Teilprojekt C05 hat zum Ziel, den wichtigen Eintragsweg für Kunststoffe, in Form von Mikroplastik, in die Umwelt aus technischen Anlagen (MP) mechanistisch aufzuklären. Gleichzeitig sollen neue Ansätze verfolgt werden, die zur Vermeidung bzw. Reduktion von MP aus Standardkunststoffen maßgeblich beitragen sollen. Zu diesem Zweck sollen Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Nylon, Polyethylenterephthalat, Polyisopren und Polyvinylchlorid durch Beschleuniger (in situ) in ihren Oberflächeneigenschaften für die Biofilmbildung modifiziert und dadurch unter Prozessbedingungen biologisch angreifbar und abbaubar gemacht werden. So können auch Standardkunststoffe umweltverträglicher bezüglich der MP-Partikel Bildung werden. Damit geht TP C05 weit über die bislang üblichen eher deskriptiven Studien zu MP in technischen Anlagen und der Umwelt hinaus. Folgende zentrale Fragen sollen in TP C05 in Hinblick MP-Partikel in technischen Anlagen der Abfall- und Abwasserwirtschaft beantwortet werden: 1. Kommt es in den Anlagen zu spezifischen (biologischen) Abbau- und Degradationsvorgängen? 2. Wie hängen die zu beobachtenden Prozesse von MP-Charakteristika (Materialsorte, Zusammensetzung, Größe, Morphologie, Beschichtung) ab, ? 3. Lassen sich die Vorgänge ('Bioabbaubarkeit') durch gezielte Modifikation der Partikeloberfläche vor oder in den Anlagen beschleunigen? 4. Welche ökologischen Konsequenzen einer Ausbringung der (modifizierten) Partikel in die Umwelt und hier vor allem in den Boden lassen sich postulieren?
Windenergieanlagen sind zentral für die Energiewende. Wirtschaftlich betrachtet, müssen die Stromgestehungskosten minimiert werden, was kosteneffiziente, hochproduktive und wartungsarme Anlagen voraussetzt. Heutige Komponenten sind auf eine Betriebsdauer von 20 Jahren ausgelegt. Neben der Energieeffizienz in der Anwendung ist auch die energieeffiziente Herstellung der Anlagenkomponenten entscheidend. Beispielsweise werden schwere Gleitlager (bis zu einer Tonne) mit reibmindernden Beschichtungen versehen. Um gesundheitsschädliche Blei-Bronze-Legierungen zu ersetzen, werden Beschichtungen aus Polyetheretherketon (PEEK) verwendet. PEEK hat hervorragende reibmindernde Eigenschaften, hohe Dauergebrauchstemperatur (250 °C), große chemische Beständigkeit und mechanische Festigkeit (smax = 105 MPa) und ist daher für hochbeanspruchende Anwendungen geeignet. Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Verfahrens zur laserbasierten Herstellung von 1 mm dicken PEEK-Schichten auf großen Gleitlagern für die Windenergietechnik. Aktuell gibt es schwere Gleitlager aus PEEK, die in Form von 2 mm dicken Platten auflaminiert und danach abgefräst werden. Diese Technik ist für nicht-plane und komplexere Geometrien ungeeignet. Ein neuer Ansatz sieht vor, PEEK in Form einer Dispersion auf das Bauteil zu applizieren und es anschließend im Ofen auf ca. 400 °C zu erhitzen, bis das PEEK eine geschlossene Schicht bildet. Diese Methode erfordert enorme Energiemengen, da die schweren Bauteile mehrfach auf 400 °C erhitzt werden müssen. Die Öfen werden meist mit Gas beheizt, was aufgrund der aktuellen Gasknappheit zusätzliche hohe Kosten verursacht. Durch das, in diesem Projekt entwickelte sollen deutliche Energie- und Zeitersparnisse realisiert und für die wirtschaftliche Verwertung nutzbar gemacht werden.
Windenergieanlagen sind zentral für die Energiewende. Wirtschaftlich betrachtet, müssen die Stromgestehungskosten minimiert werden, was kosteneffiziente, hochproduktive und wartungsarme Anlagen voraussetzt. Heutige Komponenten sind auf eine Betriebsdauer von 20 Jahren ausgelegt. Neben der Energieeffizienz in der Anwendung ist auch die energieeffiziente Herstellung der Anlagenkomponenten entscheidend. Beispielsweise werden schwere Gleitlager (bis zu einer Tonne) mit reibmindernden Beschichtungen versehen. Um gesundheitsschädliche Blei-Bronze-Legierungen zu ersetzen, werden Beschichtungen aus Polyetheretherketon (PEEK) verwendet. PEEK hat hervorragende reibmindernde Eigenschaften, hohe Dauergebrauchstemperatur (250 °C), große chemische Beständigkeit und mechanische Festigkeit (smax = 105 MPa) und ist daher für hochbeanspruchende Anwendungen geeignet. Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Verfahrens zur laserbasierten Herstellung von 1 mm dicken PEEK-Schichten auf großen Gleitlagern für die Windenergietechnik. Aktuell gibt es schwere Gleitlager aus PEEK, die in Form von 2 mm dicken Platten auflaminiert und danach abgefräst werden. Diese Technik ist für nicht-plane und komplexere Geometrien ungeeignet. Ein neuer Ansatz sieht vor, PEEK in Form einer Dispersion auf das Bauteil zu applizieren und es anschließend im Ofen auf ca. 400 °C zu erhitzen, bis das PEEK eine geschlossene Schicht bildet. Diese Methode erfordert enorme Energiemengen, da die schweren Bauteile mehrfach auf 400 °C erhitzt werden müssen. Die Öfen werden meist mit Gas beheizt, was aufgrund der aktuellen Gasknappheit zusätzliche hohe Kosten verursacht. Durch das, in diesem Projekt entwickelte sollen deutliche Energie- und Zeitersparnisse realisiert und für die wirtschaftliche Verwertung nutzbar gemacht werden.
