Das Projekt HUMUS hat zum Ziel, die Wasserbindung der organischen Bodensubstanz urbaner Böden zu charakterisieren. Im Zentrum stehen Geleigenschaften und der Nachweis eines Glasüberganges in der organischen Bodensubstanz. Die meisten Untersuchungen erfolgen mit Hilfe der Differential Scanning Kalorimetrie (DSC). Sie werden durch dielektrische Messungen und 1H-NMR-Relaxation (TP GEO) sowie kinetische Untersuchungen zur DOC-Freisetzung und Quellung ergänzt. Die Feldexperimente und Mikrokosmen der Forschergruppe dienen zur Verknüpfung der Wasserbindung der organischen Bodensubstanz mit Faktoren des Wasserhaushaltes (TP BODEN), Mikroorganismen und ihren Biofilmen (TP MIKRO), der Bodenmesofauna (TP FAUNA) sowie unterschiedlichen Elektrolytbedingungen. In der zweiten Projektphase werden Auswirkungen der urban beeinflußten Humuseigenschaften auf die kleinräumige Variabilität und auf den Wasser- und Stofftransport der urbanen Standorte untersucht werden.
Euryhaline Forellen und stenohaline Rotaugen werden an verschiedene Salzkonzentrationen angepasst und die Veraenderungen des Urinflusses und der Elektrolyte im Blut und im Urin bestimmt. Im Vordergrund der Versuche steht die Bestimmung der glomerulaeren Filtrationsrate (GFR). Die Adaptation vieler Knochenfische an ein hypotones bzw. hypertones Aussenmedium fuehrt im allgemeinen zu einer Steigerung bzw. Verringerung der GFR. Es soll ermittelt werden, ob dieser Vorgang allein auf eine veraenderte Filtrationsleistung einzelner Nephrone zurueckzufuehren ist ('Single Nephron Filtration Rate', SNGFR), oder auf einer Aenderung in der Gesamtzahl filtrierender Glomeruli des Nierengewebes beruht ('Glomerular Intermittency'). Das Ziel der Versuche ist, eine bessere Kenntnis von dem Regulationsmechanismus der GFR zu erhalten, der mit zum Ueberleben der Fische bei veraenderten Umweltbedingungen beitraegt.
Gegenstand des Verbundvorhabens FLEX-G 4.0 ist die Erarbeitung einer kostengünstigen Nachrüstlösung innovativer schaltbarer Folien, die möglichst einfach auf bereits installierte Fenster laminiert werden können und zur Senkung des Gesamtenergiedurchlassgrades (g-Wert) der Fenster und damit des Energiebedarfs des Gebäudes beitragen. Das Hauptziel des Projektes ist die Erforschung geeigneter Systemdesigns und Fertigungstechnologien für großflächige elektrochrome Folien als Halbzeug zur Verarbeitung auf der Baustelle sowie die Erforschung von robusten Verfahren für eine 'einfache' Vor-Ort Applikation dieser Folien auf Fenster und Fassaden in Bestandsgebäuden. Als integraler Bestandteil des Systemdesigns sollen Lösungen für die netzunabhängige Energieversorgung und geeignete Schaltparameter und Sensortechnologien für die kabellose, automatisierte Steuerung des Schaltzustands der Folien erforscht werden. Ein weiteres Ziel beinhaltet die Demonstration und experimentelle Quantifizierung des Energie-Einsparpotentials an zwei operativen Gebäuden im öffentlichen Sektor. Das Teilvorhaben der Fraunhofer Institute erforscht robuste Rolle-zu-Rolle Verfahren zur Herstellung der Elektroden, Elektrolyten und elektrochromen Schichten sowie der Schutzschichten. Weiterhin werden Methoden zur Charakterisierung der Qualität, Defekte und Materialalterung erarbeitet.
