Von den ca. 2,7 kWh Energie, die für die Erzeugung von 1 kg Papier benötigt werden, ent-fällt etwa 1/3 auf elektrische Energie. Sie wird vor allem für die Antriebe sowie zu einem nicht unerheblichen Teil für die verschiedenen Vakuumsysteme benötigt. Im Bereich der Feinpapiererzeugung liegt dieser Anteil bei etwa 13 Prozent des elektrischen Energiebedarfs. Die Erfahrungen der Anlagenbetreiber und der Maschinenhersteller zeigen, dass die Vakuumanlagen häufig nicht optimal betrieben werden. Von den Versuchsergebnissen wird insbesondere erwartet: die Identifikation der Optimierungsmöglichkeiten, die Erarbeitung entsprechender Optimierungsstrategien (hierzu könnte z.B. die entsprechende Mitarbeiterschulung gehören) sowie die Erarbeitung von Vorschlägen zum Ersatz von Vakuumanwendungen durch weniger energieintensive Verfahren (z.B. bei der Filzreinigung/-konditionierung).
Zur Herstellung von Papier werden groessere Mengen an Wasser benoetigt. Sowohl die Beschaffung des Frischwassers als auch die Beseitigung des Abwassers stossen auf zunehmende Schwierigkeiten. Eine Moeglichkeit zur Loesung dieses Problems besteht in der wiederholten Verwendung des Fabrikationswassers in einem geschlossenen Kreislauf. Dieses Verfahren stoesst jedoch auf verschiedene Probleme, die z.T. durch die starke Vermehrung von Mikroorganismen hervorgerufen werden. In dieser Studie wurde die Mikroorganismen-Flora eines geschlossenen Kreislaufs analysiert. Es zeigte sich, dass es zu einer Massenentwicklung von anaeroben Bakterien kommt, von denen Bifidobakterien den groesseren Teil bilden. Entsprechend wies das Wasser auch signifikante Mengen von Stoffwechselprodukten dieser Bakterien auf, die gaschromatographisch identifiziert wurden (versch. organische Saeuren).
FOREST wird die heutige industrielle Papierherstellung in Richtung einer CO2 -neutralen Produktion revolutionieren und somit wesentlich zum Schließen des 'Circular Gaps' in der Energiewende in Deutschland beitragen. Dazu wird ein modularer digitaler Zwilling für Papierherstellungsprozesse entwickelt. Dieser macht Energie- und Stoffflüsse, und damit schlussendlich auch CO2-Flüsse und -Footprints, bis auf die Teilprozess- und Teilprodukt-ebene herunter erfassbar. Die Erfassung erfolgt dabei nicht nur auf der Planungsebene (ERP), sondern direkt auch auf der Prozessebene (MES/Edge) im Zusammenspiel mit der digitalen Modellierung. Das Framework schafft damit ein Potenzial für die zielgerichtete Beschleunigung der Transformation der Papierindustrie zur Klimaneutralität durch die Bewertung aktueller Prozesse, aber auch die zielscharfe Abschätzung des Impacts möglicher Entwicklungen.
Der Umgang mit Nichtlinearitäten und die Frage des Upscaling stellen eine der größten Herausforderungen für technische und umweltrelevante Anwendungen im Gebiet der Strömungs- und Transportphänomene in porösen Medien dar. Eine Vielzahl hierarchischer (räumlicher und zeitlicher) Skalen können in porösen Medien identifiziert werden, die im Allgemeinen mit deren Heterogenitätsstrukturen zusammenhängen. Strömungs- und Transportphänomene können von gekoppelten Mechanismen verursacht oder beeinflusst werden, die von einem nichtlinearen Zusammenspiel von physikalischen, (geo-)chemischen und/oder biologischen Prozessen herrühren. Um Probleme auf diesem Feld sinnvoll angehen zu können, ist eine interdisziplinäre Umgebung unerlässlich. Die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zeichnen sich in den unterschiedlichsten Arbeitsgebieten aus: angewandte Mathematik, Umwelt- und Bauingenieurwesen, Geowissenschaften und Erdölingenieurwissenschaften. Die gemeinsamen niederländisch-deutschen Forschungsprojekte werden an der TU Delft, der TU Eindhoven, der Universität Utrecht und der Universität Stuttgart durchgeführt. Grundlagenforschung, so wie etwa die Anwendung stochastischer Modelle und die Entwicklung effizienter numerischer Methoden, soll mit angewandter Forschung auf Feldern wie der Optimierung von Brennstoffzellen, Sequestrierung von CO2 oder der Vorhersage von Hangrutschungen verbunden werden. Als mögliche weiterführende Themen werden auch Anwendungen in der Papierherstellung oder der Biomechanik angestrebt. Ein zentraler Aspekt des Internationalen Graduiertenkollegs ist ein Lehrprogramm, das die Unterstützung von Lehre und Forschung von jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zum Ziel hat. Dies soll erreicht werden, indem anspruchsvolle Kurse angeboten werden, die typischerweise die Fragestellungen der jungen Wissenschaftler abdecken. Außerdem soll alle vier Wochen via Videokonferenz ein Graduiertenseminar zur Diskussion von Forschungsergebnissen stattfinden. Es soll weiterhin ein Austauschprogramm geben, das Doktorandinnen und Doktoranden erlaubt, sechs bis neun Monate im Partnerland zu verbringen. Das somit entstehende internationale und interdisziplinäre Umfeld wird es Doktorandinnen und Doktoranden ermöglichen, effizient Spitzenforschung auf dem Feld der Nichtlinearitäten und des Upscaling im Untergrund durchzuführen.