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.
<p> <p>Die für den Schutz von Mensch und Umwelt zuständigen deutschen Bundesbehörden stellen den Forschungsbedarf aus regulatorischer Sicht dar.</p> </p><p>Die für den Schutz von Mensch und Umwelt zuständigen deutschen Bundesbehörden stellen den Forschungsbedarf aus regulatorischer Sicht dar.</p><p> <p>Neuartige Materialien können potentiell bei der Bewältigung von globalen und gesellschaftlichen Herausforderungen unterstützen. Dies betrifft beispielsweise die Anwendung im Gesundheitswesen, bei der Energiewende oder als Ersatz für bedenkliche Stoffe oder kritische Rohstoffe. Um den gesellschaftlichen Nutzen neuartiger Materialien jedoch voll auszuschöpfen, sind deren Sicherheit für Mensch und Umwelt sowie <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/nachhaltigkeit">Nachhaltigkeit</a> über den gesamten Lebenszyklus von zentraler Bedeutung. Dazu gehört es, mögliche negative Auswirkungen bei der Herstellung, der Nutzung und am Ende ihrer Verwendung rechtzeitig zu vermeiden oder zu mindern. Als Reaktion auf die Mitteilung der Europäischen Kommission zu „Advanced Materials for Industrial Leadership” (dt: „Fortgeschrittene Werkstoffe für eine industrielle Führungsrolle”) haben das Umweltbundesamt (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/uba">UBA</a>), die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), die Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA), das Bundesinstitut für Risikobewertung (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/bfr">BfR</a>) und die Physikalisch-technische Bundesanstalt (PTB) nun eine strategische Forschungsagenda für sichere neuartige Materialien veröffentlicht.</p> <p>Da Materialinnovationen mit dem Ziel gefördert werden, sicherere und nachhaltigere Lösungen im Vergleich zu herkömmlichen Chemikalien und Anwendungen zu bieten, muss sichergestellt werden, dass die Materialien selbst sicher sind. Die Sicherheitsforschung hinkt jedoch häufig der Innovation hinterher. Daher begleiten die für den Schutz von Mensch und Umwelt, sowie für die Metrologie zuständigen deutschen Bundesbehörden das rasante Innovationstempo von neuartigen Materialien mit einer langfristigen Forschungsstrategie, die sich auf den Forschungsbedarf aus regulatorischer Perspektive konzentriert. </p> <p>Die Strategie soll als Leitfaden für die Ausrichtung und Priorisierung der Forschung der deutschen Bundesbehörden dienen, soll aber auch politische Entscheidungsträger, Förderinstitutionen und die wissenschaftliche Gemeinschaft über den regulatorisch relevanten Forschungsbedarf für sichere neuartige Materialien informieren. Die vorgestellte Strategie zeigt die notwendige Sicherheitsforschung auf, die auf der einen Seite Regulierungsbehörden in die Lage versetzt, neuartige Materialien angemessen bewerten zu können, und auf der anderen Seite auch das „Safe and Sustainable by Design“ (SSbD) für Innovatoren unterstützt. </p> <p>Zu den von der Strategie abgedeckten Bereichen gehören:</p> <ul> <li>„Horizon Scanning” und Frühwarnsysteme zur Ermittlung relevanter neuartiger Materialien und ihrer Anwendungen, Identifizierung von Wissenslücken und Warnsignalen,</li> <li>Forschung zur Schließung von Wissenslücken zu Sicherheitsaspekten von neuartigen Materialien, um der Komplexität und zunehmenden Vielfalt neuartiger Materialien zu begegnen, </li> <li>Entwicklung von Prüf- und Bewertungsstrategien, um eine angemessene regulatorische Risikobewertung zu ermöglichen,</li> <li>rechtzeitige Entwicklung und Validierung aktueller harmonisierter Prüfverfahren als Grundlage für eine fundierte Risikobewertung auf Basis von zuverlässigen Gefahren- und Expositionsinformationen,</li> <li>Förderung einer sicheren und nachhaltigen Gestaltung neuartiger Materialien, um Innovatoren zu unterstützen.