Typisches Rohstoffmaterial für Freiform-Faserformteile sind Zellstoff und Holzstoff, also aus forstwirtschaftlichen Beständen gewonnene Naturfasern. Die in diesem Vorhaben thematisierte Verarbeitungsart, welche auf dem patentierten Vakuumtrocknungsverfahren basiert, eignet sich theoretisch ebenfalls um Sekundärrohstoffe (Altpapier, Papierproduktionsabschnitte) und Faserreststoffe (Zwangsanfallstoffe bspw. aus diversen Pflanzenteilen und pflanzlichen Verarbeitungsreststoffen) zu verarbeiten. So können Pflanzenreste einer wertschöpfenden und ressourcenschonenden Verarbeitung unterzogen werden:
Durch das Forschungsvorhaben wird eine Technologie erarbeitet, durch die diese in kleinen Mengen und saisonal vorkommenden Ressourcen ökonomisch zielführend und stofflich verarbeitet werden können. Forderungen des Kreislaufwirtschaft- und Abfallgesetzes kann so entsprochen werden. Das Vorhaben erschließt neue Einsatzgebiete für bio-basierte Materialien und zeigt Perspektiven für neue Produkte aus biologisch abbaubaren Materialien auf.
Primär- und Sekundärrohstoffe werden über ein Screening des Marktes erarbeitet, in Materialuntersuchungen und-analysen werden deren Eignung für die Herstellung von flächigen Faser- und Reststoffhalbzeugen untersucht. Gemeinsam mit potenziellen Anwendern aus der Industrie und Wissensträgern zum Thema nachhaltiger Materialverarbeitung und -anwendung werden Demonstratoren ausgewählt und umgesetzt. Die Erstellung eines Eigenschaftskatalogs für die ausgewählten Materialien wird angestrebt, abschließende Bauteil- und Verfahrenscharakterisierung hinsichtlich der Eignung für die identifizierten Anwendungsgebiete sind geplant.
Zusammensetzung und Menge der organischen Bodensubstanz (OBS) werden durch die Landnutzungsform beeinflußt. Die OBS läßt sich nach ihrer Abbaubarkeit und nach ihrer Löslichkeit in verschiedene Pools einteilen. So kann die wasserlösliche organische Bodensubstanz (DOM) als Maßzahl für die abbaubare OBS herangezogen werden. Mit Natriumpyrophosphat-Lösung als Extraktionsmittel läßt sich ein weit größerer Anteil der OBS erfassen, da der stabilisierende Bindungsfaktor zwischen OBS und Bodenmineralen entfernt wird. Extrahiert man zuerst mit Wasser und anschließend mit Natriumpyrophosphat-Lösung, erhält man im letzten Schritt den schwer abbaubaren OBS-Anteil. Über die funktionelle Zusammensetzung der organischen Substanz dieser Pools und deren Abhängigkeit von Landnutzungsformen ist relativ wenig bekannt. Ziel der geplanten Untersuchung ist es, den Pool der löslichen abbaubaren und schwer abbaubaren OBS zu quantifizieren und deren funktionelle Zusammensetzung mittels FT-IR Spektroskopie zu erfassen. Die so gewonnenen Daten sollen der Validierung von Soil Organic Matter Turnover modellen (z.B. Roth 23.6) dienen und die im Modell berechneten Pools um einen qualitativen Term ergänzen. In Zusammenarbeit mit anderen Arbeitsgruppen sollen im DFG-Schwerpunktprogramm 1090: ;Böden als Quelle und Senke für CO2 die Pools der löslichen abbaubaren und schwer schwer löslichen, schwer abbaubaren organischen Bodensubstanz (OBS) quantifiziert, die funktionelle Zusammensetzung dieser Pools mittels FT-IR Spektroskopie erfasst und Abbaubarkeit der erhaltenen Extrakte überprüft werden, um Mechanismen, die zur Stabilisierung der OBS führen, aufzuklären.
Die PackEx GmbH ist ein 100%iges Tochterunternehmen der August Faller GmbH & Co. KG, einer mittelständigen Unternehmensgruppe, die an vier Standorten in Deutschland und zwei weiteren Standorten in Dänemark und Polen Faltschachteln, Beipackzettel und Etiketten für pharmazeutische Produkte herstellt.
Gegenwärtig zum Einsatz kommende Fertigungstechnologien bei der Herstellung von Faltschachteln sind aufgrund des hohen Einrichtungsaufwands der Maschinen mit langen Lieferzeiten und hohen Fixkosten verbunden. Sie sind ungeeignet für die zunehmend von den Kunden nachgefragte Verarbeitung kleiner Mengen und führen zu Überproduktionen und einem hohen Abfallanfall.
Ziel des Vorhabens ist die Errichtung einer Anlage zur vollumfänglich digitalisierten Kleinserienfertigung von Faltschachteln am Produktionsstandort in Worms. Bestellungen sollen rein digital über eine webbasierte Softwarelösung des Unternehmens erfolgen. In automatisierten Auftragsverarbeitungsprozessen werden die Aufträge zusammengefasst, gemeinsam auf Sammelbögen gedruckt und gestanzt. Für den Druck werden das Offsetdruckverfahren und das im Faltschachteldruck noch nicht weit verbreitete Digitaldruckverfahren eingesetzt - mit jeweils erstmaliger marktreifer Anwendung des 7-Farbdruck-Systems. Das Schneiden und Rillen der Kartonbögen erfolgt mit Hilfe von Lasertechnologie. Daneben kommt eine innovative Weiterentwicklung des konventionellen Stanzens, die größenvariable Stanzformen ermöglicht, zum Einsatz. Auch der Klebeprozess und die Qualitätskontrolle via High-Speed-Kamerasystem werden digital gesteuert. Für den Versand der Kleinmengen werden auftrags-individuell passende Umkartons hergestellt, sodass eine Auslieferung per Paketdienst - anstelle der sonst üblichen Lieferung per Spedition auf Europaletten - möglich ist.
