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.
norganische Funktionsmaterialien spielen innerhalb der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts, etwa im Bereich der Informationstechnik oder der Energieerzeugung und -speicherung, eine zentrale Rolle. Dabei sind komplex strukturierte multifunktionelle Materialien auf rein anorganischer Basis sowie im Verbund mit organischen Anteilen zur Weiterentwicklung dieser Technologien von wesentlicher Bedeutung. Die Erzeugung solcher Materialien mit definierter Struktur und Stöchiometrie über die konventionelle Prozesstechnik, die in der Regel bei erhöhten Temperaturen und/oder Drücken sowie unter erheblichem verfahrenstechnischen Aufwand abläuft, stößt hierbei jedoch an ihre Grenzen. Demgemäß ist die Suche nach neuen Verfahren, die eine Generierung von diesen Materialien bei Umgebungsbedingungen und mit reduziertem prozesstechnischen Aufwand ermöglichen, derzeit Gegenstand weltweiter Forschungsanstrengungen. Für die Bildung von komplex strukturierten anorganischen Festkörpern bei Umgebungsbedingungen liefert die belebte Natur eindrucksvolle Beispiele. So entstehen durch Biomineralisationsprozesse Stoffe wie etwa Calciumphosphat oder -carbonat, deren Bildung genetisch determiniert ist und durch die Wechselwirkung mit Biomolekülen gesteuert wird, wobei unter anderem Selbstorganisationsprozesse eine Rolle spielen. Die hierdurch entstehenden anorganischen Materialien besitzen multifunktionelle Eigenschaften, wobei deren Eigenschaftsspektrum durch den Einbau von bioorganischen Komponenten erweitert wird. Wenngleich viele technisch relevante Materialien bei diesen natürlichen Prozessen keine Rolle spielen, ergeben sich hieraus unmittelbar aussichtsreiche Perspektiven zur Generierung neuer anorganischer Funktionsmaterialien durch spezifische molekulare Interaktionen zwischen bioorganischen und anorganischen Stoffen. Das Hauptziel dieses Schwerpunktprogramms ist daher die Übertragung von Prinzipien der Biomineralisation auf die Generierung von anorganischen Funktionsmaterialien und von deren Hybriden mit bioorganischen Anteilen. Zur Erreichung dieses Ziels werden Arbeiten durchgeführt (1) zur In-vitro- und In-vivo-Synthese anorganischer Funktionsmaterialien und deren Hybride mit bioorganischen Molekülen in Form von Schichten oder 3D-Strukturen, (2) zur Charakterisierung der Bildungsprozesse und der Struktur der Materialien sowie (3) zur Bestimmung und zum Design von deren physikalischen und chemischen Eigenschaften. Diese experimentellen Untersuchungen werden weiterhin durch Arbeiten zur Modellierung der Materialbildung, -struktur und -eigenschaften begleitet.
Im Rahmen des Projekts wird ein Prüfstand entwickelt und gebaut, mit dessen Hilfe gekühlte Komponenten aus der Brennkammer- und Turbinensektion untersucht werden können. Unter betriebsnahen Bedingungen wird ein Wärmeübergang an der Oberfläche der Proben geschaffen, der es unter Einsatz von Heißgas und Kühlluft erlaubt, thermische Beanspruchungen im Betrieb zu simulieren.
Schwerpunkt der Untersuchungen ist dabei eine thermisch-zyklische Beanspruchung der Proben mit dem Forschungsziel, Kühlkonzepte und neue Materialien für die Auslegung und Herstellung von Komponenten weiterzuentwickeln.
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.
Die Mitsubishi Chemical Advanced Materials GmbH stellt in Vreden (Nordrhein-Westfalen) thermoplastische Werkstoffe unter anderem für die Medizintechnik her. Sie ist eine Tochter des japanischen Konzerns „Mitsubishi Chemical Corporation“. Das Unternehmen stellt dabei unter anderem medizintechnische Produkte aus Polyethylen her. Beim bisher üblichen Herstellungsverfahren für diese Produkte kommt es in der Fertigung zu erheblichem Nachbearbeitungsbedarf und damit zu hohen Produktionsabfällen. In dem von der Mitsubishi Chemical Advanced Materials GmbH am Standort Vreden geplanten Hochtechnologiezentrum soll erstmalig in Deutschland die Produktion dieser medizintechnischen Teile mittels einer neu entwickelten Extrusionsanlage erfolgen. Diese innovative Verfahrenstechnik steigert die Ressourceneffizienz in der Produktion erheblich. Die aufwändige Nachbearbeitung entfällt. Weiterhin erlaubt das Verfahren erstmals die Verwertung von Produktionsabfällen, da diese direkt beim Hersteller anfallen. Schließlich zeichnet sich das neue Verfahren durch eine höhere Energieeffizienz aus, da eine Kühlung der Produktionsstücke bei der Extrusion entfällt. Der Energiebedarf sinkt von 6,7 Kilowattstunden pro Kilogramm Rohmaterial auf 4,4 Kilowattstunden pro Kilogramm Rohmaterial. Es kommt insgesamt zu einer Umweltentlastung von 400 Tonnen CO 2 pro Jahr.
Branche: Chemische und pharmazeutische Erzeugnisse, Gummi- und Kunststoffwaren
Umweltbereich: Ressourcen
Fördernehmer: Mitsubsihi Chemical Advanced Materials GmbH
Bundesland: Nordrhein-Westfalen
Laufzeit: seit 2020
Status: Laufend