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Vor dem Hintergrund des starken Wachstums afrikanischer Großstädte und damit zusammenhängender Versorgungs- und Umweltprobleme gewinnt die sich dort besonders stark entwickelnde urbane und peri-urbane Landwirtschaft zunehmend an wissenschaftlichem Interesse. Im Gegensatz zu den auf äußerst nährstoffarmen, erosionsgefährdeten Böden des Hinterlandes vorherrschenden subsistenzorientierten Landnutzungssystemen ist die UPL durch hohe Inputintensitäten gekennzeichnet. Allerdings gibt es derzeit kaum grundlagenorientierte Untersuchungen zu Produktivität, Stoffumsätzen und umweltrelevanten Externalitäten der UPL, die tierische und pflanzenbauliche Produktionssysteme vereint. In diesen Forschungsprojekt sollen am Beispiel der nigrischen Hauptstadt Niamey Stoffflüsse in der UPL in exemplarisch ausgewählten Haushalten gemessen und in ihren wesentlichen Kenngrößen modelliert werden. Diese Untersuchungen werden anschließend zur Prüfung von Vorschlägen zur Steigerung der Ressourceneffizienz herangezogen. Zu diesem Zweck werden in einem ersten Schritt in 20 nach dem Grad ihrer Integration von Tierhaltung und Ackerbau ausgewählten Beispielbetrieben die horizontalen Einträge und Verluste von Stickstoff (N), Phosphor (p) und Kalium (k) an den Schnittstellen Boden-Pflanze-Tier im Jahresverlauf erfasst. Auf einigen dieser Betriebe sollen zu repräsentativen Zeitpunkten atmosphärische Emissionen (Denitrifikations- und Ammoniakverluste) mit einem photoakustischen Spurenglasanalysator ermittelt und sickerungsbedingte Nährstoffverluste (N, P, und K) durch den Einbau von Si-Carbid-Saugplatten gemessen werden. In einem zweiten Schritt wird der Einfluss gezielter Verbesserungsmaßnahmen im Stoffmanagement (Einsatz einer Einstreu von Stroh und Rohphosphat in der stationären Haltung von Tieren, kontrollierte Kompostierung des Tierdungs) auf die atmosphärischen N-Verluste und Dungqualität geprüft. Im dritten Schritt soll der Einfluss verschiedener Intensitäts- und Integrationsstufen der UPL auf die erfassten Stoffflüsse im Kontinuum Boden-Pflanze-Tier-Umwelt mittels eines bio-physikalischen Models abgebildet werden.
Die Präparation intermetallischer Phasen bei niedrigen Temperaturen bleibt eine herausfordernde Aufgabe. In den vergangenen Jahren wurden Redoxreaktionen an reaktiven intermetallischen Präkursoren zu einer vielseitigen Methode, insbesondere für die Herstellung metastabiler intermetallischer Verbindungen, entwickelt. Bisher wurden solche Reaktionen hauptsächlich als Gas-Fest-Reaktionen geführt. Andererseits sind Redoxreaktionen gelöster Cluster-Spezies in Ammoniak oder organischen Aminen bekannt, die Zugang zu neuen Metalloid-Spezies, z. B. zu Clusterpolymeren, bieten. In den meisten Fällen werden hier allerdings Produkte erhalten, die Lösungsmittelmoleküle oder Komplex-Kationen enthalten. In dieser Hinsicht könnten Redoxreaktionen in der Lösung einer ionischen Flüssigkeit einen alternativen Zugang zu neuen rein intermetallischen Phasen bieten. In bisherigen Versuchen, dies zu realisieren, liefen jedoch die Redoxreaktionen aufgrund der zu hohen Reaktivität der eingesetzten Ionischen Flüssigkeiten gegenüber empfindlichen Präkursoren wie den Zintl-Phasen sehr schnell und schwer kontrollierbar sowie vornehmlich heterogen ab, so dass vor allem amorphe Produkte erhalten wurden. Dieses Projekt hat einerseits das Ziel, inerte Ionische Flüssigkeiten zu entwickeln, die sich dazu eignen, intermetallische Phasen mit Zintl-Anionen bei niedriger