Das Projekt "Teilvorhaben HZG: 'Strukturierte Modellsysteme für die solare Wasserstoffherstellung'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH, Institut für Werkstoffforschung , Werkstofftechnologie durchgeführt. Das Forschungsvorhaben der Nachwuchsgruppe zielt auf die Demonstration der solaren Wasserstofferzeugung mit kosteneffizienten, stabilen Metalloxiden. Zur Herstellung von großflächigen Photoelektroden wird das innovative Verfahren Aerosol-Kaltgasspritzen erprobt. Dabei wird ein idealer Bindungsmechanismus des Katalysators zum Substrat realisiert. Um eine hohe Effizienz zu erzielen, wird die Oberfläche der Elektroden strukturiert. Hierfür werden Modellsysteme geschaffen, mit denen die Wechselwirkung der Geometrie, Aktivität und Wasserproduktionsrate untersucht werden kann. Die Nachwuchsgruppe setzt sich in der ersten Antragsphase aus zwei Post-Docs und eine(m) Doktorand(in) zusammen. Das HZG beantragt eine Stelle für eine(n) Post-Doc, der am TMF in Berkeley Modellsysteme über Nanoimprinting herstellt. Der/die Post-Doc und der/die Doktorand(in), angestellt an der HSU, bauen eine Aerosol-Kaltgasspritzanlage auf Die Ergebnisse aus den grundlegenden Untersuchungen fließen in die Entwicklung der Beschichtung der Katalysatoren so dass gezielt effiziente Strukturen präpariert werden. Die Beschichtung erfolgt auch auf Metallschäumen, die am HZG entwickelt werden. Physikalisch-chemische Analysemethoden sowie weitergehende Experimente am HZB werden zur Charakterisierung der Schichten genutzt, In der zweiten Antragsphase werden zwei Doktoranden(innen) von der HSU den Prototypen konzipieren. Während ein Post-Doc die entsprechende Messtechnik am HZG aufbaut.
Das Projekt "Teilvorhaben HSU: 'Innovative Verfahren zum Up-Scale von strukturierten Photoelektroden'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmut-Schmidt-Universität, Universität der Bundeswehr Hamburg, Institut für Werkstofftechnik, Juniorprofessur Funktionale Materialien durchgeführt. Um eine photoelektrochemische Zelle (PEC) mit stabilen Materialien/Komponenten und konkurrenzfähigen Wasserstoffgestehungskosten zu entwickeln, werden in diesem Projektvorhaben Verfahren für die Herstellung von großflächig strukturierten Photoelektroden entwickelt. Dafür soll die Oberfläche der Photoelektrokatalysatoren gezielt für ein optimiertes Licht- und Gasmanagement sowie eine hohe katalytische Oberfläche eingestellt werden. In dem hier beschriebenen Projektvorhaben soll das Aerosol-Kaltgasspritzen zur Herstellung von Photoelektroden etabliert werden. Die in dem Projekt gewonnenen Erkenntnisse aus der Korrelation zwischen dem einzigartigen Bindemechanismus der Partikel am Substrat - erzeugt aus dem Kaltgasspritzen - und deren photoelektrochemische Aktivität sollen Wege ebnen, neuentwickelte katalytisch aktive Materialien (vor allem Pulver) technologisch schnell in eine Photoelektrode zu transferieren. Ziele: Identifizierung der kritischen Parameter im Aerosol-Kaltgasspritzprozess zur Optimierung der Kopplung zwischen Halbleiter (a-Fe2O3, BiVO4) und Substrat, Erkenntnisgewinn über die Wechselwirkung zwischen der Oberflächenstruktur, Photoaktivität und Wasserstoffproduktionsrate an Modellsystemen, Herstellung von nanostrukturierten Metalloxid-basierten Photoelektroden mit eingestellten Geometrien via Aerosol-Kaltgasspritzen im Labortechnischen Maßstab, Systemintegration 1) Entwicklung des Kaltgasspritzens zur Herstellung von Photoelektroden 2) Untersuchung der Geometrie der Photoelektroden auf die photoelektrochemische Aktivität 3) Hierarchisch-poröse Photoelektroden 4) Aerosol-Kaltgasspritzen 5) Großflächige Herstellung 6) Prototypherstellung Die erarbeiteten Erkenntnisse werden durch Veröffentlichungen in Fachzeitschriften und Konferenzen sowie in einem Workshop fachlich interessierten Kreisen zugänglich gemacht. Die Entwicklung dieser Methode sichert die Technologieführerschaft in Deutschland und soll die Grundlage für Industriekooperationen bilden.
