Um die Ziele des 7. Energieforschungsprogramms effizient und schnell realisieren zu können, sollen mit dem AG Turbo Verbundprojekt TurboHyTec technologische Fragestellungen untersucht werden, die sich neuen Anforderungen an Turbomaschinen in der Energiewende konzentrieren. Das Verbundprojekt gliedert sich in 4 Arbeitspakete: Für die Realisierung einer Wasserstoff-Energieinfrastruktur werden im AP1 'Wasserstoff-Anwendungen' sowohl Verdichter für den Wasserstoff-Transport als auch Gasturbinen für die Wasserstoff-Rückverstromung betrachtet. Es stehen innovative Fertigungsverfahren und die Anwendung neuartiger Werkstoffe im Vordergrund. Zudem werden Themen bearbeitet, welche die Verbrennung in einer Gasturbine bei einem Einsatz von Wasserstoff optimieren. Im AP2 'Energiespeicher' werden Verdichter-Komponenten für den Einsatz als Wärmepumpen und Expansionsturbinen als Bestandteile von Energiespeichersystemen erarbeitet. Neben einer nachhaltigen Stromversorgung ist die Bereitstellung von grüner Wärme für die Industrie essenziell. Um bestehende Wärmeversorgungsanlagen und neuartige Wärmeenergie-Speicheranlagen an den zukünftigen flexiblen Betrieb anpassen zu können, der bei der Interaktion mit erneuerbarer Energiebereitstellung zwangsläufig entsteht, werden im AP3 'Flexibilisierung' derartige Aufgabenstellungen an Verdichtern und Turbinen durchgeführt. Für die Auslegung, die Produkterstellung und den Betrieb von Turbomaschinen und deren Bauteilen wird eine durchgängige Digitalisierung angestrebt. Daraus leiten sich Anpassungen in den Abläufen mit einer stärkeren Virtualisierung und weitergehenden Simulationsansätzen über den gesamten Produktentstehungsprozess und den Betrieb der Anlagen ab. Interdisziplinäre Simulationen sollen bereits in frühen Projektphasen eingesetzt werden. In dem AP4 'Digitalisierung' werden diese Themenfelder adressiert. SIEMENS Energy beteiligt sich dabei direkt an den Hauptarbeitspaketen 'Flexibilisierung' und 'Digitalisierung'.
Mehr als 90 Prozent der anthropogen emittierten Stickstoffoxide entstehen als Nebenprodukte von Verbrennungsvorgängen. Verursacher sind Kfz-Motoren, Feuerungsanlagen der Kraftwerke, Industriebetriebe und Hausheizungen. Der Verkehr ist die Emittentengruppe mit den höchsten Anteilen an Stickstoffoxiden (NOX). Trotz der in den vergangenen Jahren verstärkten Anstrengungen, die NOX-Emissionen zu reduzieren (Kfz-Katalysatoren, Rauchgasentstickungsanlagen) führen hohe Verkehrsdichten in Ballungsräumen und oftmalige Inversionswetterlagen zu erheblichen NOX-Belastungen. So kommt es, dass in Innenstadtbereichen trotz der erwähnten Emissionsminderungsmaßnahmen, aufgrund des ständig steigenden Verkehrsaufkommens, Grenz- bzw. Richtwerte überschritten werden. Ein neues Verfahren zur Minimierung der Immissionen basiert darauf, vorhandene Gebäudeoberflächen (z. B. Dächer, Häuserfassaden, Verglasungen) zur Reduktion von Stickoxiden in städtischen Atmosphären zu nutzen. Hierzu sollen die katalytischen bzw. photokatalytischen Eigenschaften bestimmter Substanzen gezielt baulich eingesetzt werden. Der katalytische Abbau von NOX in Rauchgasentstickungsanlagen ist ein umfangreich erforschtes Gebiet der technischen Chemie. Erst oberhalb Temperaturen von 250 - 400 Grad C erreichen die Katalysatoren Umsatzgeschwindigkeiten, die für die technische Nutzung brauchbar sind. In Großstädten stehen ausgedehnte Gebäudeflächen zur Verfügung. Würde ein Teil dieser Flächen aus katalytisch aktiver Bausubstanz bestehen, so wären hier auch langsame, auf niedrigem Temperaturniveau (Sommeraußentemperatur) stattfindende katalytische Reaktionen interessant, da die großen Flächen den Nachteil geringer Umsätze kompensieren würden. Diese neue Gruppe von funktionellen Baustoffen für den passiven katalytischen Schadstoffabbau werden als p-Baustoffe (Protective Integrated Building Materials) bezeichnet. Erste Voruntersuchungen mit beschichteten Dachsteinen waren erfolgreich.
Es ist fraglich, ob die gegenwärtige Vorgehensweise in der Risikobewertung von chemischen Stoffen auch einen sachgerechten Umgang mit neuartigen Materialien erlaubt. Herausforderungen für die Chemikaliensicherheit und Handlungsbedarf für einen sachgerechteren Umgang mit neuartigen Materialien wurden im Rahmen von drei internationalen Themenkonferenzen identifiziert und Ansätze zum Umgang mit neuartigen Materialien aus behördlicher Sicht durch BAuA, BfR und UBA abgeleitet. Das Vorhaben betrachtet Nanocarrier als ein Fallbeispiel für neuartige Materialien, die Herausforderungen für die Risikobewertung gemäß EU-Chemikalienrecht mit sich bringen. Im Vorhaben werden dazu Literaturrecherchen zu den vorhandenen oder sich in Entwicklung befindlichen Nanocarriern und deren (potentiellen) Anwendungen vorgenommen. Aus der so erhaltenen Übersicht werden exemplarisch drei Nanocarrier-Typen und ihre möglichen Wirkstoffe für weitere Untersuchungen ausgewählt, die hinsichtlich Materialeigenschaften, Umweltverhalten und ihrer spezifischen Anwendung (z.B. in Medizin oder Landwirtschaft) besondere Herausforderungen für die Risikobewertung erwarten lassen. Für die ausgewählten Nanocarrier werden Prüfstrategien (weiter-)entwickelt und labortechnisch umgesetzt, um ihr Umweltverhalten und die potenzielle Freisetzung des transportierten Wirkstoffes unter umweltrelevanten Bedingungen näher zu untersuchen. Der Fokus liegt hierbei auf der Beurteilung der Mobilität und der Abbaubarkeit des Nanocarriers in aquatischen Systemen sowie auf der nicht-intendierten Freisetzung des Wirkstoffes. Auf diesem Wege soll das Vorhaben zur Entwicklung einer umfassenden Risikobewertung des Umweltverhaltens von Nanocarriern beitragen.
The report describes the state of knowledge and technology on current and future applications of advanced materials in the various technologies to support the energy transition. Based on a literature review, a systematic overview of applications of advanced materials for the generation, saving, storage and transportation of renewable energies and energy sources is presented. In addition, based on specific relevance criteria, ten advanced materials identified in the systematic overview were examined closer for their specific potential for the energy transition but also with regard to potential challenges for chemical safety and sustainability which may lead to conflicting objectives. Veröffentlicht in Texte | 83/2025.