Zielsetzung:
Batterien spielen eine entscheidende Rolle in der Transformation der (Strom-)Wirtschaft zu einer CO2 neutralen Zukunft. Die Emissionsreduktion hängt primär vom vorliegenden Strom- bzw. Energiemix ab. Einerseits für den Energieaufwand während der Erzeugung, andererseits während ihres Betriebs. Überdies dürfen CO2 Emissionen für die Erzeugung, Raffinierung und den Transport von Grundmaterialien nicht vernachlässigt werden. Hier setzen die in diesem Projekt beschriebenen Innovationen an. Aktuelle State-of-the-Art LIB Batterien verwenden einerseits nicht weltweit geläufige Rohstoffe, wie Lithium, Kobalt, Nickel, Mangan und Graphit. Diese Rohstoffe werden primär in China raffiniert. Die so hergestellten Ausgangsmaterialien werden dann ihrerseits erneut über weite Strecken transportiert. Anodenseitig wird aktuell Graphit verwendet. Beispielsweise stammen sowohl natürlicher (74%) als auch synthetischer Graphit (51%) primär aus China, weswegen chinesische Exportrestriktionen auf diesen essentiellen Zellbestandteil ein zusätzliches Hemmnis für die europäische LIB Technologie darstellen. Zusätzlich bedürfen LIB Batterien deutlich mehr CO2 in der Herstellung aufgrund der Anforderung an die Trockenräume, was bei NIB zumindest mit zusätzlicher Forschung deutlich reduzierbar wäre. Im Gegensatz dazu beruhen die Materialien für hier entworfene NIB auf weltweit geläufigen Mengenrohstoffen, was sowohl Kosten, CO2 Emissionen, Umweltbelastungen, und eben auch Abhängigkeiten von außereuropäischen Ländern minimiert.
Für eine Transformation hin zu einer nachhaltigen, erneuerbaren Wirtschaft sind billige Energiespeicher essenziell. Seit langem werden in den Roadmaps NIB als die beste Zukunftstechnologie bezeichnet, um möglichst kostengünstige Energiespeicher zu bauen. Daher wurde ein Konzept der vertikalen Integration entlang der Wertschöpfungskette erarbeitet, dass mit hoher Erfolgswahrscheinlichkeit, binnen von zwei Jahren zu einem NI-Batteriepack Prototyp führen soll. Der große Vorteil darin besteht in der raschen Weitergabe von Innovationssprüngen an den Prototypen und eventuellen Produkten. Die Zielsetzung ist eine Zelle mit einer Energiedichte von 180 Wh/kg zu entwickeln, welche dann in Endanwendungen wie Gabelstapler, Heimspeicher, und stationäre Speicher eingesetzt werden kann. Durch den angestrebten niedrigen Preis pro kWh für NIB’s sind alle Anwendungen mit einer niedrigen bis mittleren Energiedichte denkbar.
Fazit:
In diesem Projekt wurde eine Methode entwickelt, um Mangan-dotiertes preussisch Weiss deutlich langlebiger zu machen - mit Zyklenzahlen, die man auch von Lithium-Eisen-Phosphat Akkus kennt, die schon bisher als sehr langlebig gelten. Durch die Erhöhung Spannung können der wesentliche Nachteil der geringeren Energiekapazität von preussisch Weiss mitigiert werden. Das so entstandene Material kann nicht nur LFP, sondern auch NiCd und Blei-Säure Batterien ersetzen.
Zielsetzung:
Wie können wir junge Menschen über den Klimawandel aufklären? Wie können wir diese jungen Menschen für das Thema erneuerbare Energien begeistern? Und wie können wir unsere Schülerinnen und Schüler zu beruflichen Möglichkeiten in der Branche verhelfen? Diesen drei Fragen widmet sich das Bildungsprojekt WIN(D)SCHOOL.
Um das Ziel der Klimaneutralität bis 2045 zu erreichen, werden die erneuerbaren Energien in den nächsten Jahren eine entscheidende Rolle spielen. Das Ziel ist es, die derzeitige Leistung von 8,5 GW in der deutschen Offshore-Windenergie auf mindestens 30 GW bis 2030 und 40 GW bis 2035 auszubauen. Für diese Ausbauziele werden vor allem qualifizierte Fachkräfte entlang der gesamten Wertschöpfungskette von Nöten sein.