Das Projekt "Teilprojekt 5: Carbonfaser-Material Stäube - Untersuchung der Zusammensetzung und biologischen Wirkung auf humane Lungenzellen sowie arbeitsmedizinische Aspekte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von VITROCELL Systems GmbH durchgeführt. Vitrocell wird im Rahmen des Vorhabens eine neuartige Expositionsanlage aufbauen, mit der der Einfluss von Carbonfaser-Stäuben auf die menschliche Lunge möglichst realitätsnah untersucht werden kann. Hierzu soll ein kompaktes und standardisiertes Testsystem mit hohem Durchsatz für die Bestimmung der Exposition der Lunge realisiert und erprobt werden. Die mit dem Testsystem in einem möglichst realitätsnahen Modell der Lunge erfassten Partikel sollen anschließend hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf Lungenzellen getestet werden. Besonderer Forschungsbedarf besteht hinsichtlich der Herstellung und Zuführung des Aersolstroms zum Expositionssystem. Hier wird von Vitrocell ein neues Verfahren erarbeitet, mit dem von einem Probekörper Carbonfasern steuerbar abgeschliffen und anschließend gezielt in einen Aerosolstrom eingebracht werden können. Das Testsystem von Vitrocell ist eine wichtige Voraussetzung zur Prüfung der biologischen Wirkung von Carbonfaser-Stäuben auf die menschliche Lunge. Um ausreichend Untersuchungen mit den Stäuben durchführen zu können, muss das Expositionssystem so früh wie möglich zur Verfügung stehen. Daher werden von Vitrocell zu Beginn des Projektes mehrere Arbeitspakete parallel bearbeitet. Die Erforschung des Verfahrens zur Aerosolherstellung startet wie die Konstruktion des Expositionssystems im ersten Projektmonat. Der Aufbau beider Komponenten wird möglichst zeitgleich abgeschlossen, um im Anschluss alle Komponenten (Expositionsanlage, Aerosolgenerator und analytische Systeme) zu montieren und das Zellexpositionssystem in Betrieb zu nehmen. Während der Inbetriebnahme werden bereits erste Untersuchungen durchgeführt, um möglichst früh Optimierungsbedarf am System aufzudecken und entsprechende Arbeiten durchzuführen. Nach den Optimierungen beginnen die eigentlichen Untersuchungen, die von Vitrocell begleitet werden, um mögliche Probleme schnell vor Ort zu lösen. Zum Abschluss des Projektes werden die Expositionsversuche gemeinsam ausgewertet.
Das Projekt "Direkt-Abscheidung von Magnesiumdiborid Supraleitern für neuartige Windturbinen - Teilvorhaben: Entwicklung von Equipment zur Aerosolerzeugung und Klassierung von Partikelgrößen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Palas GmbH Partikel- und Lasermesstechnik durchgeführt. Die Verfügbarkeit kompakter Generatoren mit supraleitenden Rotorwicklungen ist eine wesentliche Voraussetzung zur zukünftigen Realisierung kostengünstiger Windkraftanlagen. Um die hierfür benötigten erheblichen Supraleitermengen preiswert herstellen zu können, wird im beantragten Vorhaben das neuartige Verfahren der Aerosol-basierten Kaltabscheidung auf das vielversprechende Hochtemperatur-Supraleitermaterial Magnesiumdiborid angewendet. Palas zielt darauf ab, das Ausgangspulver als Aerosol mit der gewünschten Partikelverteilung zur Verfügung zu stellen und im weiteren Verlauf des Vorhabens auch größere Mengen bis 500 g/h dispergieren zu können. Die Aerosolerzeugung soll unter atmosphärischen Bedingungen sowie kontinuierlich und mit konstanter Konzentration ablaufen. Palas wird einen Dosierer entwickeln und aufbauen, um Magnesiumdiborid-Partikel zu dispergieren und in einen Aerosolstrom zu überführen. Da die erzeugten Partikel die Bildung des Supraleiters und damit letztlich dessen Leitfähigkeit beeinflussen, ist es wichtig, die Größe der Partikel zu charakterisieren und auf ein gewünschtes Maß zu klassieren. Dazu wird Palas einen virtuellen Impaktor aufbauen. Das Partikelgrößenspektrum wird mit einem Partikeldetektor (SMPS) charakterisiert. Schließlich ist die entwickelte Prozesskette zur Bereitstellung größerer Aerosolvolumenströme für die Aerosol-basierte Kaltabscheidung hochzuskalieren.
