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MILLS - Entwicklung und Implementierung eines Konzeptes zur Nutzung von Wassermühlen zur Kleinstelektrifizierung sowie für den Betrieb von Ölpressen und Getreidemühlen in ländlichen Siedlungsräumen in Entwicklungsländern, z.B. in Äthiopien

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es auf der Grundlage bewährter Technologien, die als angepasste Technologien in Entwicklungsländern in Betracht kommen, unter Berücksichtigung sozio-demographischer und ökonomischer Gegebenheiten, auf der Basis bereits identifizierter potentieller Standorte für Wasserkraftanlagen, unter Einbeziehung von lokalem Know-How und durch Implementierung und Monitoring von Pilot-Anlagen Grundlagen für einen Standard zu schaffen, auf dessen Basis in Zukunft nach einem 'Baukastenprinzip' kleine Wasserkraftanlagen (auch kostengünstig) implementiert werden können. Es wird eine Kleinwasserkraftanlage entwickelt, deren technische Spezifikation sowie Nutzung und Wartung auf die besonderen Verhältnisse in Entwicklungsländern (z.B. Äthiopien) abgestimmt ist. Die üblichen Wasserkraftanlagen erfordern einen hohen technischen Standard für die Produktion; Bau und Wartung dieser Komponenten ist in den ländlichen Gebieten der Entwicklungsländer nahezu unmöglich. Bis zum 19. Jahrhundert gehörten in Europa Wasserkrafträder zum 'technischen Standard' der Handwerksbetriebe. Neben der Nutzung als Getreidemühle wurden Wasserräder für den Antrieb von Ölpressen und Sägen genutzt. Ziel des Vorhabens ist diese ursprüngliche Nutzung der Wasserräder für die besonderen Belange in Entwicklungsländern technisch zu optimieren. Wasserkraftanlagen werden heute nur dann betrieben, wenn sie ausschließlich der Stromerzeugung dienen. In Entwicklungsländern gibt es allerdings neben dem Strombedarf einen großen Bedarf an mechanischer Arbeitsleistung für den Antrieb von Getreide- bzw. Ölmühlen und Wasserpumpen, d.h. dass das Wasserrad direkt über eine mechanische Kupplung Verbraucher antreibt. Wird die mechanische Arbeitsleistung nicht benötigt (z.B. nachts) liefert der integrierte Generator Energie in Form von elektrischem Strom, der in vielfacher Hinsicht genutzt werden kann (z.B.: Beleuchtung, Beheizung eines zentralen Backofens, usw.). Diese Wasserräder sollen entsprechend dem Bedarf in ländlichen Siedlungsräumen in Entwicklungsländern mit Leistungen im Bereich von 2 bis 6 kW ausgelegt werden.

Optimierung von Waldbewirtschaftungssystemen unter veränderten klimatischen Bedingungen im Hinblick auf die Verbesserung der Festigkeitseigenschaften von Nadelbauholz (FutureWood ), Teilvorhaben 2

