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Energieeinsparung durch den vollständigen Ersatz der Gasphasenfluorierung durch ein lichtbasiertes Verfahren zur Modifikation von Silikonkautschukoberflächen, Teilvorhaben: Wissen

Silikonelastomere zeichnen sich durch ein hervorragendes Eigenschaftsprofil aus, das Elastizität, isolierende Eigenschaften, Medienbeständigkeit und physiologische Unbedenklichkeit umfasst. Diese Eigenschaften machen sie für viele Anwendungen in Industrie und im privaten Haushalt geeignet, wie z.B. Schläuche, Prothesen oder Sportprodukten. Trotz ihrer geschätzten Bulkeigenschaften ist die Oberflächen nicht ideal. Die Klebrigkeit und hohe Reibung werden als störend empfunden, die Anfälligkeit gegenüber Staub als unhygienisch. Derzeit wird zur Verbesserung der Oberflächenqualität die Gasphasenfluorierung eingesetzt, die jedoch mit hohen Energieaufwänden verbunden ist. Der Prozess umfasst die Herstellung von Fluorgas und den Energieverbrauch während der Fluorierung. Hinzu kommen Umweltbelastungen speziell durch den hohen Kraftstoffverbrauch für den Transport des Silikons zu externen Dienstleistern. Es sind aufgrund des hohen Gefährdungspotenzial im Umgang mit Fluor nur wenige in Deutschland verfügbar, so dass lange Fahrtstrecken nötig werden. Eine vielversprechende Alternative ist die Bestrahlung mit Vakuum-Ultraviolettstrahlung (VUV). Am Fraunhofer IFAM wurde gezeigt, dass Silikon durch diese Methode effektiv modifiziert werden kann. Der Prozess ist ressourceneffizient, da die eingesetzten Strahler eine hohe Umwandlungseffizienz aufweisen und ein Großteil der Strahlung für die Modifikation genutzt werden kann. Zudem ermöglicht der reduzierte Sicherheitsaufwand den Einsatz der VUV-Technologie vor Ort, was die Prozessflexibilität erhöht und den Transport zum Lohnfluorierer überflüssig macht. Das Projekt zielt darauf ab, die Gasphasenfluorierung vollständig durch die energieeffiziente VUV-Modifizierung zu ersetzen. Das übergeordnete Ziel ist es, den Wissensstand über den VUV-Prozess zu erweitern und ein Skalierungskonzept für eine Versuchsanlage in Modulbauweise zu entwickeln, um den Zugang zur Marktverwertung und prognostizierte Energieeinsparpotenziale zu realisieren.

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Schwerpunktprogramm (SPP) 1708: Materialsynthese nahe Raumtemperatur; Priority program (SPP) 1708: Material Synthesis near Room Temperature, Synthese anorganischer Materialien in ionischen Flüssigkeiten: Aufklärung der Reaktionsmechanismen vom Komplex zum Kristall

Unter Verwendung von ionischen Flüssigkeiten wurde in den vergangenen Jahren eine Vielfalt an neuartigen Synthesen von kristallinen und anorganischen Materialen entwickelt. Trotz vorteilhafter Eigenschaften und Synthese-Bedingungen gegenüber konventionellen Methoden mangelt es stark am mechanistischen Verständnis, besonders was die dirigierende Rolle der ionischen Flüssigkeiten angeht. Wir setzen uns hier zum Ziel, die Synthese von mehreren ungewöhnlichen Modifikationen des TiO2, nämlich der Bronze-Phase TiO2(B) und einem jüngst synthetisierten Titanoxyhydroxy-Fluorid, aufzuklären. Beide werden unter erstaunlich milden Bedingungen aus einer Mischung von einfachen ionischen Flüssigkeiten mit Wasser und TiCl4 erhalten. Unsere bisherigen Experimente zeigten bereits den prägenden Einfluss von ionischen Flüssigkeiten, welche Fluor-Atome im Anion enthalten, und von Mischungen zweier Kationen mit jeweils Seitenketten von unterschiedlicher Länge. Die wesentliche Aufgabenstellung unseres Projektes besteht nun darin, mechanistische Zusammenhänge zu klären, und zwar sowohl zwischen der molekularen Struktur der Reaktionslösung und der Bildung von Fluorohydroxotitan-Komplexen als auch der Bildung von Clustern. Darüber hinaus möchten wir die Entstehung von Primär- und Nanopartikeln verstehen. Unser Ansatz liegt in der Variation von ionischen Flüssigkeiten (z. B. Ersatz von (BF4)- durch (F)-) und in der Verwendung alternativer Ti-Verbindungen wie (NH4)(TiF6). Einerseits sollen in-situ-Methoden (Raman-Spektroskopie, Röntgenweit- und Kleinwinkelstreuung) dabei helfen, die relevanten Zwischenstufen auf molekularer Ebene und Nanometer-Skala zu identifizieren, andererseits stärkt die Berechnung der molekularen Bildungsmechanismen und des Wachstums von Clustern aus Komplexen das mechanistische Verständnis. Zu diesem Zweck werden neue Wechselwirkungspotentiale parametrisiert, aber auch solche Simulationen durchgeführt, die mit expliziter elektronischer Struktur-Berechnung arbeiten. Es werden dabei Computer-Experimente aufgesetzt, die dem Experiment nicht zugängliche Einsichten erlauben, zum Beispiel zum Einfluss von lokaler Polarität, spezifischen Wechselwirkungen oder gewissen Zwischenstufen.