Das Projekt "Aerosol-Abscheidung: Grundlagenuntersuchungen, Schichtqualität, Abscheideeffizienz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Angewandte Naturwissenschaften Fakultät, Lehrstuhl für Funktionsmaterialien durchgeführt. Die Verfügbarkeit kompakter Generatoren mit supraleitenden Rotorwicklungen ist eine wesentliche Voraussetzung zur zukünftigen Realisierung kostengünstiger Windkraftanlagen. Um die hierfür benötigten erheblichen Supraleitermengen preiswert herstellen zu können, wird im beantragten Vorhaben das neuartige Verfahren der Aerosol-basierten Kaltabscheidung auf das vielversprechende Hochtemperatur-Supraleitermaterial Magnesiumdiborid angewendet. Die Beiträge der Universität Bayreuth liegen vor allem auf dem Gebiet der Aerosol-basierten Kaltabscheidung. Es werden vorwiegend Grundlagenuntersuchungen an Magnesiumdiborid-Filmen zur Schichtausbildung und zu den Abscheidebedingungen auf unterschiedlichen Substraten durchgeführt. Weiterhin wird zusammen mit den Projektpartnern am Konzept zur Verbesserung von Schichtqualität und Abscheideeffizienz gearbeitet. Konkret sollen Magnesiumdiborid-Pulver hergestellt und auf ihre Eignung für den Prozess qualifiziert werden. Außerdem sollen Grundlagenuntersuchungen hinsichtlich der Aerosolerzeugung und den Beschichtungsparametern, sowie ein zielführender Prozessablauf bezüglich der Herstellung von Funktionsschichten durchgeführt werden. Darüber hinaus soll am Design und der Herstellung des Demonstrators in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern mitgearbeitet und der Beschichtungsprozess in Bezug auf die Abscheide-Effizienz und das Pulver-Recycling optimiert werden.
Das Projekt "NanoExpo - Nanobalancedetektor für personenbezogene Messungen von Nanopartikel-Expositionen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Holzforschung - Wilhelm-Klauditz-Institut durchgeführt. Ziel dieses Gesamtprojektes ist die Entwicklung eines personenbezogenen, tragbaren Dosimeters für luftgetragene Nanopartikel. Das hier beschriebene Teilprojekt umfasst die Bereitstellung und Charakterisierung von Testaerosolen für die Entwicklung des Nano-Samplers sowie die Validierung des Samplers im Vergleich zu klassischen Partikelzählern mit realistischen Aerosolen. Um die breite Anwendbarkeit der Nano-Sampler sicherzustellen, werden Testaerosole aus kommerziell eingesetzten Nanopartikeln unter definierten Bedingungen in einer Prüfkammer hergestellt und charakterisiert (Konzentration, Stabilität der Konzentration, CMD, Anzahl und Stabilität der Moden). Die Prototypen der Nano-Sampler können bei diesen Versuchen bereits exponiert werden, ebenso kann die Funktionalität der Abscheidetechniken (thermisch, elektrostatisch) an den Testaerosolen qualitativ studiert werden. Anschließend wird die Leistungsfähigkeit der Nano-Waagen-Technologie im direkten Vergleich mit konventionellen Messgeräten überprüft. Dazu werden Partikelzähler zusammen mit der Nano-Waage an Prüfkammern angeschlossen, in denen mono- und polydisperse Aerosole erzeugt werden und eine Validierung des Samplers durchgeführt. Verglichen wird auch das Verhalten bei Aerosolen, die starker zeitlicher Veränderung unterliegen.