Temperatur aufzulösen und damit möglich werdende systematische Untersuchungen kontrollierter homogener Redoxreaktionen zu neuen metastabilen intermetallischen Phasen durch gezielte Zugabe geeigneter Oxidationsmittel durchzuführen. Die Anwendbarkeit derartiger Redoxreaktionen auf salzartige Carbide soll ebenso untersucht werden. Dies verspricht Zugang zu neuen Carbiden oder sogar zu Kohlenstoffmodifikationen mit polymeren Strukturmotiven. Andererseits sollen topotaktische Redoxreaktionen geeigneter Präkursoren in gezielt hergestellten Ionischen Flüssigkeiten durchgeführt werden, deren Reaktivität und Lösungsvermögen für Produktspezies eine vollständige Umsetzung des Präkursors erlauben. Dies verspricht Zugang zu technisch interessanten, auf andere Weise jedoch schwierig erhältlichen Produkten wie graphen-analogen Siliciumschichten. Für die Untersuchungen im Rahmen dieses Projektes werden sogenannte TAAILs (Tunable Alkyl-Aryl Ionic Liquids) gezielt hergestellt, deren Imidazolium-Kationen funktionalisierte Phenylsubstituenten zur Einstellung elektronischer Eigenschaften und somit der Reaktivität als Protonenquelle tragen. Die Alkyl-Seitenketten sollen anionische Gruppen oder Polyether-Reste besitzen, die eine Erhöhung der Löslichkeit von Salzen oder salzartigen Verbindungen durch Komplexierung von Kationen ermöglichen. Die protische Aktivität solcher Ionischen Flüssigkeiten wird weiterhin durch den selektiven Austausch von Wasserstoffen an den Kohlenstoffatomen des Imidazol-Kerns gegen inerte Aryl-Substituenten eingestellt.
Für neue Konzepte in den Bereichen Elektromobilität, Energiespeicherung und -Erzeugung stellt die Leistungselektronik eine wichtige Schlüsselkomponente dar. Eine wesentliche Herausforderung bei der Entwicklung leistungselektronischer Stellglieder ist eine niederinduktive Anbindung der internen Komponenten sowie die Aufbau- und Verbindungstechnik. Für diese beiden Arbeitsgebiete sollen im Rahmen des Projektes neue Konzepte entwickelt und im Praxiseinsatz erprobt werden. Als Grundidee sollen die klassischer Weise getrennt hergestellten Teilkomponenten Zwischenkreiskondensator (DC-Link) und Halbleitermodul (Leistungshalbleiter in entsprechenden Standardgehäusen) zu einem gemeinsamen Modul mit genau definierten und optimierten Betriebseigenschaften verbunden werden. Die neuen Module sollen schneller und effizienter schalten können, und gleichzeitig weniger elektromagnetische Störungen verursachen. Sie sollen in Zukunft helfen, moderne elektrische Antriebe effizienter und kompakter gestalten zu können. Ein weiteres Projektziel besteht darin, entsprechende Technologien dauerhaft an der Hochschule Landshut zu etablieren. Besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der vergleichenden Untersuchung von konventionellen, siliziumbasierten Halbleiterbauelementen und neuen, gerade auf den Markt gekommenen SiC-Halbleitern. Diese ermöglichen ein sehr schnelles und energieeffizientes Schalten, verursachen aber auch deutliche Probleme im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit. Aufbau und Test der geplanten Module, die Beantwortung der projektinternen Fragestellungen sowie die Etablierung des entsprechenden Knowhows sollen im Rahmen von insgesamt 7 Arbeitspaketen erfolgen: 1. Spezifikation integriertes Modul - 2. Konstruktion integriertes Modul - 3. Aufbau erster Modulprototypen / Aufbau Infrastruktur und Testumgebung - 4. Inbetriebnahme, Messung und Analyse - 5. Redesign und Weiterentwicklung - 6. Praxiseinsatz - 7. Dokumentation.