Durch die zusammengefasste Verarbeitung verschiedener Kundenaufträge und den Einsatz der innovativen Fertigungstechnologien lassen sich kleine Auflagen von Faltschachteln erheblich ressourceneffizienter als mit herkömmlichen Verfahren produzieren. So kann der Rohmaterialeinsatz im Durchschnitt um rund 87 Prozent gesenkt werden. Bei voller Auslastung der geförderten Produktionskapazität von jährlich 25 Mio. Faltschachteln ergeben sich dadurch CO2-Einsparungen in Höhe von 465 Tonnen. Gleichzeitig führt der flexible Fertigungsprozess zur Vermeidung von Überproduktionen und zu ca. 500 Tonnen weniger Abfall im Jahr.
Chrom (Cr) liegt in der wässrigen Phase als Cr(III) in kolloidaler oder suspendierter Form und gelöst als Cr(VI) vor. Cr(VI) wirkt auf den menschlichen Organismus kanzerogen. Studien zeigen, dass die Belastung von Grundwässern mit Cr(VI) ein flächendeckendes Problem in Deutschland und Weltweit darstellt. Die sich aus der beschriebenen Problematik ergebende Zielsetzung dieses Projektes ist die Produktentwicklung eines effizienten und kostengünstigen Filtermateriales zur selektiven Entfernung von Cr(ges) und Cr(VI), das Vorteile gegenüber den bestehenden Verfahren bietet. Dieses Material soll selektiv wirken, keine vorherigen Aufbereitungsschritte benötigen, das absorbierte Chromat nachhaltig immobilisieren und somit aus dem Wasserkreislauf entziehen und kompatibel mit der Entfernung von anderen Schadstoffen sein. Das entwickelte Filtermaterial soll im Laufe des Projektes an real mit Cr(VI) belasteten Grundwasserstandorten und industriellen Abwässern getestet werden. Die TU Berlin ist in vielen Arbeitspaketen von AquaChromSorb involviert. Im Labor werden neue Produkte in kleinen Mengen entwickelt und umfangreichen Tests unterzogen. Die Optimierung der Materialien erfolgt iterativ in Abhängigkeit der Versuchsergebnisse. Zusätzlich werden Kleinfiltertests mit künstlichen und realen Wässern durchgeführt. Vor der Produktion größerer Chargen für den Einsatz in Pilotfiltern wird das neu entwickelte Filtermaterial umfangreich mineralogisch und petrologisch charakterisiert. Die Pilotversuche werden zudem durch parallele Laborversuche begleitet. Die Ergebnisse werden mit Modellansätzen ergänzt bzw. verglichen. Schließlich wird die Machbarkeit und Effizienz bewertet. Begleitet werden die Untersuchungen durch Diskussionen, Vorträge und Veröffentlichungen.
Um die Sicherheit unseres Trinkwassers zu gewährleisten, soll es auf eine Vielzahl von Pathogenen und Toxinen hin untersucht werden. Mittels magnetischer Detektion von Nanosonden, die spezifisch an Pathogene oder Toxine binden, sollen möglichst viele verschiedene Kontaminationen in einem Analyseschritt erfasst werden (Multiplex-Magnetdetektion). Die Erforschung dieser multiparametrischen magnetischen Immunodetektionstechnik und ihre praktische Nutzbarmachung ist das zentrale Ziel dieses Teilvorhabens. Nach magnetischer Separation aus dem Probenvolumen sollen die Nanosonden innerhalb eines Detektionskompartiments analysiert werden. Dabei dienen die an Pathogene oder Toxine gebundenen magnetischen Nanosonden einerseits als magnetische Handgriffe zur Aufkonzentration, d.h. zum Herausfischen einer kleinen Menge von markierten Verunreinigungen aus einem großen Wasservolumen mit einem Magneten, und andererseits als charakteristische Marker für den Verunreinigungstyp. Es sollen verschiedene Typen magnetischer Nanopartikel identifiziert werden, die gut magnetisch separierbar sind und sich leicht mittels magnetischer Frequenzmischung detektieren lassen. Für die multiparametrische Magnetdetektion wird das Verfahren der magnetischen Frequenzmischung so erweitert, dass sich innerhalb eines Messschrittes mehrere Pathogene und Toxine parallel detektieren und unterscheiden lassen. Mögliche Unterscheidungsmerkmale der Partikelsorten wie Phasen der Frequenzmischungskomponenten, Spektren der Intermodulationsprodukte und Feldskalenkonstanten werden analysiert. Mehrparametrische magnetische Assays sollen realisiert werden, indem die Frequenzmischsignale der jeweils an verschiedene Pathogene gebundenen Magnetpartikelsorten unterschieden werden. Die Magnetspulen werden angepasst, um die neue Detektionstechnik in eine kompakte Analyseeinheit zu überführen. Schließlich soll der Aufbau eines mobilen Analysesystems erfolgen und die neuen Techniken evaluiert werden.