Problemstellung: Membranfiltrationsverfahren erlebten in der Aufbereitungstechnik von Wässern in den vergangenen 20 Jahren einen starken Zuwachs. Trotz des steigenden Einsatzes bleibt ein Problemfeld kommerzieller Membranen die Anhaftung und die Adsorption deckschichtbildender Substanzen (sogenanntes Fouling). Das Fouling wird im Niederdruckbereich (Mikro- bzw. Ultrafiltation) vornehmlich durch Partikeln und Kolloide (kolloidales Fouling), sowie organische Makromoleküle (organisches Fouling) und Mikroorganismen (Biofouling) verursacht. Bei Hochdruckfiltrationsverfahren wie der Nanofiltration kommt es vornehmlich zur Adsorption gelöster organischer Substanzen sowie zu Biofouling. Maßnahmen zur Fouling Kontrolle reichen von der Vorbehandlung von Wässern, über die hydrodynamische Optimierung der Strömung im Membranmodul bis zur physico-chemischen Anpassung der Oberflächeneigenschaften der eingesetzten Materialien (größtenteils Polymere). Im letzteren Handlungsfeld möchte vorliegendes Forschungsvorhaben offene Fragestellungen zu Wirkzusammenhängen zwischen Ladungseigenschaften der Membranoberfläche, den resultierenden Fouling und Rückhalteverhalten aufklären. Vorgehensweise: Mittels ionengestützter Beschichtung, Plasma Immersions Ionenimplantation und Beschichtung (PBII&D) genannt, wird die Oberflächenleitfähigkeit herkömmlicher Polymermembranen gezielt erhöht. Entsprechend behandelte Membranen werden in verschiedenen wässrigen Lösungen durch definiertes Anlegen eines elektrischen Potentials (- 1,5 V bis 1,5 V) auf das resultierende Fouling- und Rückhalteverhalten hin untersucht. Die Versuchsergebnisse werden mit bekannten Transportmodellen (elektrokinetische Modelle) verglichen und ggf. werden Modellanpassungen durchgeführt. Diese Erkenntnisse werden dazu genutzt, ein Modell zu erstellen, das zur Simulation des Trennverhaltens bei verschiedenen Betriebsbedingungen genutzt werden kann. Ein besseres, umfassendes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Oberflächenladung der Membran (Zetapotential) und resultierendem Fouling- bzw. Rückhalteverhalten könnte zur gezielten 'potentialgesteuerten Funktionalisierung' von Membranoberflächen eingesetzt werden.
Die einzelnen Belastungsfaktoren von Kulturgütern können durch apparativ aufwendige und kostenintensive Einzelmessungen mit Hilfe der modernen Analytik genau bestimmt werden. Mit den sogenannten Glassensoren wurde am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (ISC) eine elegante und zerstörungsfreie Methode entwickelt, die ohne aufwendige Messungen der einzelnen Parameter die auftretenden Gesamtbelastungen über einen längeren Zeitraum hinweg registrieren kann. Die Verwendung von sensibilisierten Glasflächen als Dosimetermaterial wurde für den bisherigen Anwendungsbereich ausgeschöpft. Ziel dieses Vorhabens ist es, neue korrosionsempfindliche Materialien und Komponenten herzustellen und für den prinzipiellen Einsatz zur Überwachung der Umweltbedingungen an Kulturgütern zu prüfen. Zum einen sollen Granulate der bisherigen Glasmaterialien mit unterschiedlicher Körnung in eine NIR-transparente Trägermatrix aus SiO2-Aerogel eingebracht werden. Zum anderen bietet sich die Modifizierung der inneren Oberfläche von SiO2-Aerogelen an, die dann selbst als detektionsaktive Medien fungieren können. Ein weiterer Syntheseweg soll so gewählt werden, dass Aerogel- oder Xerogelschichten ohne überkritische Trocknung auf Glas als Trägermaterial hergestellt werden. In jedem Fall muss der korrosive Einfluss bestimmter Umweltfaktoren (Feuchte, Temperatur, Schadgase) in einem Expositionsprogramm in Klimakammern, zunächst durch Variation einzelner Parameter und schließlich durch deren Kombination systematisch charakterisiert werden. Nach Abschluss dieser Labortestphase können - bei Projektende - Expositionsprogramme in Museen verwirklicht werden.