Werkzeuge zu prüfen, müssen in größerem Umfang Versuchsmagnete hergestellt werden. - Definition der Anforderungen an die Werkzeuge - Definition der Anforderungen an die Qualität der Magnete - Herstellung verschiedener Pulver bzw. Pulvergemische - Prüfung der Recyclingfähigkeit von HP-Magneten - Experimentelle Modellversuche zum Heißpressen - Konzepte für Produktionsverfahren - Heißpressversuche zur Erprobung und Bewertung des neuen Verfahrens - Bewertung der produzierten Magnete - Entwicklung eines kombinierten Heißpress-Fließpress-Werkzeugs - Darstellung des entwickelten Fertigungsverfahrens und dessen fertigungstechnischer Vorteile - Darstellung der Rohstoff- und Energieeffizienz bei der Fertigung - Demonstration der Qualität der Magnete.
Die Seltenen Erden (SE) sind von hoher Relevanz für viele Schlüsseltechnologien. Es ist abzusehen, dass für einige Elemente der SE, wie z.B. Dysprosium, die Nachfrage perspektivisch nicht mehr durch das Angebot bedient werden kann. Effiziente Aufbereitungs- und Recyclingmethoden sind daher trotz derzeit niedrigen Rohstoffpreise ein wichtiges Thema. Magnetische Separation kann hierbei ein sehr sinnvoller Teilschritt sein. Voraussetzung dafür ist jedoch ein verbessertes Prozessverständnis. Im Vorgängerprojekt SESIMAG I ist es gelungen, den Mechanismus aufzuklären, der der beobachteten robusten Anreicherung paramagnetischer Ionen in einem magnetischen Feldgradienten zugrundeliegt. Für einen wesentlichen Puzzle-Stein in der hierbei entwickelten Theorie, konkret der durch die Feldgradientenkraft angetriebenen Konvektion, fehlt jedoch bislang der Beleg. Das vorliegende Projekt verfolgt zum einen das Ziel, diesen fehlenden Nachweis zu erbringen. Zum anderen wollen wir eine definitive Aussage zur Durchführbarkeit einer Trennung zweier verschiedener paramagnetischer Ionensorten aus der SE-Konzentrationsgrenzschicht erzielen, die in dem der Separation vorausgehenden Trigger-Prozess erzeugt wurde. Unter terrestrischen Bedingungen sind die Experimente von einer thermosolutalen Auftriebskonvektion überlagert, die aus der lokalen Erhöhung der Dichte infolge der Aufkonzentrierung der SE-Ionen und ggf. aus der lokalen Temperaturverringerung infolge des Entzugs der Verdunstungsenthalpie resultiert. Diese parasitäre Konvektion entfällt nahezu komplett in den Schwerelosigkeitsphasen eines Parabelflugexperiments. Das unterstreicht den hohen Wert eines Parabelflugexperiments für die Erreichung eines zentralen Vorhabenszieles, die feldgradientengetriebene Mikrogravitation frei von überlagerten, parasitären Konvektionen zu untersuchen.
<p>Weniger kritische Rohstoffe für Umwelttechnologien</p><p>Elektromotoren, Photovoltaik, Generatoren, Batteriespeicher: Für viele nachhaltige Technologien werden seltene und teils kritische Rohstoffe benötigt. Der Ausbau solcher Umwelttechnologien droht durch Rohstoffknappheiten gedämpft zu werden. Daher gilt es, rechtzeitig auf Alternativen zu setzen, die weniger kritische Rohstoffe benötigen oder gänzlich darauf verzichten.</p><p>GreenTech ist weltweit auf dem Vormarsch</p><p>Technologien zur Steigerung der Ressourceneffizienz treiben weltweit die nachhaltige Entwicklung an. Der Technologie- und Industriestandort Deutschland hat diese Wachstumschancen erkannt. Der Anteil der GreenTech-Branche am Bruttoinlandsprodukt lag 2016 bei 15 Prozent und wird bis 2025 auf 19 Prozent steigen, so die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Prognose#alphabar">Prognose</a> im Umwelttechnologie-Atlas für Deutschland. Neue High-Tech Konzepte ermöglichen Umwelttechnologien, die konventionelle Produkte oder Verfahren mit geringer Ressourceneffizienz ersetzen.