Der Fokus in diesem Teilprojekt liegt auf der Effizienzsteigerung und Optimierung der Nadelrohholznutzung in der Säge- und Holzwerkstoffindustrie. Holz der genannten Nadelbaumarten (Fichte, Douglasie, Küstentanne & Sitkafichte) aus verschiedenartig erzogenen Versuchsbeständen wird von der Firma Egger am Standort Brilon und am Fraunhofer WKI in Abhängigkeit der Rundholzdimension eingeschnitten (mittelalte und alte Bestände) oder einer schälenden Bearbeitung (alte Bestände am Fraunhofer WKI in Braunschweig) unterzogen. Daraufhin erfolgt die Sortierung des Schnittholzes, bzw. der Furniere nach anerkannten festigkeitsrelevanten Sortierkriterien. Im folgenden Schritt werden die Halbwaren Brett bzw. Furnier zu dreilagigen Werkstoffen weiterverarbeitet. Durch die Überprüfung und Bewertung der Ausgangstoffe (Bretter und Furniere), gegebenenfalls einer Erweiterung bestehender Sortiervorschriften, sowie der Prüfung und Evaluierung hieraus erzeugter Werkstoffe (hier: dreilagiges Brettschichtholz und LVL/Sperrholz) können Rückschlüsse auf die Eignung der eingesetzten Sortimente für die jeweilige Verwertungsschiene gezogen werden. Hieraus ergeben sich konkrete Anforderungsprofile für das waldbauliche Management. In der Synthese der Ergebnisse mit den anderen Teilprojekten werden Handlungsempfehlungen abgeleitet, die zur Minderung der sowohl quantitativen als auch qualitativen Minderversorgung mit dringend benötigten Nadelholzsortimenten führen können. Durch Vorläuferprojekte ist hinlänglich bekannt, dass mindere Rohholzqualitäten fast durchgehend für die Zerspanung und Zerfaserung geeignet sind. Daher liegt der Focus in diesem Projekt auf der Herstellung hochwertiger Lagenwerkstoffe für tragende Einsatzbereiche, deren Festigkeitseigenschaften eng mit der Qualität des Ausgangsmaterials verknüpft sind.

Erstellung eines Bauwerks mit einem neuartigen Tragsystem aus Eichenschwachholz, Teilvorhaben 3

Projektziel ist, bisher ungenutztes oder minderwertig genutztes Laubschwachholz (Eiche) durch neue Verfahren des Entwurfsprozesses und des Ingenieurholzbaus einer langlebigen, hochwertigen Nutzung zuzuführen. Dabei soll eine neue Prozesskette Forst-Sortierung-Säge-Konstruktion entwickelt und praktisch erprobt werden. Es soll Aufschluss darüber erzielt werden, ob und wie Laubschwachholz, welches aufgrund seines Stammdurchmessers und seiner geometrischen Form (Wuchs und weiterer äußerer und innerer Stammmerkmale) bislang für standardisierte Anwendungen des konstruktiven Holzbaus als ungeeignet angesehen wurde, den zuvor beschriebenen höherwertigen Nutzungen zugeführt werden kann. Es ist vorgesehen, Eichenholz der Klassifizierung IL 2A in Längen maximal 8 m aus Erst- oder Zweitdurchforstung zu verwenden. Am Ende der Prozesskette steht die Generierung möglicher Stabtragwerke. Die Zuordnung der Querschnitte zu den vorher definierten Tragwerkstypen erfolgt über eine vorgelagerte Charakterisierung und Vorsortierung des Eichenrohholzes nach Dimension, äußerer Form, sowie physikalischen und mechanischen Eigenschaften. Die Stäbe der parametrisch entwickelten Tragwerke erfordern lediglich einen Kappschnitt zur Herstellung definierter Längen. Die Verbindungsknoten der überwiegend druckbeanspruchten Tragwerke lassen sich durch kostengünstige Formteile aus Mineralguss herstellen, wobei die Anschlusskräfte überwiegend durch Kontaktpressung in Faserlängsrichtung in die Stäbe eingeleitet werden können. Es ist vorgesehen, auf energieintensive Trocknungsprozesse soweit möglich zu verzichten. Naturgetrocknete Holzquerschnitte besitzen eine äußerst günstige Gesamtenergiebilanz gegenüber kammergetrockneten Schnittholz- und Brettschichtholzsortimenten, da sie lediglich 20% der dort notwendig werdenden Prozessenergie beanspruchen. Durch Substitution von Nadel- durch Laubholz soll die Entwicklung neuer, innovativer Produkte zur stofflichen Nutzung von Laubholz gefördert werden.