</li> </ul> <p>Für jeden dieser Bereiche skizziert die Strategie den aktuellen Stand der Forschung, den Forschungsbedarf und die erwarteten Auswirkungen der Forschung. Darüber hinaus hebt die Strategie übergreifende Themen hervor, die wichtige Voraussetzungen für erfolgreiche Forschung sind, wie beispielsweise die Datenerhebung nach den „FAIR-Prinzipien“, Digitalisierung, Vernetzung und Bildung sowie angemessene Ausstattung der Labore. Die Forschungsstrategie bietet außerdem einen Überblick über die aktuelle Forschung zu neuartigen Materialien durch die zuständigen deutschen Bundesbehörden. </p> <p>Die nun veröffentlichte „<a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/strategische-forschungsagenda-zu-neuartigen">Strategische Forschungsagenda zu neuartigen Materialien</a>“ ist die vierte Aktualisierung der gemeinsamen Forschungsstrategien zu Nano- und neuartigen Materialien der deutschen Bundesbehörden seit dem Jahr 2007.</p> <p>Die gemeinsame Forschungsstrategie in englischer Sprache ist auf der Website des UBA abrufbar: <a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/strategic-research-agenda-for-safe-advanced">Strategic Research Agenda for Safe Advanced Materials</a></p> </p><p>Informationen für...</p>
Das Ziel des geplanten Verbundforschungsvorhabens besteht in der Entwicklung neuartiger Werkstoffe für tribologische Anwendungen auf Basis von elastomeren, thermoplastischen und duromeren Grundwerkstoffen mit chemisch gekoppelten Polytetrafluorethylen-Mikropulvern (PTFE) bzw. inkorporiertem PE. Aus dem gesamten Spektrum der technischen Polymere werden repräsentative Vertreter aus den drei Kunststoffgruppen ausgewählt und für tribologische Einsatzgebiete entsprechend modifiziert. Carbonsäurefunktionalisierte PTFE-Mikropulver als Basismaterialien entstehen durch Strahlenmodifizierung von PTFE in Gegenwart von Sauerstoff. Die Synthese der speziell für die Kopplung mit anderen Polymersystemen modifizierten PTFE-Mikropulver bildet somit den Ausgangspunkt für die ingenieurtechnischen Arbeiten. Die Modifizierung von PA-66 durch chemische Kopplung mit maleinsäureanhydridgepfropftem Polyethylen (PE) mit der anschließenden selektiven Vernetzung des PE ist ein weiteres Arbeitsziel für vergleichende Untersuchungen zu den chemisch gekoppelten PTFE-Polyamidmaterialien. PTFE und PE zeichnen sich durch niedrige adhäsive Haftung bzw. Reibungszahl aus. PE besitzt zwar eine geringe Wärmeformstabilität, liegt aber preislich weit unterhalb von PTFE-Werkstoffen. Nach der Herstellung der neuen Werkstoffsysteme werden diese hinsichtlich der mechanischen und tribologischen Eigenschaften charakterisiert. Analog zu den Ergebnissen aus vorangegangenen Untersuchungen zur Herstellung und Charakterisierung von PTFE-Polyamid-6-Materialien am IPF und LKT wird durch die chemische Kopplung von PTFE bzw. PE mit den Matrixpolymeren anstelle der bisherigen physikalisch gebundenen Einlagerung die Verbesserung der tribologischen Eigenschaften und vor allem eine Erniedrigung der Reibungszahl und die Erhöhung der Verschleißfestigkeit angestrebt. Die chemisch gekoppelten PTFE bzw. PE-Werkstoffsysteme besitzen den Vorteil, dass die für die Verbesserung der tribologischen Eigenschaften verantwortlichen Zusatzstoffe nicht mehr aus der Matrix heraus gerieben werden können. Es sind somit die werkstoff- und verfahrenstechnischen Grundlagen für völlig neuartige Tribowerkstoffe zu entwickeln.Über die Untersuchung der Verarbeitungsbedingungen und eine erste Optimierung der tribologischen und Werkstoffeigenschaften werden grundlegende Erkenntnisse zu den Zusammenhängen zwischen den Strukturbildungs- und Struktur-Eigenschaftsbeziehungen erarbeitet. Der Ausgangspunkt für die Forschungsarbeiten in diesem Verbundprojekt sind die bisher erfolgreich durchgeführten Arbeiten zu einer chemischen Kopplung zwischen PTFE und PA-6 am IPF. Für die Elastomerkopplung werden die PTFE-PA-Produkte mit olefinischen Doppelbindungen modifiziert, die in der Mischungsherstellung bzw. während der Vulkanisation unter chemischer Kopplung mit dem Matrixelastomer reagieren. usw.