Die drei Forschungsinstitute FBH, HHI und IAF werden im Rahmen dieses Vorhabens gemeinsam die in der Literatur vorhandenen toxikologisch relevanten Materialdaten der als prioritär eingestuften Verbindungshalbleiter sichten. Das FBH ist dabei für GaAs und SiC zuständig. Die Ergebnisse werden in einer Literatur-Datenbank zusammentragen. Durch Prüfung der verfügbaren Daten werden Datenlücken identifiziert und an die Verbundpartner kommuniziert. Eine Kurzform der Ergebnisse wird dann in ein für den Datenaustausch mit EU-Institutionen kompatibles Datenbankformat übertragen. Nur auf diese Weise sind sie auch unmittelbar, z.B. für die Erstellung eines REACH Dossiers. An den Instituten HHI und FBH werden Freisetzungspotentiale von Stoffen in der Produktion und dessen Umfeld untersucht. Die Messstrategie für die einzelnen Herstellungsschritte wird am FBH exemplarisch für GaAs durchgeführt. Dabei wird analog zu allen einschlägigen Normen vorgegangen. Die Messkampagnen gliedern sich entlang der Prozessschritte. Sie erfolgen in der Zu- und Umluft sowie an potenziell gefährdeten Arbeitsplätzen. Prozessabwässer werden auf Bestandteile der Ausgangsstoffe untersucht und mit den jeweiligen Löslichkeiten korreliert.
Entwicklung eines leistungselektronischen Umrichters mit 250 kW mit SiC-Halbleitern zur Anbindung einer Hochleistungs-/energiebatterie an das Verteilnetz. Für die Entwicklung werden Vorserienmuster von 3,3-kV-SiC-MOSFETs genutzt. Mit diesen Bauelementen sollen SiC-Leistungsmodule zu 150 - 300 A entwickelt werden. Erst die Entwicklung von niederinduktiven HV-SiC-Halbleitermodulen schafft die Grundlage für die Entwicklung von Mittelspannungsumrichtern hoher Leistung. In einem 3,3-kV-Netz ergeben sich hierbei Umrichterleistungen von 250 - 1.000 kVA. Über die Mittelspannungsebene wird der Hochleistungsspeicher eingebunden, der dann in das 110-kV-Netz gekoppelt wird. Hochleistungsspeicher ermöglichen den kurzzeitigen Inselbetrieb von Industrieanlagen und sichern somit kostenkritische Produktionsprozesse bei Netzausfällen. Weiter ermöglichen mehrere Hochleistungsspeicher im Verbund des 110-kV-Netzes den Wiederaufbau des Netzes und das Anfahren von Kraftwerken. Damit können Hochleistungsspeicher neben den klassischen Pumpspeicherseen eine weitere strategisch wichtige Säule zur Schwarzstartfähigkeit der Energieversorgung bilden. Durch die Verbundpartner dieses Vorhabens ist die gesamte wirtschaftliche Wertschöpfungskette vom Komponentenhersteller, Leistungselektronikhersteller, Systemintegrator und Netzbetreiber dargestellt. Die Forschungsaspekte zu Bauelementen, Leistungselektronik, System- und Regelungstechnik werden durch das Fraunhofer ISE flankiert. Semikron wird die Entwicklung der niederinduktiven HV-SiC-Halbleitermodule durchführen. Die Entwicklung der induktiven Leistungsbauelemente und die Durchführung damit verbundener Studien werden von STS übernommen.