Dagegen steht einerseits der gegenwärtige Fachkräftemangel in Deutschland, andererseits die soziale Wirklichkeit in Deutschland. Nach aktuellen Berechnungen zufolge werden allein bis 2050 etwa drei Mal so viele Fachkräfte wie bisher notwendig sein, um den Ausbau von Windenergie in Deutschland voranzutreiben. Die Forschung zeigt uns zudem seit vielen Jahren, dass die Bildungschancen unserer Schülerinnen und Schüler in Deutschland ungleich verteilt sind. Studien zeigen, dass der Bildungserfolg in allen Bildungsbereichen nach wie vor an die sozio-ökonomische Herkunft geknüpft ist. Auch andere Merkmale wie Migrationshintergrund, Geschlecht oder Behinderung spielen dabei eine Rolle.
WIN(D)SCHOOL zielt darauf ab, das Interesse von vorrangig Hamburger Stadtteilschülerinnen und -schülern an MINT-Fächern in Schulworkshops zu wecken sowie zu fördern und Möglichkeiten im Arbeitsfeld Offshore-Windenergie aufzuzeigen. Als Bindeglied zwischen Schulen und Unternehmen in der Offshore-Windenergiebranche bietet die Stiftung OFFSHORE-WINDENERGIE am Ende der Workshops konkrete Kontakte zu Energieunternehmen oder sogar Universitäten in Hamburg und Norddeutschland an, um dort eine Ausbildung oder ein Studium aufzunehmen. Aufgrund gemachter Erfahrungen, soll ein besonderes Augenmerk auf Jugendliche mit Migrationshintergrund gelegt werden. Ein geschlechterneutrales Vorgehen soll im Vordergrund stehen, um den Anteil von weiblichen Berufsanfängerinnen in technischen Berufen zu erhöhen.
In diesem Vorhaben soll einerseits eine Analyse der potenziellen Treibhausgaseinsparungen von Ressourceneffizienz (RE)- und Circular Economy (CE)-Maßnahmen erfolgen und prioritäre Maßnahmen identifiziert werden. Dabei soll auf existierenden Ansätzen aufgebaut werden und eine Anknüpfung an die internationale Forschungslandschaft erfolgen. Zentrale Frage ist dabei, inwieweit eine Senkung des Verbrauchs an Primärrohstoffen und die Schließung von Stoffkreisläufen durch RE/CE-Maßnahmen zur Erreichung der Klimaschutzziele beitragen können und welches die effektivsten Umstellungen/Maßnahmen zur Erreichung dieser Ziele sind? Andererseits soll das Vorhaben die inhaltliche Ausgestaltung des Europäischen Ressourcenforums (ERF) in 2022 und 2024 unterstützen. Die Ergebnisse des Vorhabens sollen in laufenden europäischen und internationalen Prozessen wie G7, G20, dem UNEP International Resource Panel (IRP), und auf EU-Ebene verwendet werden.
Zielsetzung:
Plastik ist überall! Kunststoffe finden sich nicht nur in Einweg-Verpackungen, sondern auch in Smartphones, ICEs und Operationssälen. Leider landet Plastik oft dort, wo es nicht hingehört. Für einen verantwortungsvollen Umgang sind Gesellschaft, Industrie und Politik gefordert. Kunststoffprodukte müssen zukünftig so gestaltet werden, dass sie gut recycelt und wiederverwendet werden können. Bildung spielt dabei eine wichtige Rolle, besonders bei der jungen Generation.
2021 haben wir am KUZ den RecyclingDay für GrundschülerInnen entwickelt, um ihnen spielerisch Ressourcenschonung und Recycling nahe zu bringen. Der Erfolg war überwältigend, und es gab zahlreiche Anfragen von Schulen zur Durchführung des Projekttages. Neben Grundschulen meldeten sich auch zahlreiche Sekundarschulen, Förderschulen, Gymnasien sowie studentische Gruppen. Dies zeigte den großen Bedarf und die Relevanz unserer Inhalte. Nun möchten wir den Projekttag weiterentwickeln und auf die nächste Stufe heben.