</p><p>Rohstoff-Kritikalität als Hemmnis Schlüsseltechnologien für eine nachhaltige Entwicklung wie Elektromotoren, Generatoren, Photovoltaik, LED-Beleuchtung und Batteriespeicher basieren auf funktionalen Elementen wie Seltenen Erden, Zinn, Silber, Platin und Lithium. Wenn diese Technologien nicht nur in Deutschland sondern auch weltweit ausgebaut werden, wird sich die Nachfrage nach diesen Elementen vervielfachen. Für einige Rohstoffe zeichnen sich schon heute geologische, strukturelle, geopolitische, sozioökonomische und ökologische Versorgungsrisiken ab, weshalb sie als „kritische Rohstoffe“ gelten. So ist die Gewinnung und Weiterverarbeitung einiger Technologiemetalle mit starken Umwelt- und Gesundheitsbelastungen verbunden. Außerdem sind Reserven, Gewinnung und Raffination bei den meisten dieser Rohstoffe auf wenige Länder konzentriert. Daraus resultiert eine hohe Abhängigkeit der Hersteller von Umwelttechnologien vom globalen Rohstoffhandel, zumal der Markt für die meisten Technologiemetalle eher klein und wenig transparent ist.</p><p>Substitutionsstrategie als Ausweg</p><p>Es ist derzeit absehbar, dass Effizienz- und Recyclingstrategien allein nicht ausreichen werden, um die vielschichtigen Versorgungsrisiken entscheidend zu mindern und einen tiefgreifenden Ausbau der Umwelttechnologien weltweit zu gewährleisten. Es bedarf zusätzlich einer vorausschauenden Orientierung auf Substitutionsstrate¬gien, um die entsprechenden Rohstoffe zu ersetzen: Sei es durch Materialsubstitution, bei der partiell Werkstoffe oder Elemente ersetzt werden, technologische Substitution, bei der neue Technologien und Verfahren eingesetzt werden um den gleichen Umweltnutzen zu erzielen oder auch durch funktionale Substitution, bei der ein gänzlich neues Produkt- oder Dienstleistungskonzept eingeführt wird. Eine funktionale Substitution eines Fahrzeug-Abgas-Katalysators besteht beispielsweise in einem vollelektrischen Pkw, der keinen Katalysator mehr benötigt.</p><p>Die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UBA#alphabar">UBA</a>-Studie „SubSKrit“ liefert eine Roadmap</p><p>Um die Substitutionspotenziale zu bestimmen und systematisch zu erschließen, hat das UBA nun in einer umfassenden Studie („<a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/substitution-als-strategie-minderung-rohstoffkritikalitaet">SubSKrit</a>“) eine Roadmap erarbeiten lassen. Mit dieser Roadmap werden je nach Reifegrad und Zeithorizont der Substitutionsalternativen Anreize für Maßnahmen zur Technologieentwicklung, Markteinführung, Marktdurchdringung durch Qualifizierung und Austausch sowie Anpassung der rechtlich-regulatorische Rahmenbedingungen gegeben. Hierfür wurden 115 Umwelttechnologien und über 60 Rohstoffe einem Screening sowie einer vielschichtigen Analyse unterzogen. Zunächst wurden die Technologien in Panels von Fachleuten auf ihr relatives Umweltentlastungspotenzial, ihre Marktdynamik sowie ihre Bedeutung für die deutsche Wirtschaft untersucht.</p><p>Für die 40 relevantesten Technologien wurden dann die Rohstoffbedarfe in Trend- und Green Economy-Szenarien bis 2025 sowie 2050 extrapoliert und einer Kritikalitätsanalyse unterzogen. Hierbei wurden die benötigten Rohstoffe auf ihr Versorgungsrisiko, ihr ökologisches Schadenspotenzial sowie ihre strategische Bedeutung für die Wirtschaft analysiert. 20 Umwelttechnologien mit vergleichsweise hoher Kritikalität wurden auf dieser Basis in den sieben Technologiegruppen: Elektronik, Katalysatoren, Permanentmagnete, Solartechnologie, Speichertechnologien, Generatoren und Permanentmagnete sowie Sonstige priorisiert. Diese 20 Technologien sind nicht nur von besonderem umwelt- und industriepolitischem Interesse sondern auch in hohem Maße abhängig von kritischen Rohstoffen, für die zukünftige Verfügbarkeitsengpässe sehr wahrscheinlich sind. Daher wurden diese Technologien eingehend auf Substitutionsalternativen untersucht. Dabei wurden vier Cluster deutlich:</p><p>Über alle Umwelttechnologien zeigt sich, dass