Das Projekt "Ganzheitliche Energie- und Ressourcenoptimierung in der industriellen Fertigung von Lackaerosolen durch vernetzte elektronische Steuerungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GAPro mbH Gesellschaft für Automation und Prozesstechnik mbH durchgeführt. Ziel des geplanten Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines vernetzten elektronischen Steuerungssystems mit Anbindung an die Gesamtanlage zur Lackaerosolherstellung und deren Komponenten zur ganzheitlichen Energie- und Ressourceneinsparung. Die zu entwickelnde zentrale Steuerung wurde am Beispiel der industriellen Fertigung von Lackaerosolen entwickelt und demonstriert. Die zentrale Steuerung dient als Prototyp zum Nachweis des Funktionsprinzips zur Untersuchung der Steuerungsparameter und zur Evaluation möglicher weiterer Anwendungsgebiete. In einer ersten Projektphase war eine Demonstration des neuen Steuerungsverfahrens am Beispiel der industriellen Fertigung von Lackaerosolen bei der Firma MotipDupli, europäischer Marktführer in der Herstellung von Lackaerosolen, vorgesehen. Das Steuerungsmodell wurde in unterschiedliche Module je betrachtetes Medium aufgebaut. Anlass des Vorhabens ist, dass aufgrund des Einsatzes von dezentralen Steuerungen in industriellen Fertigungsanlagen im Bereich der Lackaerosolherstellung, der Energieeinsatz und die Energieverbräuche in Fertigungsbetrieben bisher nur lokal und einzeln erfasst werden können. So werden Maschinen und Anlagenkonstellationen morgens ein- und abends ausgeschaltet, ungeachtet der Notwendigkeit. Betrachtet man den Energieverbrauch, so sind hier große Einsparpotenziale möglich, ohne betriebliche Notwendigkeiten einzuschränken. Aus diesem Grunde haben Fertigungsbetriebe das Interesse, neue zentrale Steuerungslösungen in deren Fertigungslinien einzusetzen. Das Projekt verlief weitestgehend zur vollen Zufriedenheit. Die Feldversuche bei der Firma MotipDupli bestätigen den Trend, dass zentrale Steuerungssysteme, wie im vorliegenden Projekt, zukünftig stark nachgefragt werden. Auch von den Maschinenherstellern sind positive Resonanzen zu vernehmen. Die Bereitschaft für eine Anwendung ist vorhanden, so dass derzeit alle Punkte für eine erfolgreiche Realisierung der zweiten Phase sprechen. In dieser soll die Adaption der zentralen Steuerung an Anlagen verwandter und in weiteren Schritten an beliebige Fertigungslinien erfolgen. Hierzu müssen die Module des Steuerungssystems entsprechend weiterentwickelt werden.
Das Projekt "Verbesserte Messtechnik für Untersuchungen zum Aerosolverhalten bei schweren Störfällen in LWR" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Lehrstuhl für Reaktorsicherheit und -technik durchgeführt. Bei schweren Störfällen in Leichtwasserreaktoren kann es zu einer erheblichen Freisetzung von Spalt- und Aktivierungsprodukten in Form von luft- bzw. gasgetragenen Aerosolen ins Containment kommen. Ziel der Arbeiten ist, systematisch im nuklearen wie im nicht-nuklearen Bereich fortschrittliche Aeorosolmesstechnik incl. Aerosolerzeugung zu identifizieren, ihre Adaptionsmöglichkeiten zu bewerten und teilw. einer ersten Erprobung zu unterziehen. In der Arbeitsphase 1 werden intensive Studien des aktuellen Sachstandes durchgeführt. Darüber hinaus werden vorbereitende Absprachen mit den beteiligten Partnern und Firmen getroffen und Detailplanungen bezüglich der Messtechnik und der Aerosolerzeuger erstellt (8 Monate). In der Arbeitsphase 2 werden die Detailplanungen umgesetzt und soweit möglich orientierende Versuche durchgeführt (12 Monate). In der Arbeitsphase 3 werden die Ergebnisse ausgewertet und die gesammelten Erkenntnisse zusammengetragen (7 Monate; die Phase beginnt bereits vor Ende der Phase 2; die Überlappung beträgt ca. 3 Monate.) Vorrangig werden für Untersuchungen zum Verhalten von Mischaerosolen bei kondensierenden Atmosphärenbedingungen, zu 'pool scrubbing' und zum Verhalten von Brandaerosolen in Kombination mit kernschmelztypischen Aerosolen Messkonzeptionen erarbeitet, die die Erzeugung repräsentativer Aerosole, ihre Anfangscharakterisierung und ihr Verhalten während des Versuchs beinhalten. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wird der Stand des Wissens über Aerosolverhalten bei schweren Störfällen systematisch erfasst und erweitert. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen als Grundlage für mögliche weitergehende Untersuchungen.
