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Skalierbare Elektrolyseure mit innovativen Materialien für den Wasserstoffexport nach Deutschland, Teilvorhaben: Bewertung der Leistungsfähigkeit der Elektrolysezellen und Alterungsanalyse

Nanotechnologie im Bereich der Lebensmittel

Ziel der Studie besteht darin, die Zukunftsperspektiven der Nanotechnologien im Bereich der Lebensmittel und Lebensmittelverpackungen mit einem interdisziplinären Ansatz abzuschätzen und relevante Chancen und Risiken aufzuzeigen. Auf Basis einer Analyse der relevanten wirtschaftlichen, rechtlichen und gesellschaftlichen Aspekte wird eine integrierte Gesamtbeurteilung der nanotechnologischen Verfahren und Produkte im Vergleich zu möglichen alternativen Entwicklungspfaden vorgenommen. Aus der Gesamtbeurteilung werden spezifische Empfehlungen abgeleitet, ob und wie ein nachhaltiger Umgang mit Nanotechnologien im Lebensmittelbereich realisiert werden könnte.

RUBIN - AIX-Net-WWR - VP5 DEZI, TP5.1: Anwendungsnahe Entwicklung von (NF-) Membranen und (FCDI-) Demonstrator

RUBIN - AIX-Net-WWR - VP5 DEZI, TP5.4: Entwicklung eines Demonstrators für FCDI

Neuartige Materialien: Forschung für die Sicherheit

<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.&nbsp;</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.&nbsp;</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.&nbsp;</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:&nbsp;<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>

Aktivmaterialien aus gepressten Spänen - Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Herstellung eines Aktivmaterials für elektrische Maschinen aus recycelten Blechabfällen

Zielsetzung: In diesem Forschungsvorhaben soll ein neuartiges, recyceltes Aktivmaterial aus einer Stahllegierung für elektrische Maschinen (EMn) mithilfe eines innovativen, nachhaltigen Herstellungsverfahrens entwickelt werden. Die Grundidee des Projekts besteht darin, eine Recyclingroute für Blechpakete aus ausgemusterten Statoren und Rotoren von EMn sowie für den bei der Herstellung neuer Blechpakete anfallenden Blechschrott zu etablieren. Diese neue Recyclingroute zeichnet sich dadurch aus, dass die für neue EMn benötigten Statoren und Rotoren durch das Verpressen von Metallspänen hergestellt werden – anstelle des üblichen Weges über Verschrottung, Einschmelzen, Stranggießen sowie anschließendes Warm- und Kaltwalzen. Die Antragsteller verfolgen das Konzept, sämtlichen Schrott zu zerkleinern, die entstehenden Späne chemisch zu beschichten und anschließend durch ein Umformverfahren in die finale Geometrie von Stator- und/oder Rotorbauteilen zu verpressen. Das gepresste Bauteil kann dann als Aktivmaterial oder als Teil davon, z.?B. in einem EM oder in Transformatoren, eingesetzt werden. Fazit: Das gepresste Bauteil kann anschließend als Aktivmaterial oder als Teil davon verwendet werden, z.?B. in einer elektrischen Maschine (EM) oder in Transformatoren. Der daraus resultierende neuartige Werkstoff „Compacted Chip Magnetic Composite“ (CCMC) besteht aus recycelten, isolierten Blechspänen und ähnelt damit den heute bekannten weichmagnetischen Pulververbundwerkstoffen (SMC – Soft Magnetic Composites). Zur Validierung dieser Idee wird der Einfluss verschiedener Spangeometrien, deren Isolierung sowie weiterer Prozess- und Systemparameter im Herstellungsprozess untersucht. Die Ergebnisse dieser Forschung sollen dazu beitragen, den Einsatz von recyceltem Blechschrott in der Elektromobilität und anderen Anwendungen (z.?B. Transformatoren und/oder andere elektrische Maschinen zur Magnetfeldinduktion) zu verbessern und die Nachhaltigkeit von EMn zu erhöhen. Gelingt es, den Energiebedarf für das Recycling von EMn deutlich zu senken, kann dies einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung des CO2-Fußabdrucks zukünftiger elektrischer Maschinen leisten. Die in den Kreislauf zurückgeführten Motorkomponenten helfen dabei, den Verbrauch nicht erneuerbarer Rohstoffe sowie den Energiebedarf, die CO2-Emissionen und den Wasserverbrauch zu verringern.