Erstellung eines Bauwerks mit einem neuartigen Tragsystem aus Eichenschwachholz, Teilvorhaben 1

Projektziel ist, bisher ungenutztes oder minderwertig genutztes Laubschwachholz (Eiche) durch neue Verfahren des Entwurfsprozesses und des Ingenieurholzbaus einer langlebigen, hochwertigen Nutzung zuzuführen. Dabei soll eine neue Prozesskette Forst-Sortierung-Säge-Konstruktion entwickelt und praktisch erprobt werden. Es soll Aufschluss darüber erzielt werden, ob und wie Laubschwachholz, welches aufgrund seines Stammdurchmessers und seiner geometrischen Form (Wuchs und weiterer äußerer und innerer Stammmerkmale) bislang für standardisierte Anwendungen des konstruktiven Holzbaus als ungeeignet angesehen wurde, den zuvor beschriebenen höherwertigen Nutzungen zugeführt werden kann. Es ist vorgesehen, Eichenholz der Klassifizierung IL 2A in längen maximal 8 m aus Erst- oder Zweitdurchforstung zu verwenden. Am Ende der Prozesskette steht die Generierung möglicher Stabtragwerke. Die Zuordnung der Querschnitte zu den vorher definierten Tragwerkstypen erfolgt über eine vorgelagerte Charakterisierung und Vorsortierung des Eichenrohholzes nach Dimension, äußerer Form, sowie physikalischen und mechanischen Eigenschaften. Die Stäbe der parametrisch entwickelten Tragwerke erfordern lediglich einen Kappschnitt zur Herstellung definierter Längen. Die Verbindungsknoten der überwiegend druckbeanspruchten Tragwerke lassen sich durch kostengünstige Formteile aus Mineralguss herstellen, wobei die Anschlusskräfte überwiegend durch Kontaktpressung in Faserlängsrichtung in die Stäbe eingeleitet werden können. Es ist vorgesehen, auf energieintensive Trocknungsprozesse soweit möglich zu verzichten. Naturgetrocknete Holzquerschnitte besitzen eine äußerst günstige Gesamtenergiebilanz gegenüber kammergetrockneten Schnittholz- und Brettschichtholzsortimenten, da sie lediglich 20 % der dort notwendig werdenden Prozessenergie beanspruchen. Durch Substitution von Nadel- durch Laubholz soll die Entwicklung neuer, innovativer Produkte zur stofflichen Nutzung von Laubholz gefördert werden.

Erstellung eines Bauwerks mit einem neuartigen Tragsystem aus Eichenschwachholz, Teilvorhaben 2

Projektziel ist, bisher ungenutztes oder geringwertig genutztes Laubschwachholz (Eiche) durch neueVerfahren des Entwurfsprozesses und des Ingenieurholzbaus einer langlebigen, hochwertigen Nutzungzuzuführen. Dabei soll eine neue Prozesskette Forst-Sortierung-Säge-Konstruktion entwickelt und praktisch erprobt werden. Es soll Aufschluss darüber erzielt werden, ob und wie Laubschwachholz, welches aufgrund seines Stammdurchmessers und seiner geometrischen Form (Wuchs und weiterer äußerer und innerer Stammmerkmale) bislang für standardisierte Anwendungen des konstruktiven Holzbaus als ungeeignet angesehen wurde, den zuvor beschriebenen höherwertigen Nutzungen zugeführt werden kann. Es ist vorgesehen, Eichenholz der Klassifizierung IL2A in Längen maximal 8 m aus Erst- oder Zweitdurchforstung zu verwenden. Am Ende der Prozesskette steht die Generierung möglicher Stabtragwerke. Die Zuordnung der Querschnitte zu den vorher definierten Tragwerkstypen erfolgt über eine vorgelagerte Charakterisierung und Vorsortierung des Eichenrohholzes nach Dimension, äußerer Form, sowie physikalischen und mechanischen Eigenschaften. Die Stäbe der parametrisch entwickelten Tragwerke erfordern lediglich einen Kappschnitt zur Herstellung definierter Längen. Die Verbindungsknoten der überwiegend druckbeanspruchten Tragwerke lassen sich durch kostengünstige Formteile aus Mineralguss herstellen, wobei die Anschlusskräfte überwiegend durch Kontaktpressung in Faserlängsrichtung in die Stäbe eingeleitet werden können. Es ist vorgesehen, auf energieintensive Trocknungsprozesse soweit möglich zu verzichten. Naturgetrocknete Holzquerschnitte besitzen eine äußerst günstige Gesamtenergiebilanz gegenüber kammergetrockneten Schnittholz- und Brettschichtholzprodukten, da sie lediglich 20 % der dort notwendig Prozessenergie beanspruchen. Durch Substitution von Nadel- durch Laubholz durch die Entwicklung innovativer Produkte für den Konstruktionsbereich soll die stoffliche Nutzung von Laubholz gefördert werden.