Bei starkem Abrasionsverschleiß, wie er im Umgang mit mineralischen Gütern häufig auftritt, haben sich auftraggeschweißte Hartverbundschichten bewährt. Deren hoher Verschleißwiderstand beruht darauf, dass harte Wolframkarbidpartikel (WC oder WC/W2C) in hohen Gehalten (bis zu 40 Vol. Prozent) einer metallischen Matrix auf meist Ni-Basis zugegeben werden. Die keramischen Wolframkarbide stellen sich furchenden mineralischen Partikeln in den Weg und sind aufgrund ihrer hohen Härte bei gleichzeitig hoher Bruchzähigkeit für den Verschleißwiderstand und die daraus resultierende Lebensdauer von Verschleißteilen verantwortlich. Da Wolfram gemäß mehrerer Studien zu den kritischen Rohstoffen gehört, ist das Gesamtziel des vorliegenden Verbundvorhabens die Entwicklung hochverschleißbeständiger wolframfreier Auftragschweißlegierungen. Wolframkarbid soll durch andere in Europa verfügbare und zugleich kostengünstige Hartstoffe ersetzt werden. Die Materialkosten der Auftragschweißung sollen zusätzlich durch die Substitution der bisher verwendeten Ni-Matrices erzielt werden. Es werden Fe-Basis-Matrices entwickelt. Als Hartstoffe werden Karbide, wie das hoch harte Siliziumkarbid, aber auch Oxide benutzt. Um sie ausreichend sicher in die Fe-Basis-Matrices einzubetten, müssen werkstofftechnische und technologische Untersuchungen durchgeführt werden. Werkstofftechnisch werden Transferschichten vorgesehen, die eine optimale chemisch/physikalische Bindung zu der Matrix auf Fe-Basisgarantieren. Diese Transferschichtensollen einerseits unerwünschte Reaktionen zwischen dem Hartstoff und Metallmatrix unterbinden und andererseits eine metallurgische Hartstoffeinbindung in die Metallmatrix ermöglichen. In einem ersten Schritt gilt es, geeignete Transferbeschichtungen mittels der physikalischen und chemischen Gasphasenabscheidung auf den zuvor ausgewählten Hartstoffpartikeln zu platzieren. Gleichzeitig wird eigens für diesen Zweck eine pulvermetallurgische Hartlegierung auf Fe-Basis entwickelt und diese durch Gasverdüsen hergestellt. Technologisch wird das Metallpulver in einem weiteren Prozessschritt mit den beschichteten Hartstoffen vermengt und zu einem schweißbaren Pulvergemisch sowie zu Fülldrähten weiterverarbeitet. Die hergestellten Schweißzusatzwerkstoffe mit alternativen Hartstoffen sollen zu Panzerschichten auf Baustahlsubstraten mit den Auftragtechnologien: autogenes-, Fülldraht-, PTA-, UP-Schweißen, Laserschweißen sowie mittels InduClad verarbeitet werden. Neben der Bewertung der hergestellten Panzerschichten bezüglich der tribologischen und mechanischen Eigenschaften unter Laborbedingungen gilt es, das Potential der neu entwickelten Panzerschichten unter realen Praxisbedingungen zu prüfen. Als Demonstrator wird auf Bauteile eines Schaufelrad-Gewinnungsgerätes; insbesondere auf Schneiden von Grabgefäßen zurückgegriffen.
Hochleistungsspeicher ermöglichen den kurzzeitigen Inselbetrieb von Industrieanlagen und sichern somit kostenkritische Produktionsprozesse bei Netzausfällen. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines leistungselektronischen Umrichters mit 250 kW mit SiC-Halbleitern zur Anbindung einer Hochleistungsenergiebatterie an das Verteilnetz. Innerhalb des Vorhabens 'SiC-MSBat' werden neue leistungselektronische Konzepte basierend auf innovativen Halbleitertechnologien entwickelt, die die Systemkosten senken und damit eine schnellere, unkomplizierte und effiziente Integration von Speichern in Mittelspannungsnetze ermöglichen. Für die Entwicklung werden Vorserienmuster von 3,3 kV SiC MOSFETs und Dioden verwendet. Das Ziel im Teilvorhaben ist damit zuverlässige Leistungselektronikmodule zu konzipieren, die durch ihre Eigenschaften ein gutes Skalierungspotentialbieten. Dabei liegt ein besonderer Fokus auf hohen Schaltfrequenzen die besondere Herausforderungen mit sich bringen. So muss das Layout der Modulschaltung zu niedrigen Induktivitäten hin optimiert werden, um Schaltverluste zu reduzieren und hohe Überspannungen zu vermeiden.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 99 |
| Wirtschaft | 1 |
| Wissenschaft | 30 |
| Zivilgesellschaft | 6 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 99 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 99 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 91 |
| Englisch | 15 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Dokument | 2 |
| Keine | 26 |
| Webseite | 71 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 51 |
| Lebewesen und Lebensräume | 46 |
| Luft | 44 |
| Mensch und Umwelt | 99 |
| Wasser | 25 |
| Weitere | 99 |