Ziel des Projektes ist es, neue Lehrinhalte für Kinder und Jugendliche von weiterführenden Schulen der Sekundarstufe I und II sowie Lehrlinge und StudentInnen für den Projekttag 'RecyclingDay' zu den Themen Kreislaufwirtschaft (Recycling) und nachhaltiger Umgang mit Kunststoffen zu erarbeiten und eine entsprechende Plattform für das praktische Erleben und selbst Entdecken dieser Inhalte zu bieten, um das Erlernte für einen sensiblen Umgang mit Kunststoffen zu nutzen. Es soll den Kindern, Jugendlichen und jungen Erwachsenen demonstrativ und praktisch erlebbar das Thema Ressourcenschonung und damit auch die Reduktion klimaschädlicher Emissionen sowie die Reduzierung von Umweltbelastungen nähergebracht werden.
Ein Fokus soll auf der Auseinandersetzung mit dem Plastikverbrauch in der heutigen Gesellschaft und der Notwendigkeit der Prävention liegen und damit ein Bewusstsein für die Problematik der Kunststoffverwendung schaffen. Ziel ist es den Kindern, Jugendlichen und jungen Erwachsenen Lösungsansätze für die Müllvermeidung zu bieten, diese mit Ihnen zu diskutieren und auch neue Ansätze mit Ihnen gemeinsam zu entwickeln.
Kreatives Tüfteln, Forschen und Experimentieren sollen die Kinder und Jugendlichen an MINT-Wissen heranführen und eine lösungsorientierte Herangehensweise geweckt und geschult werden.
Zielsetzung:
Die ökologische Durchgängigkeit von Fließgewässern ist eine entscheidende Voraussetzung für das Erreichen des im deutschen Wasserhaushaltsgesetz geforderten guten ökologischen Zustands. Während für Fischaufstiegsanlagen in der Fachwelt anerkannte Planungsempfehlungen existieren, fehlen wissenschaftlich fundierte und übertragbare Vorgaben für Fischabstiegsbypässe. Dies betrifft insbesondere die hydraulischen Bedingungen am Bypasseinstieg. Bisherige Empfehlungen zur hydraulischen Gestaltung beruhen auf Einzelbefunden mit begrenzter Übertragbarkeit. Vor allem an Wasserkraftanlagen (WKA), bei welchen die Gefahr von Fischverletzungen in der Turbine besteht, stellt die unzureichende Effektivität von Fischschutzsystemen ein gravierendes Problem dar. Viele WKA verfügen aktuell noch nicht über wirksame Fischabstiegseinrichtungen. Die drei zentralen Funktionskomponenten von Fischschutzsystemen sind das „Blockieren“ (des Einschwimmens in die Turbine), das normalerweise über Rechen erfolgt, das „Leiten“ in Richtung eines Bypasses und das „Ableiten“ von Fischen durch den Bypass. Insbesondere für die Komponente „Ableiten" fehlt es bislang an wissenschaftlichen Grundlagen und Vorgaben für die Praxis.
Das Projekt OptiPass baut auf wissenschaftliche Erkenntnisse auf, die im DBU-Projekt MeMo und im vom BMBF geförderten Projekt RETERO gewonnen wurden. Von ihnen ließ sich ableiten, dass der räumliche Geschwindigkeitsgradient (SVG=Spatial Velocity Gradient) einen maßgeblichen, das Fischverhalten beeinflussender Strömungsparameter darstellt. Je nach Magnitude und Orientierung des SVG lässt sich bei Fischen eine Meidung oder Nutzung von Bereichen beobachten. Das ist vor allem im Einlauf von Bypässen von großer Bedeutung, da hier eine Beschleunigung von geringen Strömungsgeschwindigkeiten im Rückstaubereich auf hohe Werte im Bypass unvermeidbar ist. Im sich in der Endphase befindlichen Projektteil OptiPass I konnte mittels ethohydraulischer Versuche im Labor der Einfluss des SVG auf das Fischverhalten an Bypasseinstiegen bereits für die Gruppe der Cyprinodei analysiert werden. Es wurden Empfehlungen erarbeitet, wie empfindliche Abschnitte des Wanderkorridors unabhängig vom Standort gestaltet werden sollten. In OptiPass II sollen die Erkenntnisse auf die Gruppe der Salmonidae erweitert werden. Die Forschungsergebnisse sollen in ein einfach nutzbares Planungs- und Optimierungswerkzeug für die Praxis einfließen.