Das Projekt "Large-Area CIS Based Thin-Film Solar Modules for Highly Productive Manufacturing (LARCIS)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg durchgeführt. Objective: In order for the commercial production of large CIGS modules on the multi-MW scale to be successful, the processes must still be streamlined and optimised taking considering both economical and ecological aspects. This project aims to support the developme nt of this material- and energy-saving thin-film technology so it can gain a foothold in the free PV market. Promising laboratory results will be transferred to large-scale production, where the availability of appropriate production equipment and very hig h material and process yields are of decisive importance. 4 universities, 2 research institutes, and 4 companies will work closely together in order to merge the physical understanding of the processes and the engineering know-how, which are necessary for up-scaling the CIGS technology to a marketable multi-megawatt production volume. We will focus on: (1) very high-quality modules manufactured by coevaporation of CIGS and applying cost-effective methods, ETA up to 14 Prozent on 0.7 m2; (2) the development of Cd-free buffer layers for Cd-free CIGS modules on an area of up to 0.7 m2, ETA up to 12 Prozent; (3) and the development of a mid-term alternative: electrodeposition of low-cost CIS modules with ETA above 10 Prozent (estimated cost about 0.8 E/Wp). We will transfer the Mo back contact sputtering know-how to a specialised European large-area glass coater to provide substrates for both the coevaporation and the electrodeposition approaches. All process developments such as modifications of the back contact, wet- or vacuum-deposited buffer layers, the multi-stage coevaporation of CIGS, or improved Ga incorporation in electrodeposited absorbers will first be tested and evaluated on the laboratory scale. Successful approaches will be up-scaled and transferred to three independ ent commercial CIGS pilot lines located in three different European countries. Novel process and quality control techniques must also be developed and applied to reach these ambitious goals.
Das Projekt "Decontamination technique using a dispersed chemical agent" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Battelle-Institut e.V. durchgeführt. Objective: The objective of this research is to develop a technique using a chemical agent dispersed as fog for the decontamination of large size components of nuclear installations. The proposed project investigates the decontamination factors which can be achieved via this method using a lab-scale experimental setup focusing on the decontamination of austenitic steel. The programme essentially includes: Construction and testing of the experimental set up; adaptation of a droplet size and concentration measuring system; decontamination tests with nonactive samples to optimize the process parameters; decontamination tests with radioactive samples in order to verify the efficiency of this method. This research programme aims at obtaining consistent information on a new approach towards the decontamination of components of nuclear installations: decontamination by means of high affinity chemical reagents, in an aqueous medium for a good surface contact, using methods already existing in other technical fields. General Information: Work Programme. 1. Construction and testing of the experimental setup. 2. Adaptation of a droplet size and concentration measuring system. 3. Experiments with nonradioactive samples for the optimization of the process parameters. 4. Verification experiments with radioactive samples for the determination of the decontamination factor. Achievements: The objective of this research is to develop a technique using a chemical agent dispersed as fog for the decontamination of large size components of nuclear installations. The proposed project investigates the decontamination factors which can be achieved via this method using a lab-scale experimental setup focusing on the decontamination of austenitic steel. The first phase of the work has been performed. This covered lay out, construction and testing of an experimental setup, capable of producing and depositing an ultra fine fog of a chemical agent on a target surface, which consists in a first approach of a nonactive sample. The system contains a closed loop, where fine droplets of an etching fluid are generated in the 2 um size range via an ultrasonic transducer and deposited electrostatically on a metal target after passing a corona discharge section. The metal target consist of a rotating endless belt which faces the aerosol generator and a wiper on the back of the belt to collect the waste liquid for post investigation. To test the functions of the apparatus and to determine typical process parameters first experiments have been carried out successfully. The apparatus available now allows a direct automatic online measurement of the reaction kinetics of the etching process. The system is ready for the planned experiments with austenitic steel to optimize the process with nonradioactive samples and to demonstrate the method using radioactive samples determining the attainable decontamination factors.
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