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Die Bahn kühlt mit natürlichem Kältemittel

<p> <p>Brennbare natürliche Kältemittel zur Bahnklimatisierung waren bisher ein Tabu für die Bahn. In einem Feldversuch konnte jetzt die Machbarkeit eines solchen Konzeptes aufgezeigt werden. Ein Personenzug mit einer Propan-Klimaanlage verkehrte ein Jahr im Linienverkehr. Die Propan-Anlage ist energetisch mindestens genauso effizient wie die Anlage mit dem herkömmlichen fluorierten Kältemittel.</p> </p><p>Brennbare natürliche Kältemittel zur Bahnklimatisierung waren bisher ein Tabu für die Bahn. In einem Feldversuch konnte jetzt die Machbarkeit eines solchen Konzeptes aufgezeigt werden. Ein Personenzug mit einer Propan-Klimaanlage verkehrte ein Jahr im Linienverkehr. Die Propan-Anlage ist energetisch mindestens genauso effizient wie die Anlage mit dem herkömmlichen fluorierten Kältemittel.</p><p> <p>Erstmals weltweit wurde eine Klimaanlage mit dem natürlichen Kältemittel R290 (Propan) für den Einsatz zur Klimatisierung von Zügen und im normalen Fahrgastbetrieb erprobt. Bisher wurden noch keine brennbaren Kältemittel in Zugklimaanlagen verwendet. Propan ist ein natürliches Kältemittel, es enthält kein Fluor oder andere Halogene. Das heißt, dass auch <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/pfas">PFAS</a>-Bildungspotential gleich Null ist.</p> <p>Vor dem Projekt wurde das Propan-Klimamodul auf dem Prüfstand getestet und umfangreichen Sicherheitsuntersuchungen unterworfen.</p> <p>Im Projekt wurde ein Propan-Anlagenmodul in einen Regionalzug der Baureihe 440 eingebaut. Parallel dazu wurde die übliche Klimaanlage mit dem fluorierten Kältemittel R134a (Tetrafluorethan) betrieben. Die Gerätearchitektur beider Anlagen war ähnlich. Die beiden Anlagen wurden über ein Jahr im Zug betrieben. In einem Messprogramm wurden ausgewählte Betriebsparameter erfasst und aufgezeichnet.</p> <p>Die Auswertung zeigt, dass die Propan Klimaanlage im regulären Zugbetrieb mindestens so leistungsfähig und energetisch effizient ist wie die R134a-Anlage. Simulationsberechnungen bestätigen die energetische Eignung von Propan. Danach könnte auch eine Wärmepumpenintegration energetisch sinnvoll sein, was jedoch in der Praxis überprüft werden müsste.</p> <p>Mittlerweile ist der ICE 3neo mit einer Propanklimaanlage ausgerüstet, was ohne Probleme verläuft, so dass weitere Züge folgen können.</p> <p>Durch diese Erprobung steht mit Propan nun neben <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/co2">CO2</a> und Luft ein drittes natürliches Kältemittel für Klimaanlagen in Schienenfahrzeugen zur Auswahl. Die Europäische Kommission soll im Jahr 2027 in der <a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/PDF/?uri=OJ:L_202400573">F-Gas Verordnung (EU) 2024/573</a> eine Regelung für Verbote von fluorierten Treibhausgasen in mobilen Kälte- und Klimaanlagen vorschlagen. Mit diesen drei natürlichen Kältemitteln sollte es für Züge möglich sein, zukünftig auf Lösungen mit natürlichen Kältemitteln umzustellen.</p> </p><p>Informationen für...</p>

