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upBUS - nachhaltige Mobilität für das 21. Jahrhundert

Erstmalige Umsetzung eines selbstlernenden NIR-Systems mit Bilderkennung zur sortenreinen Sortierung von Altpapier und Erschließung neuer Altpapierressourcen

Die LEIPA Georg Leinfelder GmbH ist ein führender Papierhersteller im Europäischen Markt. Am Standort in Schwedt werden jährlich ca. 1,195 Millionen Tonnen Papier und Verpackungen aus 100 Prozent Altpapier produziert. Am Standort wird bisher eine konventionelle lineare Altpapiersortierung bestehend aus den Stufen Aufgabebunker, Grobsieb, Feinsieb, PaperSpike/NIR-Spektroskopie und Sortierkabine betrieben. Durch die Sortierung erhält man drei wesentliche Altpapierströme. Darunter die Deinkingware, welche für die Herstellung von hochwertigen weißen Papieren eingesetzt wird, die OCC-Ware (old corrugated containerboard), welche als braune Fasern für Kartonagen und Pappe verwendet wird und die Mischware, welche ebenfalls in die Herstellung von Kartonagen und Pappe fließt. Das übergeordnete Ziel der Sortierung ist es, möglichst hochwertige Deinkingware sowie OCC-Ware in einer hohen Sortenreinheit zu sortieren. Bisher landen jedoch große Mengen hochwertigerer Deinkingware im Mischpapier und in den Sortierresten und gehen damit für eine höherwertige Verwertung verloren. Vorversuche des Unternehmens haben erhebliche Potentiale von hochwertigen weißen Altpapieren im Mischpapier und auch in anderen bisher unwirtschaftlichen Altpapierströmen wie Papier, Karton und Pappe (PPK) aus der Erfassung von Leichtverpackungen, Altpapier aus dem Restabfall und Gewerbeabfall aufgezeigt, die mit den konventionellen Systemen noch nicht stofflich verwertet werden können. Im Rahmen dieses Vorhabens möchte die LEIPA Georg Leinfelder GmbH in eine innovative Anlage zur hocheffizienten und sortenreinen Sortierung von Altpapier investieren. Die neue Anlage mit einer jährlichen Kapazität von 120.000 Tonnen soll einerseits die Sortierausbeute, insbesondere der hochwertigen Deinkingware für grafische Papiere, deutlich steigern und andererseits auch alternative Altpapierquellen erschließen. Als Herz der Sortieranlage ermöglicht die NIR-Sortierung mit GAIN-Technologie zusätzlich zur Nahinfrarotspektroskopie eine Bilderkennung mit deep-learning-Funktion. Diese Bilderkennung stellt eine absolute Neuheit im Bereich der Papiersortierung dar. Sie ist in der Lage, durch eine moderne Sensorik Bilddaten (Form/Textur) zu sammeln und diese zu klassifizieren. So können beispielsweise komplexe Verpackungsreste wie Kartonagen mit weißer Außenschicht und grauen oder braunen Fasern im Inneren erkannt werden. In der Folge entstehen im Sortierprozess ein weitaus reineres Deinkinggut und zugleich eine höhere Ausbeute. Eine Innovation liegt auch in der geplanten Vernetzung der Anlage bzw. der Anlagenkomponenten untereinander. Mit der Software Insight von TOMRA werden sämtliche NIR/GAIN-Systeme untereinander vernetzt, die Software stellt eine leistungsfähige Industrie 4.0-Datenplattform zur Verbesserung der Sortier- und Klassifizierungseffizienz dar. Durch die innovative Sortiertechnik soll die Sortierquote für weiße Altpapiere (Deinkingware) aus Haushaltssammelware um ca. 10 Prozent gesteigert werden. Jährlich können mit der neuen Anlagen 8.640 Tonnen Deinkingware aus Haushaltssammelware und 6.435 Tonnen Deinkingware aus Leichtverpackungen für das stofflich hochwertige Recycling zurückgewonnen werden. Insgesamt können jährlich 15.075 Tonnen Deinkingware zurückgewonnen werden, die Frischfaser substituieren können. Durch die Digitalisierung und automatische Steuerung der Prozesse in der Altpapieraufbereitung und der Papierproduktion können im weiteren Verlauf weitere Energie und Chemikalieneinsparungen erreicht werden. Vor dem Hintergrund, dass die Menge an weißen Papierfasern im Altpapier stetig abnimmt und daher in der Zukunft Beschaffungsprobleme entstehen können, ist die Steigerung der Sortierquote für deinkbare Fasern von zentraler Bedeutung, um auch in Zukunft auf den Einsatz von Frischfasern verzichten zu können und die 100prozentige Altpapierquote in LEIPAs Papierproduktion zu erhalten. So gelingt langfristig auch die Vermeidung eines höheren Energie- und Ressourceneinsatzes in der Erzeugung von Frischfasern. Branche: Papier und Pappe Umweltbereich: Ressourcen Fördernehmer: LEIPA Georg Leinfelder GmbH Bundesland: Brandenburg Laufzeit: seit 2023 Status: Laufend

