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Motivation von Jugendlichen zur Forschung, Entwicklung, Innovation und Berufsausuebung im Bereich Umwelttechnik

Umweltfreundliches Galvanisierungsverfahren zum Ersatz von Silber durch Kupfer für PV-Solarzellenkontakte

Zielsetzung: Die Solarenergie ist neben der Windenergie eine der Hauptsäulen der Energiewende. Damit die Klimaziele erreicht werden, ist es notwendig die Solarindustrie weltweit massiv zu skalieren. Pierre Verlinden, einer der weltweit führendsten Solarexperten, äußert sich dazu 2020 im Journal of Renewable and Sustainable Energie wie folgt: “The [PV] industry has demonstrated that it is capable to grow at a very high rate and to continuously reduce the cost of manufacturing. There are no challenges related to the technology, manufacturing cost, or sustainability, except for the consumption of silver, which needs to be reduced by at least a factor of 4 […].” Silber ist die einzige kritische Ressource in der Solarzellenproduktion. Derzeit werden bereits weltweit ca. 17 % des jährlich in Minen abgebauten Silbers für die Solarzellenfertigung beansprucht. Gleichzeitig wächst die Fertigungskapazität für Solarzellen exponentiell um 20 - 30 % pro Jahr. Ohne technologische Innovation würde die Solarindustrie bereits im Jahr 2030 das gesamte weltweit verfügbare Silber aus dem Bergbau nachfragen. Es versteht sich von selbst, dass dies kein tragfähiges Szenario ist, zumal auch andere Zukunftstechnologien, wie die Elektromobilität, einen zunehmend hohen Silberbedarf anmelden. Expert*innen sind sich einig, dass die Versorgung der Solarindustrie mit Silber für die elektrischen Kontakte der Solarzellen bereits in 2 - 4 Jahren das größte Problem für das nötige Wachstum der Solarindustrie sein wird und somit auch zum Flaschenhals für die gesamte Energiewende wird. Das Spin-off des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE, PV2+, hat eine patentierte Galvaniktechnologie entwickelt, die es Solarzellenherstellern erlaubt mithilfe eines speziell entwickelten Elektrolyten, in Solarzellenkontakten Silber durch Kupfer zu substituieren. Dies ermöglicht die Skalierung der Solarindustrie und löst somit eine der zentralen Nachhaltigkeitsherausforderungen unserer Zeit. Fazit: Das Förderprojekt PV2+ verfolgte das Ziel, Silber durch Kupfer in Solarzellenkontakten zu ersetzen, um Kosten zu senken, die Rohstoffabhängigkeit zu verringern und die ökologische Nachhaltigkeit der Photovoltaikbranche zu stärken. Die gewählte technische Vorgehensweise erwies sich als sehr erfolgreich: Prozesse wie Sputtern und Laserablation wurden optimiert und auf Industrieanlagen übertragen, eine neue Galvanikanlage ermöglichte die homogene Kupferabscheidung auf über 500 Zellen bei stabilisiertem Elektrolyt. Der Proof of Concept wurde durch bessere Zellleistungen auf Industriewafern und einem ROI < 1 Jahr erbracht. Auch erste Umsätze durch Kundenbemusterungen bestätigen den Marktbedarf. Strategisch war eine Kurskorrektur nötig: Aufgrund des Rückgangs der europäischen Solarindustrie wurde der Fokus erfolgreich auf Asien und die USA sowie auf eigene pilotähnliche Demoproduktion verlagert. Diese Neuausrichtung erwies sich als essenziell für Markteintritt und Skalierung. Alternative technische Ansätze wie Kupfer-Nanopartikel oder Polymermasken wurden geprüft, boten jedoch keine vergleichbare Leistung, Wirtschaftlichkeit oder Umweltbilanz wie das patentierte Galvanikverfahren von PV2+. Die zentrale alternative Idee war daher nicht technologischer, sondern strategischer Natur und sie trug maßgeblich zur Zielerreichung bei.

Urbane Anergienetze als Instrument der Wärmewende

Zielsetzung: Das Forschungsprojekt „Erdwärme vernetzt – Urbane Anergienetze als Instrument der Wärmewende in Bremen“ widmet sich der Frage, wie „kalte Nahwärmenetze“ zur klimaneutralen Wärmeversorgung in dicht bebauten Stadtgebieten beitragen können. Diese Technologie bietet insbesondere für Stadtquartiere Potenzial, die weder an bestehende Fernwärmenetze angeschlossen sind/werden noch für den Einsatz individueller Wärmepumpen geeignet sind. Ziel ist es, praxistaugliche Lösungen für bestehende Stadtquartiere zu entwickeln, die bisher über keine tragfähigen Konzepte für eine nachhaltige Wärmeversorgung verfügen. Als Energiequelle soll Erdwärme aus Bohrungen im öffentlichen Raum dienen. Damit soll ein wesentlicher Beitrag zur Umsetzung ambitionierter Klimaschutzziele im urbanen Raum geleistet werden. Das Vorhaben zielt darauf ab, 1) die für die Umsetzung entsprechender Formen von Wärmenetzen bestehenden Rahmenbedingungen zu überprüfen und Empfehlungen für ihre Verbesserung zu entwickeln; 2) die Herausforderungen für die bürgerschaftlichen Initiativen bei der Entwicklung von Anergienetzen als bürgerschaftliche Nahwärmenetze zu untersuchen und Unterstützungmöglichkeiten zu entwickeln sowie 3) Potenziale für die Übertragbarkeit des Handlungsansatzes zu untersuchen. Anlass des Vorhabens: In Bremen bestehen große Herausforderungen bei der Umstellung auf eine klimaneutrale Wärmeversorgung. Der heterogene Gebäudebestand, die bestehenden Infrastrukturen und begrenzte Fläche erschweren die Umsetzung von Wärmeversorgungsoptionen. Gleichzeitig sind bürgerliche initiativen entstanden, die daran arbeiten, gemeinwohlorientierte Wärmelösungen für ihre Quartiere zu schaffen. Diese Initativen wollen mithilfe von Erdwärme und Anergienetzen die Wärmeversorgung nachhaltig gestalten. Das Forschungsprojekt greift diese Entwicklungen auf und unterstützt sowohl die Analyse bestehender Hindernisse als auch die Entwicklung konkreter Handlungsstrategien.