WoodforIndustry: Eigenschaftsprofil und Einsatzspektrum von schnellwachsenden Züchtungsprodukten (Douglasie, Lärche, Aspe) in der holzverarbeitenden Industrie, Teilvorhaben 5: Technische Universität Dresden - Fakultät Umweltwissenschaften

Wichtiger Ansatzpunkt zur mittel- bis langfristigen Produktivitätsverbesserung von Kurzumtriebs- bzw. Schnellwuchsplantagen und Waldbeständen sind die Ergebnisse der Forstpflanzenzüchtung. Die Züchtungsziele hoben bisher auf eine Verbesserung von Wachstum und Qualität nach forstlichen Gesichtspunkten bei gleicher oder erhöhter Widerstandskraft ab. Holzeigenschaften spielten dagegen bisher eine untergeordnete Rolle. In dem Vorhaben werden erstmals in Deutschland bereits existierende Züchtungsprodukte der Aspe, Douglasie und Hybridlärche umfassend auf ihre physikalischen und chemischen Holzeigenschaften sowie ihre Verwertbarkeit für die Säge-, Holzwerkstoff- und Papierindustrie untersucht. Ziele des Vorhabens sind die Ermittlung des umfassenden Eigenschaftsprofils und Ableitung des potenziellen Einsatzspektrums zugelassener Züchtungsprodukte in der Massivholz-, Holzwerkstoff- und chemischen Industrie sowie die Erstellung eines holztechnologischen Steckbriefes für jede Sorte. Aus den Ergebnissen wird weiterhin die Definition von Züchtungszielen für weiterführende Züchtungsarbeiten, die optimiertes Material für den jeweiligen stofflichen Einsatzbereich erzeugen sollen, abgeleitet. Zur Verbesserung der Versorgung mit Vermehrungsgut existierender Sorten für Forst- und Agrarsysteme wird eine Bereitstellungs-und Vermarktungsstrategie erarbeitet. Für das Projekt sind insgesamt sieben Arbeitspakete (AP) vorgesehen: AP 1 - Materialbereitstellung und -ausformung AP 2 - Qualitätsbewertung der Züchtungsprodukte AP 3 - Materialeigenschaften AP 4 - Mikrostrukturelle Eigenschaften AP 5 - Verarbeitungseigenschaften AP 6 - Züchtungsstrategien AP 7 - Auswertung, Bericht, Ergebnistransfer.

Diadem - Entwicklung von Säge- und Texturverfahren für diamantdrahtgesägte multikristalline Wafer, Teilvorhaben: Entwicklung eines Texturierungsadditivs und eines Prozesses für die saure Texturierung von diamantdrahtgesägten multikristallinen Wafern