Digitalisierte Wärmespeicher für die Energiewende

In dem Projekt DARING soll die Energieeffizienz von Wärmespeichern (z.B. Puffer- und Trinkwasserspeicher) im Bereich der Gebäudeenergieversorgung signifikant gesteigert werden. Dafür wird eine innovative Sensortechnologie (Sensorhaut) für die großflächige Erfassung des Temperaturprofils an den Speichern optimiert. Mit den generierten Daten lässt sich der exakte Beladungszustand bestimmen und die Energiezufuhr gezielter steuern. Durch eine bessere Steuerung von Wärmepumpensystemen kann eine Effizienzsteigerung um bis zu 10% erreicht werden. Für Solarthermie-Anlagen im Gebäudebereich sowie Fernwärme-Hausstationen werden äquivalente Werte prognostiziert. Bei der vorgelagerten Gebäudeversorgung über Wärmenetze besteht bei einer Integration in das übergeordnete Lastmanagement das Potenzial, vom kontinuierlichen in den Pulsbetrieb überzugehen, womit Trinkwasserspeicher gezielt beladen werden können. Die Technologie der Sensorhaut basiert auf druckbarer organischer Dünnschicht-Elektronik und erlaubt die zuverlässige Messung verschiedener Parameter (z.B. Temperatur) über große Flächen hinweg in Echtzeit. Durch den speziellen Herstellungsprozess (Flüssigprozessierung) sind die Sensorfolien in Form und Funktion nahezu beliebig konfigurierbar. Dabei entsteht nur ein minimaler Material- und Energieverbrauch, woraus sich im Vergleich zu herkömmlicher Sensorik Kostenvorteile sowie eine bessere CO2 Bilanz ergeben. DARING ist als Verbundprojekt konzipiert, in dem Experten aus Forschung und Praxis zusammenarbeiten. Dadurch wird gewährleistet, so nah an den realen Gegebenheiten und Bedürfnissen zu entwickeln wie möglich. Neben dem Institut für Angewandte Physik der TU Dresden sind die Professur für Gebäudeenergietechnik und Wärmeversorgung, die Firma Viessmann Climate Solutions SE sowie die Cupasol GmbH als direkte Projektpartner an der Umsetzung und Erprobung beteiligt. Darüber hinaus ist die Vonovia SE als Drittmittelgeber Teil des Konsortiums.

Kleine Anaerobanlagen zur Verwertung von Wirtschaftsdünger, Teilvorhaben 2: Messtechnische Erfassung und Digitalisierung

In Deutschland ist die Landwirtschaft für über 59 % der Methan- und 95 % der Ammoniakemissionen verantwortlich . Methan hat ein etwa 84-mal höheres kurzfristiges Treibhauspotenzial als CO2 (IPPC), weshalb der schnellen Reduzierung von Methanemissionen zur Verlangsamung des Klimawandels Priotität eingeräumt werden muss. Zusätzlich ist es eine Vorläufersubstanz bei der Bildung von bodennahem Ozon, das Pflanzen schädigt, indirekt zum Klimawandel beitragen kann und zusätzlich zu Beeinträchtigungen der menschlichen Gesundheit führt. Die wichtigsten Quellen von Methan sind Emissionen während des tierischen Verdauungsprozesses von Wiederkäuern und Emissionen durch die Lagerung von Festmist und Gülle. Zielsetzung des Projektes ist die Entwicklung einer digitalisierten Biogasanlage zur Vergärung von Flüssigmist für landwirtschaftliche Betriebe mit einem Tierbestand ab ca. 170 Großvieheinheiten (GV). Diese Güllekleinanlagen verwenden eine einstufige Güllevergärung und basieren auf einem kostengünstigen, vollständig recyclierbaren Rührkesselreaktor. Innerhalb der Verbundvorhabens wird die Professur Sensorik der TU Dortmund neuartige, mikrostrukturierte Prozesssensorik entwickeln und zur vollständigen Digitalisierung des Anlagentyps nutzen. Damit wird insbesondere ein automatischer Betrieb der Anlagen sowie die Internet-basierte Zustandsüberwachung der Anlagen möglich. Hierzu wird die Gesamtanlagensteuerung basierend auf hochselektiver und hochempfindlicher, resonatorverstärkter direkter Multigassensorik realisiert.