Substitutionsalternativen deutliche Rohstoffeinsparungen von relevanten Materialien ermöglichen. Hohe Einsparpotenziale sind bei Silber, Gold, Palladium, Seltenen Erden, Lithium, Zinn, Gallium, Titandioxid, Mangan und Platin identifiziert. Beispielsweise liegt das Einsparpotential für die nur im Umfang von wenigen Tausend Tonnen pro Jahr produzierten Schweren Seltenen Erde Dysprosium 2025 bei 33 Prozent bzw. knapp 1.300 Tonnen. Dabei können die größten Einsparungen durch technologische Substitutionen bei den Elektroantriebsmotoren und bei den Hybridmotoren erzielt werden. Im Jahr 2050 liegt das Einsparpotential im Substitutionsszenario sogar bei 66 Prozent bzw. 13.300 Tonnen.</p><p>Allerdings zeigte die Analyse auch auf, dass bei den Substitutionen nicht alle derzeit kritischen Rohstoffe ersetzt werden können und die Einsparung teilweise mit dem Einsatz anderer, ebenfalls kritischer Rohstoffe einhergeht. In Einzelfällen wie bei Platin kommt es auch im Substitutionsszenario unter Berücksichtigung der Elektromobilität bis 2050 zu einer Zunahme des Rohstoffbedarfs.</p><p>Fazit</p><p>Es ist wichtig, den Ausbau der bedeutendsten Umwelttechnologien mithilfe eines technologischen Portfolios abzusichern, das möglichst resilient gegenüber Verfügbarkeitsbeschränkungen der erforderlichen Technologiemetalle ist. Die Studie zeigt auf, dass für das Gros der Umwelttechnologien Alternativen vorhanden sind, im Besonderen in den zukunftsorientierten Technologiefeldern der Antriebssysteme, Solarenergie, Beleuchtung und Speichertechnologien. Diese können entsprechend ihrer Reifegrade zielgerichtet zu veritablen Innovationen fortentwickelt werden. Durch diese Alternativen lassen sich Rohstoffrisiken für den Ausbau der Technologien zwar nicht verhindern, aber deutlich abmildern.</p><p>Mithilfe der erarbeiteten Substitutions-Roadmap sollen konzertierte Ansätze von wichtigen Akteuren des Innovationssystems aus Politik, Forschung, Wirtschaft und Verbänden unterstützt werden, um Substitutionen zu zukunftsfesten Umwelttechnologien zu ermöglichen. Die Raodmap liefert den notwendigen vorausschauenden Ansatz, der mithilfe eines regelmäßigen Monitorings fortgeschrieben werden soll.</p><p>Alle vier Jahre sollten die Umwelttechnologien und dafür erforderliche Rohstoffe auf Kritikalität und Substitutionsoptionen überprüft werden. Durch die Verankerung der Roadmap lässt sich ein wichtiger Beitrag zu einer aktiven ökologischen Industriepolitik leisten, und dem besonderen Interesse Deutschlands als Nachfrager, Produzent, Exporteur und Technologieführer von Umwelttechniken gerecht werden.</p><p>Linkhinweis</p><p>Zusätzlich zum<a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/1410/publikationen/2019-01-14_texte_03-2019_subskrit_abschlussbericht.pdf">Abschlussbericht</a>sind alle Arbeitsschritte der Studie „SubSKrit“ bis hin zur Roadmap in sechs zusätzlichen<a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/substitution-als-strategie-minderung-rohstoffkritikalitaet">Arbeitsberichten</a>dokumentiert. Wichtige Erkenntnisse und Maßnahmen sind zudem in einem<a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/1410/publikationen/subskrit_recommendationpaper_20181030_blanko-link_pb2.pdf">englischsprachigen Empfehlungspapier</a>sowie einer<a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/1410/publikationen/2019-01-08_texte_03-2019_subskrit_summary.pdf">ausführlichen Summary</a>zusammengefasst.</p>
| Origin | Count |
|---|---|
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| Land | 911 |
| Wissenschaft | 2 |
| Zivilgesellschaft | 14 |
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| Chemische Verbindung | 8 |
| Daten und Messstellen | 910 |
| Förderprogramm | 20 |
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| unbekannt | 3 |
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