Umweltforschung Stadt Esslingen (UFES)

Die Belastungssituation der Stadt Esslingen wird laufend untersucht ueber Flechtenkartierung und Bioindikation, z.T. ueber Transplantate. Ziel ist die Erstellung eines Belastungskatasters, das mit Grundlage fuer die Stadtplanung sein kann (Umwelt-Atlas). Methoden: Wachstumsanalysen, Fluoreszenz von Chloroplasten in vivo, Enzymaktivitaet u.a.

Kreislaufführung von VIP-Stützkernen

Zielsetzung: VIPs sind Hochleistungsdämmstoffe und bestehen vorrangig aus einem Stützkern aus pyrogener Kieselsäure, der energieintensiv in der Herstellung ist. VIPs werden in spezifischen Anwendungsfällen wie pharmazeutischen Transportboxen nach einer Nutzungsdauer von oft nur wenigen Jahren entsorgt, was zu erheblichen ökologischen und ökonomischen Belastungen führt: Hohe CO2-Emissionen: Die Produktion der pyrogenen Kieselsäure verursacht signifikante CO2-Emissionen. Entsorgung: VIPs werden meist deponiert oder verbrannt, da es kein etabliertes Recyclingverfahren gibt. Ressourcenverbrauch: Die Herstellung der Kieselsäure ist ressourcenintensiv. Das Projekt zielt darauf ab, ein Verfahren zur Kreislaufführung von VIP-Stützkernen mit einem maximalen Rezyklatanteil von mindestens 95 % zu entwickeln, ohne die Wärmeleitfähigkeit signifikant zu erhöhen. Dies soll durch folgende Maßnahmen erreicht werden: Entwicklung eines Recyclingprozesses: Ein Verfahren zur Extraktion und Wiederverwertung des alten Stützkernmaterials wird entwickelt und optimiert. Verschiedene Techniken sollen getestet werden, um eine optimale Verarbeitbarkeit und geringe Wärmeleitfähigkeit zu erreichen. Rückführungskonzept: Es wird ein Konzept erstellt, wie ausgemusterte VIPs an den Hersteller zurückgeliefert werden können. Dies könnte durch ein Pfandsystem oder durch wirtschaftliche Anreize für die Kunden erreicht werden. Insbesondere für pharmazeutische Transportboxen, die bereits teilweise rückgeführt werden, soll die Logistik verbessert werden. Umweltbilanzierung: Die Umweltwirkungen des Recyclingprozesses werden durch eine Life Cycle Assessment (LCA) quantifiziert. Ziel ist es, die ökologischen Vorteile im Vergleich zur herkömmlichen Herstellung aufzuzeigen und den ökologischen Fußabdruck zu reduzieren. Umweltbezogene Zielsetzungen: Reduktion von CO2-Emissionen und Energieverbrauch: Durch Wiederverwendung des Stützkernmaterials sollen die CO2-Emissionen und der Energieverbrauch signifikant reduziert werden. Verringerung von Abfällen: Durch die Einführung eines effektiven Recycling- und Rückführungsverfahrens sollen Deponie- und Verbrennungsabfälle minimiert werden. Optimierung der Herstellungskosten: Reduktion des Einsatzes neuer Rohstoffe durch Recycling. Dies soll zusätzliche wirtschaftliche Anreize für Firmen schaffen, sodass ökologischer und ökonomischer Nutzen erreicht wird.

Qualitätsbewertung von Analysedaten in der Ressourcen- und Umweltforschung, Teilvorhaben: Design einer Domänenspezifischen Sprache zur automatisierten Qualitätsbewertung von Analysedaten

Projekt Schadstoffbeherrschung in der Umwelt (PSU)

Projektorganisation fuer die Planung, Durchfuehrung und Koordination aller Umweltaktivitaeten des Kernforschungszentrums Karlsruhe auf den Gebieten Biologie, Kommunale Abfallwirtschaft, Wasser und Boden, Klimaforschung, Schadstoffverhalten in der Atmosphaere, Systemanalyse und Umweltanalytik, emissionsmindernde Verfahren. Die Projektleitung ist Anlaufstelle fuer alle das Projekt betreffenden organisatorischen Fragen und vertritt dessen Belange nach aussen. Die einzelnen Vorhaben des Projektes sind bei den durchfuehrenden Instituten und Abteilungen des Kernforschungszentrums Karlsruhe beschrieben.

Innovation Building in Sustainable Development

Achieve better involvement of young professionals in agricultural research for development. Help adapt actions of the international organizations to the needs and cultural habits of the people having their roots in different cultures. Build a bridge to allow equal opportunities for all professionals involved in agricultural research and development.

Management innovativer grenznaher deutsch/polnischer Kooperationsprojekte zum grenzueberschreitenden Umweltschutz

Umweltforschung Stadt Esslingen (UFES), Umweltforschung Stadt Esslingen (UFES)

Erstellung von einem Umweltbelastungskataster ueber Flechtentransplantate, Immissionsmessungen und oeko-physiologische Indikationsmethoden sowie laufende Ueberpruefung der Entwicklung, insbesondere der Luftbelastung. Erarbeitung von Grundlagen fuer die Stadtplanung.

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