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Physicochemical soil property data for archive samples of the Saxon agricultural soil monitoring program

The continuous agricultural soil monitoring program (BDF) by the Saxon State Office for Environment, Agriculture, and Geology (LfULG) is operational since 1995, collecting and analysing samples periodically from 60 monitoring sites across Saxony, Germany. This dataset provides physicochemical soil property data for 920 archive samples available from the Saxon soil information system FIS Boden, including soil organic carbon, total nitrogen, various total and extractable elemental contents, soil pH, cation exchange capacity, and particle size distribution. Additional soil physical data (bulk density, soil water retention) have been merged from undisturbed sample data, resulting in a total of 123 variables, though with varying availability. This dataset provides the majority of reference data for the mid-infrared soil spectral library for agricultural soils in Saxony, Germany.

Akzidentelle Elemente in der Tierernaehrung (Fluor, Blei, Arsen, Chrom)

Erforschung der Hemmung der tierischen Leistung durch die angegebenen Stoffe.

Analyse von Altholz

"Analyse von Altholz auf Verunreinigungen/Holzschutzmittel aus ausgewählten sächsischen Feuerungs- und Altholzaufbereitungsanlagen": Im Rahmen des Projektes wurden aus 22 Feuerungs- bzw. Altholzaufbereitungsanlagen 151 Holzproben auf folgende Parameter analysiert: Anorganische Wirkstoffe: Bor, Arsen, Fluor ges., Chrom ges., Kupfer, Quecksilber, Cadmium, Blei Organische Wirkstoffe: PCP, PAK (speziell Bezo(a)pyren), Lindan, EOX Aus chemikalienrechtlicher Sicht wurden die Analyseergebnisse zur Überprüfung der Einhaltung der Verbotsvorschriften herangezogen, d.h. es wurde überprüft, ob der Ausnahmetatbestand einer ordnungsgemäßen Abfallentsorgung erfüllt ist.

Energieeinsparung durch den vollständigen Ersatz der Gasphasenfluorierung durch ein lichtbasiertes Verfahren zur Modifikation von Silikonkautschukoberflächen, Teilvorhaben: Konzept

Silikonelastomere zeichnen sich durch ein hervorragendes Eigenschaftsprofil aus, das Elastizität, isolierende Eigenschaften, Medienbeständigkeit und physiologische Unbedenklichkeit umfasst. Diese Eigenschaften machen sie für viele Anwendungen in Industrie und im privaten Haushalt geeignet, wie z.B. Schläuche, Prothesen oder Sportprodukten. Trotz ihrer geschätzten Bulkeigenschaften ist die Oberflächen nicht ideal. Die Klebrigkeit und hohe Reibung werden als störend empfunden, die Anfälligkeit gegenüber Staub als unhygienisch. Derzeit wird zur Verbesserung der Oberflächenqualität die Gasphasenfluorierung eingesetzt, die jedoch mit hohen Energieaufwänden verbunden ist. Der Prozess umfasst die Herstellung von Fluorgas und den Energieverbrauch während der Fluorierung. Hinzu kommen Umweltbelastungen speziell durch den hohen Kraftstoffverbrauch für den Transport des Silikons zu externen Dienstleistern. Es sind aufgrund des hohen Gefährdungspotenzial im Umgang mit Fluor nur wenige in Deutschland verfügbar, so dass lange Fahrtstrecken nötig werden. Eine vielversprechende Alternative ist die Bestrahlung mit Vakuum-Ultraviolettstrahlung (VUV). Am Fraunhofer IFAM wurde gezeigt, dass Silikon durch diese Methode effektiv modifiziert werden kann. Der Prozess ist ressourceneffizient, da die eingesetzten Strahler eine hohe Umwandlungseffizienz aufweisen und ein Großteil der Strahlung für die Modifikation genutzt werden kann. Zudem ermöglicht der reduzierte Sicherheitsaufwand den Einsatz der VUV-Technologie vor Ort, was die Prozessflexibilität erhöht und den Transport zum Lohnfluorierer überflüssig macht. Das Projekt zielt darauf ab, die Gasphasenfluorierung vollständig durch die energieeffiziente VUV-Modifizierung zu ersetzen. Das übergeordnete Ziel ist es, den Wissensstand über den VUV-Prozess zu erweitern und ein Skalierungskonzept für eine Versuchsanlage in Modulbauweise zu entwickeln, um den Zugang zur Marktverwertung und prognostizierte Energieeinsparpotenziale zu realisieren.

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