Diamantdrahtgesägte multikristalline Wafer haben ein großes Potential zu einer kostengünstigen Alternative zu konventionell gesägten Wafern zu werden. Dies ist bislang aber noch nicht erreicht, da zwei wesentliche Hürden einer wirtschaftlichen Markteinführung entgegen stehen: Zum einen kann der Drahtsägeprozess seine Vorteile noch nicht auf multikristallinen Wafern entfalten und zum anderen gibt es noch keinen industriereifen Prozess solche Wafer zu texturieren. Während die erste Hürde in parallel laufenden Drahtsägeprojekten aufgegriffen ist, sollen in dem hier skizzierten Projekt geeignete Textur- und Charakterisierungsmethoden entwickelt werden. Ein besonderes Augenmerk wird hierbei auf eine industrielle Umsetzbarkeit sowie die Integrationsmöglichkeit in bestehende Solarzellenfertigungslinien gelegt werden. Zur Erreichung dieser Ziele wird ein grundlegendes Verständnis erarbeitet, wie ein Texturprozess eventuell mit chemischen oder mechanischen Vorprozess auf diamatdrahtgesägten multikristallinen Wafern umsetzbar und auf Großanlagen übertragbar ist. Begleitend werden die benötigten Messverfahren weiterentwickelt, die die elektrischen und mechanischen Eigenschaften dieser Wafer im Rahmen des Eingangstests klassieren sollen. Das Konsortium besteht aus verschiedenen Firmen und einem Forschungsinstitut, die mit ihren jeweiligen Expertisen dieses Projekt erfolgreich bearbeiten wollen. Die Ergebnisse des Projektes sollen es den Partnern ermöglichen, neue Anlagen oder Upgrades zu bestehenden Anlagen oder Messsystemen zu vermarkten und die Alleinstellungsmerkmale der jeweiligen Firmen weiter auszuprägen. Das Verbundprojekt umfasst 5 Arbeitspakete (AP): AP 1 Projektkoordination; AP 2 Entwicklung einer Textur für diamantdrahtgesägte-Wafer; AP 3 Mess- und Charakterisierungstechnologien; AP 4 Solarzellen-Herstellung und Demonstration; AP 5 Ökonomische Bewertung.

Diadem - Entwicklung von Säge- und Texturverfahren für diamantdrahtgesägte multikristalline Wafer, Teilvorhaben: Textur- und Charakterisierungsentwicklung

In den vergangenen Jahren konnte der Diamantdrahtsägeprozess für monokristalline Wafer erfolgreich in die Industrie eingeführt werden, was insbesondere zu geringeren Kosten dieser Wafer geführt hat. Ebenso haben diamantdrahtgesägte multikristalline Wafer ein großes Potential zu einer kostengünstigen Alternative zu konventionell gesägten Wafern zu werden. Dies ist bislang aber noch nicht erreicht, da zwei wesentliche Hürden einer wirtschaftlichen Markteinführung entgegen stehen: Zum einen kann der Drahtsägeprozess seine Vorteile noch nicht auf multikristallinen Wafern entfalten und zum anderen gibt es noch keinen industriereifen Prozess solche Wafer zu texturieren. Während die erste Hürde in parallel laufenden Drahtsägeprojekten aufgegriffen ist, sollen in dem hier skizzierten Projekt geeignete Textur- und Charakterisierungsmethoden entwickelt werden. Ein besonderes Augenmerk wird hierbei auf eine industrielle Umsetzbarkeit sowie die Integrationsmöglichkeit in bestehende Solarzellenfertigungslinien gelegt werden. Zur Erreichung dieser Ziele wird ein grundlegendes Verständnis erarbeitet, wie ein Texturprozess eventuell mit chemischen oder mechanischen Vorprozess auf diamantdrahtgesägten multikristallinen Wafern umsetzbar und auf Großanlagen übertragbar ist. Begleitend werden die benötigten Messverfahren weiterentwickelt, die die elektrischen und mechanischen Eigenschaften dieser Wafer im Rahmen des Eingangstests klassieren sollen. Das Projekt umfasst insgesamt fünf Arbeitspakete (AP), AP 1: Projektkoordination AP 2: Entwicklung einer Textur für DWS-Wafer AP 3: Mess- und Charakterisierungstechnologien AP 4: Solarzellenherstellung und Demonstration AP 5: Ökonomische Bewertung einer Fertigungssequenz. Die Gesamtkoordination des Projektes liegt bei SCHMID.