Emissionen aus dem Straßenverkehr und städtische Lufthygiene: Neue Möglichkeiten aus zeitlich hoch aufgelöster Analyse

In diesem Projekt sollen zeitlich hoch aufgelöste Spurengasmessungen und Messungen der Größenspektren der Aerosolpartikel an einem Verkehrsstandort zu einer deutlichen Weiterentwicklung unseres Verständnisses der Dynamik der Konzentrationen von Luftschadstoffen im städtischen Umfeld sowie der Emissionen aus dem Straßenverkehr beitragen. Neue, schnelle Techniken sollen das bereits gut entwickelte Grundlagenwissen zu Emissionsverhältnissen NO / NO2 / NOx einzelner Fahrzeuge und Fahrzeuggruppen entwickeln, den Einfluss auf die Ozonchemie und die Interaktion mit dem vorhandenen Ozon studieren, Emissionsverhältnisse NH3 / CO2 und NOx / CO2 unter realen Bedingungen quantifizieren, und vor allem die Emissionen der Aerosopartikel in einem weiten Größenspektrum (einige nm bis über 1 mym Durchmesser) detailliert quantifizieren. Dies bedeutet und ermöglicht eine neuartige Analyse der Emissionen von Partikeln im echten Straßenverkehr. Die vorgeschlagenen Konzepte und Messungen ergänzen sich mit anderen modernen Konzepten der Analyse von Luftverschmutzung und Emissionen wie z.B. multi-Sensoren-Anwendungen, Einsatz mobiler Plattformen, oder Eddy-Kovarianz. Hier wird Grundlagenforschung vorgeschlagen, die in Ergänzung mit anderen Anwendungen und Konzepten einschließlich Modellierung zu einer deutlichen Verbesserung unseres Verständnisses der städtischen Umwelt führen wird. Das Herzstück der experimentellen Forschung ist eine 18-monatige Messreihe am Straßenrand, die allerdings von zwei Intensivmesskampagnen (IOPs) um Kenntnisse zur räumlichen Representativität und zur chemischen Zusammensetzung der Partikel im Größenspektrum ergänzt werden.

Energieautarke, digital adaptierbare Möbel zur Steigerung der Wohngesundheit durch Monitoring der menschlichen Biomechanik mit ökoeffizienter Sensorik, Teilvorhaben 2: Untersuchung zur Änderung der Ökobilanz und Rezyklierbarkeit von Möbelkonstruktion

Das Vorhaben verfolgt das übergeordnete Ziel der Steigerung der Wohngesundheit unter den sich wandelnden Nutzungsanforderungen von Möbelkunden und Gewährleistung der Nachhaltigkeit elektrisch vernetzbarer Möbel zur Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit der heimischen Möbelindustrie. Vor dem Hintergrund des enormen volkswirtschaftlichen Schadens, der durch Rückenschmerzen und mangelnden Schlaf entsteht, soll durch die wachsenden Möglichkeiten der Digitalisierung mit diesem Vorhaben der Grundstein für die Entwicklung innovativer Möbel gelegt werden, die sowohl gesundheitsfördernd als auch ökoeffizient sind. Das Institut für Holztechnologie Dresden untersucht in diesem Kontext die Entsorgung der resultierenden Möbelkonstruktionen hinsichtlich Ökobilanz und Rezyklierbarkeit. Die frühzeitige Einbeziehung der Anforderungen aus diesen der eigentlichen Nutzung nachgelagerten Prozessen soll eine Wiedergewinnung und evtl. Aufarbeitung der eingesetzten Aktuator- und Sensorbauteile im Sinne eines nachhaltigen und ressourcenschonenden Materialeinsatzes ermöglichen.