Breakthroughs in computing have led to the development of new generations of Earth Systems Models, which provide detailed information on how our planet may locally respond to the ongoing global warming, with unprecedented spatial and temporal resolutions of 1 km and a few minutes, respectively. This massive climate data may be of little value, if not utilized by engineers who are involved in developing technical solutions for real-world challenges. Engineers stand to benefit from seizing this opportunity and by incorporating climate data in engineering designs, solutions, and practices. This benefit is precisely the key driving force for founding the Research Training Group (RTG) on Climate-informed Engineering (CIE) as an emerging interdisciplinary field of research integrating state-of-the-art climate information with engineering education. A structured training strategy is designed in the RTG featuring a broad range of educational activities to facilitate training and promote early-career researchers who will contribute to developing the next generation of engineering solutions that are adaptive to climate. In doing so, we will integrate a new generation of climate models in our training through the active involvement of the Max-Planck Institute for Meteorology (MPI-M), an internationally renowned organization at the forefront of global efforts on climate models. Furthermore, the RTG offers a joint PhD program between TUHH and the United Nations University Institute for Water, Environment and Health (UNU-INWEH). Hence, the PhD candidates will benefit from the interactions with renowned experts at UNU and the UN on a variety of topics related to United Nations Sustainable Development Goals, which is at the heart of our RTG. The RTG will utilize engineering science and innovative approaches to develop new materials, processes, and predictive capabilities to help people, businesses, and ecosystem in the face of climate change. The RTG will include three main Research Areas, namely CIE for Built Environment, CIE for Process Engineering and CIE for Sustainable Resource Management and Environment. Ten projects are designed in the first funding phase, covering a wide range of topics, spanning from influence of climate on renewable resources and food engineering to developing novel materials for latent heat storage. The projects will couple indoor and outdoor climates based on Internet-of-Things technologies and will develop predictive capabilities for water and food security. All the principal investigators and PhD candidates share the common goal of employing new-generation climate information to devise strategies for mitigating climate change. This interdisciplinary RTG is the first of its kind, ultimately enabling engineers to build infrastructure and to develop new materials and processes that are informed by the climate data, which will be an increasingly important dimension of engineering education in the 21st century.
Im Verbund-Projekt BuKuMu sollen Multi-Wire verschaltete Solarmodule mit kostengünstigen busbarlosen, kupfermetallisierten Siliziumsolarzellen entwickelt und erprobt werden. Bei der Zellkontaktierung soll durch Vermeidung von Busbars und Verwendung von Kupferpasten eine signifikante Silbereinsparung erzielt werden. Durch die innovative TECC-Wire (thermoplastic electrically conductive coating) Technologie können busbarlose Zellen zu Strings verbunden und eine zuverlässige Verschaltung im Modul erreicht werden. Die Partner entwickeln im Verbund die notwendigen Materialien, Prozesse und Fertigungsanlagen und verifizieren Stabilität und Ertrag der silberarmen PV-Module. Das Teilprojekt zielt darauf ab, innovative Materialien für die Solarmodulproduktion zu entwickeln, um die europäische Solarindustrie zu stärken und unabhängiger von Importen zu machen. Dies ist ein wesentlicher Aspekt bei der Umsetzung des REPowerEU-Plans, der bis 2030 eine installierte PV-Kapazität von 600 GWp vorsieht (Vervierfachung zu 2020). Eine zentrale Herausforderung hierbei ist die Bereitstellung von Ressourcen, vor allem Silber, dessen Verfügbarkeit einen Engpass für die Steigerung der Solarzellenproduktion darstellt. Um dieses Risiko zu verringern, entwickelt der ASt zwei innovative Materialien, die es ermöglichen den Silbereinsatz drastisch zu reduzieren oder ganz zu vermeiden: 1) Niedertemperatur-Metallisierungspasten auf Basis von Kupfer- oder silberbeschichteten Kupferpartikeln für die Kontaktierung von aktuell dominierenden (TOPCon) und künftig wichtiger werdenden Solarzellen-Typen (Si-Heterojunction und Si-Perowskit-Tandem). 2) Kupferdrähte, die mit einer silberfreien, thermoplastischen Klebstoffschicht ummantelt sind, für die busbarlose Verbindung von Solarzellen nach dem TECC-Wire Konzept. Diese Maßnahmen sollen die Abhängigkeit von Silber reduzieren und damit Kosteneffizienz und Nachhaltigkeit der europäischen Solarzellenproduktion verbessern.