Diadem - Entwicklung von Säge- und Texturverfahren für diamantdrahtgesägte multikristalline Wafer, Teilvorhaben: Inline-Messtechnik für Diamantdraht-gesägte multikristalline Wafer

In den vergangenen Jahren konnte der Diamantdrahtsägeprozess für monokristalline Wafer erfolgreich in die Industrie eingeführt werden, was insbesondere zu geringeren Kosten dieser Wafer geführt hat. Ebenso haben diamantdrahtgesägte multikristalline Wafer ein großes Potential zu einer kostengünstigen Alternative zu konventionell gesägten Wafern zu werden. Dies ist bislang aber noch nicht erreicht, da zwei wesentliche Hürden einer wirtschaftlichen Markteinführung entgegen stehen: Zum einen kann der Drahtsägeprozess seine Vorteile noch nicht auf multikristallinen Wafern entfalten und zum anderen gibt es noch keinen industriereifen Prozess solche Wafer zu texturieren. Während die erste Hürde in parallellaufenden Drahtsägeprojekten aufgegriffen ist, sollen in dem hier skizzierten Projekt geeignete Textur- und Charakterisierungsmethoden entwickelt werden. Ein besonderes Augenmerk wird hierbei auf eine industrielle Umsetzbarkeit sowie die Integrationsmöglichkeit in bestehende Solarzellenfertigungslinien gelegt werden. Zur Erreichung dieser Ziele wird ein grundlegendes Verständnis erarbeitet, wie ein Texturprozess eventuell mit chemischem oder mechanischem Vorprozess auf diamatdrahtgesägten multikristallinen Wafern umsetzbar und auf Großanlagen übertragbar ist. In diesem Teilvorhaben werden die benötigten Messverfahren weiterentwickelt, die die elektrischen und mechanischen Eigenschaften dieser Wafer im Rahmen des Eingangstests klassieren sollen.

Diadem - Entwicklung von Säge- und Texturverfahren für diamantdrahtgesägte multikristalline Wafer, Teilvorhaben: Entwicklung Anlagentechnologie für die Textur von diamantdrahtgesägten multikristallinen Wafern

In den vergangenen Jahren konnte der Diamantdrahtsögeprozess für monokristalline Wafer erfolgreich in die Industrie eingeführt werden, was insbesondere zu geringeren Kosten dieser Wafer geführt hat. Ebenso haben diamantdrahtgesägte multikristalline Wafer ein großes Potential zu einer kostengünstigen Alternative zu konventionell gesägten Wafern zu werden. Dies ist bislang aber noch nicht erreicht, da zwei wesentliche Hürden einer wirtschaftlichen Markteinführung entgegen stehen: Zum einen kann der Drahtsägeprozess seine Vorteile noch nicht auf multikristallinen Wafern entfalten und zum anderen gibt es noch keinen industriereifen Prozess solche Wafer zu texturieren. Während die erste Hürde in parallellaufenden Drohtsägeprojekten aufgegriffen ist, sollen in dem hier skizzierten Projekt geeignete Textur- und Charakterisierungsmethoden entwickelt werden. Ein besonderes Augenmerk wird hierbei auf eine industrielle Umsetzbarkeit sowie die Integrationsmöglichkeit in bestehende Solarzellenfertigungslinien gelegt werden. Zur Erreichung dieser Ziele wird ein grundlegendes Verständnis erarbeitet, wie ein Texturprozess eventuell mit chemischem oder mechanischem Vorprozess auf diamatdrahtgesägten multikristallinen Wafern umsetzbar und auf Großanlagen übertragbar ist. Begleitend werden die benötigten Messverfahren weiterentwickelt, die die elektrischen und mechanischen Eigenschaften dieser Wafer im Rahmen des Eingangstests klassieren sollen.

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