EcoForge - Leittechnologie für Morgen: Ressourceneffiziente Prozessketten für Hochleistungsbauteile, Teilprojekt 3: Untersuchung der Lauwarmumformbarkeit geschmiedeter und gezielt aus der Schmiedehitze wärmebehandelter Werkstücke

Problemstellung: Bei der Herstellung von typischen Serienteilen von Kraftfahrzeugen wie z.B. Achsschenkeln oder Getriebewellen durch Verfahren der Massivumformung und anschließendem Zerspanen entfallen ca. 40-70 Prozent der gesamten Stückkosten auf die mechanische Nachbearbeitung. Oben angedeutetes Potential liegt gerade bei heutzutage immer stärker nachgefragten Hochleistungsbauteilen zum einen in der technologischen Verbesserung spanabhebender Fertigungsverfahren selbst und zum anderen in der Minimierung der kostenintensiven Zerspanung. Die Kombination aus Warm- und Kaltformgebung ist in modernen Schmiedebetrieben bereits Stand der Technik und ermöglicht die Herstellung technisch anspruchsvoller Bauteile mit geringer spanender Nacharbeit. Es sind Bauteile mit verbesserten Maß- und Formgenauigkeiten als durch alleinige Warmumformung herstellbar. Durch die Kaltumformung lassen sich darüber hinaus weitere funktionelle Bauteileigenschaften verbessern, die gerade heutzutage Gegenstand zahlreicher Forschungsarbeiten sind. Die Verfahrensgrenze einer dem Schmiedeprozess nachgeschalteten Kaltumformung wird häufig durch die mechanischen Werkzeugbelastungen aufgrund der hohen und durch Entwicklung neuartiger Stahlgüten immer höher werdenden Werkstofffestigkeiten festgelegt. In modernen Schmiedeprozessketten findet aus energetischen und damit wirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten eine Wärmebehandlung zur Einstellung bestimmter Werkstoffeigenschaften direkt aus der Schmiedehitze statt. Die letzte Wärmebehandlungsstufe entspricht bei modernen Legierungskonzepten einer isothermen Haltestufe zur ferritisch-perlitischen oder auch bainitischen Gefügeumwandlung. Neueste Entwicklungen auf dem Gebiet der Sensorik ermöglichen eine intelligente thermomechanische Prozessführung aus Schmieden und definierter Wärmebehandlung direkt aus der Schmiedehitze, wie sie im Rahmen der AiF-Leittechnologie 'Schmieden 2020 - Ressourceneffiziente Prozessketten für Hochleistungsbauteile' entwickelt werden soll. Die ganzheitliche Prozessbetrachtung zeigt, dass in thermomechanisch behandelten Werkstücken nicht nur gezielt funktionelles Gebrauchsgefüge, sondern auch auf eine weitere Verarbeitung (z.B. durch Umformung) technologisch optimierte Verarbeitungsgefüge eingestellt werden könnten. Es fehlt jedoch an wissenschaftlichen Erkenntnissen über günstige Gefügezustände für eine anschließende Kaltumformung oder eine Lauwarmumformung aus der Schmiedehitze im technologischen und funktionellen Sinn. Dies gilt erst recht für mikrolegierte ausscheidungshärtende ferritisch-perlitische und hochfeste duktile bainitische Hochleistungsstähle. Das Potential der Lauwarmumformung im Temperaturbereich zwischen Kaltumformung und industrieller Halbwarmumformung typischer Fließpressstähle an sich, konnte durch neuere Forschungsarbeiten am Institut für Umformtechnik (IFU) der Universität Stuttgart bereits aufgezeigt werden. usw.

Erschließung von Ressourcen- und Energieeffizienzpotentialen für faserverbundkeramische Hochtemperatur-Leichtbausysteme durch digitale Transformation bestehender Fertigungsstrukturen, Teilvorhaben: Evaluation des Herstellprozesses von Faserverbundkeramiken

Vorausschauende Instandhaltung für Pumpensysteme auf Basis von Federated Learning und Synthese von multiplen Sensordaten, Teilvorhaben: Sensorintegration und Evaluation der Zielumgebung

Sensorik Frequenzzählung (SmartCity)

Zählung Passanten, KFZ, LKW etc. durch Sensoren

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