Verminderung des Ressourcenverbrauchs im Binder Jetting D-Druck durch > 98 % Wiederverwendbarkeit nicht verbauten Pulvers

Zielsetzung: In der additiven Fertigung ist es üblich, dass die eingesetzten Ausgangsmaterialien nicht vollständig verwendet werden können. Für die am weitesten verbreiteten pulverbettbasierten Verfahren MJF (Multi-Jet-Fusion) und SLS (Selektives Laser-Sintern) mit dem Material PA12 bedeutet das, dass bis zu 50 % des Pulvers am Ende nicht weiterverwendet und entsorgt werden müssen. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines innovativen Materials für das Binder-Jetting-Verfahren unter Verwendung der von Additive Elements entwickelten TLC-Technologie (Thermal Liquid Curing). Durch die nahezu vollständige Wiederverwendbarkeit des Pulvers (>98 %) streben wir eine Reduktion des Pulver-verbrauchs um mehr als 50 % im Vergleich zum MJF-Verfahren an - bei gleichzeitig verbesserten mechanischen Eigenschaften (Bruchfestigkeit von mindestens 45 MPa und Bruchdehnung von 10 %). Zusätzlich ermöglicht unser Verfahren eine Reduzierung des Energieverbrauchs um 81 %, da es mit deutlich niedrigeren Temperaturen arbeitet (40-70 °C anstatt >200 °C bei MJF/SLS)

Modul E16 - Innovative Materialien - 2024-2026

Katalytisch aktive Baustoffe zum Abbau von Schadstoffen in städtischen Atmosphären

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.

Untersuchung ökotoxischer Effekte von faser- und plättchenförmigen neuartigen Materialien für die Ableitung angepasster Prüfstrategien

Faser- und plättchenförmige neuartige Materialien wie beispielswiese Kohlenstoffnanoröhrchen, Graphene oder MXene weisen außergewöhnliche mechanische, elektronische, optische und chemische Eigenschaften auf. Sie werden daher für eine Vielzahl von Anwendungen untersucht. Diese umfassen beispielsweise optoelektronische Anwendungen (z.B. Solarzellen, Leuchtdioden), Sensortechnik, Verbundmaterialien (z.B. für elektrische Leitfähigkeit, EMV-Abschirmung), Energiespeicherung, Katalysatoren oder Textilien (z.B. für elektrische Leitfähigkeit, Flammschutz). Faser- und plättchenförmige neuartige Materialien können aufgrund ihrer Eigenschaften methodische Herausforderungen für die regulative Risikobewertung gemäß EU-Chemikalienrecht mit sich bringen. Welche Mechanismen zur ökotoxischen Wirkung dieser Materialien beitragen, ist wenig untersucht. Zudem besteht die Besorgnis, dass mögliche ökotoxische Wirkungen der Materialien über die klassischen Methoden nicht ausreichend aufgeklärt werden können. Somit besteht der Bedarf geeignete Prüfstrategien zu entwickeln, die es ermöglichen relevante Mechanismen und (sub)letale Effekte zu identifizieren, die eine spezifische Einschätzung des ökotoxischen Potentials faser- und plättchenförmiger neuartiger Materialien erlauben. In dem Vorhaben sollen daher besondere Wirkmechanismen und relevante (sub)letale Effekte dieser Materialien recherchiert werden. Davon ausgehend soll abgeleitet werden, welche Prüfsysteme zum Einsatz kommen müssen, um spezifische Aussagen zur Ökotoxikologie dieser Materialien vornehmen zu können. Ausgewählte Prüfsysteme sollen exemplarisch anhand von ausgewählten faser- und plättchenförmigen Materialien erprobt und adaptiert werden. Auf diese Weise sollen Empfehlungen abgeleitet werden, wie nicht-klassische Effekte im Rahmen der Umweltrisikobewertung solcher Materialien berücksichtigt werden könnten und welche weiteren Schritte vorgenommen werden müssten.

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