Polymer-basierte Batterien gelten als aussichtsreiche Kandidaten für eine nachhaltige Energiespeicherung, was u.a. motiviert wird durch einen reduzierten Energieverbrauch bei der Herstellung, eine einfachere Recyclingfähigkeit sowie die Verwendung leicht zugänglicher Materialien und dem Austausch kritischer Metalle. Aktuell leiden Polymer-basierte Batterien jedoch unter diversen Herausforderungen hinsichtlich ihrer elektrochemischen Performanz, insbesondere einer geringen Energiedichte oder nicht ausreichender Zyklenstabilität. Zudem fehlt aktuell noch ein grundlegendes Verständnis bzgl. der Kapazitätsverluste der Zellen sowie der auftretenden Alterungsmechanismen an den Elektroden/Elektrolyt-Grenzflächen. In diesem Projekt soll ein Spezialtyp einer Polymer-basierten Batterie systematisch untersucht werden, eine sogenannte Polymer-basierte Dual-Ionen-Batterie (DIB), welche organische Materialien des n- und p-Typs zur simultanen Speicherung von Kationen und Anionen verwendet. Das DIB-System unterscheidet sich von klassischen Polymer-Batterien basierend auf dem Kationen- oder Anionen-'Rocking-Chair'-Prinzip, da hier nicht nur eine Ionensorte, sondern sowohl Kationen als auch Anionen beteiligt sind. Dieses Speicherprinzip bietet verschiedene Vorteile, wie u.a. eine hohe Variabilität möglicher Kation-Anion-Paare sowie typischerweise eine hohe Zellspannung, die durch geeignete Polymermaterialien erreicht werden kann. Zur Entwicklung Polymer-basierter DIB-Systeme mit verbesserter Energiedichte und Stabilität werden in diesem Projekt verschiedene Strategien adressiert: (I) Design neuartiger Polymermaterialien mit höherem Arbeitspotential für die positive Elektrode ('Spannungstuning'), (II) Entwicklung von Hybridsystemen wie Graphit / Polymer mit hoher Zellspannung, (III) Entwicklung von 'All-Polymer'-DIB-Systemen, mit verschiedenen Konzepten wie der Entwicklung ambipolarer Polymersysteme sowie sogenannter 'Reverse-All-Polymer-DIB-Systeme'. Die verschiedenen Polymer-DIB-Systeme sollen hinsichtlich ihrer elektrochemischen Performanz umfassend untersucht werden, wobei der Einfluss der Elektrolytformulierung und der gebildeten 'Interphasen' auf die reversible Kapazität und Stabilität während der Lade-/Entladezyklisierung im Vordergrund der Untersuchungen stehen. Zu diesem Zweck werden verschiedene ex-situ und in-situ Analysen durchgeführt, um wichtige und umfassende Einblicke in die mechanistischen Eigenschaften der Kationen- bzw. Anionen-Speicherung, die Stabilität der Polymermaterialien und die Rolle der 'Interphasen' zu erhalten. Es wird erwartet, dass die in diesem Projekt gewonnenen grundlegenden Erkenntnisse für die Entwicklung verbesserter polymerer Aktivmaterialien und optimierter Elektrolyte für Polymer-basierte DIB-Zellen mit hoher Energiedichte und Zyklenstabilität von großer Bedeutung sind.
FOREST wird die heutige industrielle Papierherstellung in Richtung einer CO2-neutralen Produktion revolutionieren und somit wesentlich zum Schließen des 'Circular Gaps' in der Energiewende in Deutschland beitragen. Dazu wird ein modularer digitaler Zwilling für Papierherstellungsprozesse entwickelt. Dieser macht Energie- und Stoffflüsse, und damit schlussendlich auch CO2-Flüsse und -Footprints, bis auf die Teilprozess- und Teilproduktebene herunter erfassbar. Die Erfassung erfolgt dabei nicht nur auf der Planungsebene (ERP), sondern direkt auch auf der Prozessebene (MES/Edge) im Zusammenspiel mit der digitalen Modellierung. Das Framework schafft damit ein Potenzial für die zielgerichtete Beschleunigung der Transformation der Papierindustrie zur Klimaneutralität durch die Bewertung aktueller Prozesse, aber auch die zielscharfe Abschätzung des Impacts möglicher Entwicklungen.