Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von UBW Universal-Beschichtung GmbH durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens besteht darin, Schichten hoher Gleichmäßigkeit mit dem Nassbeschichtungsverfahren herzustellen, wobei die Trocknung eine biologische Aktivität der Schichtenerhalten soll. Eine hohe Schichtgleichmäßigkeit bei sehr dünnen Schichten (Trockenschichtdicke von kleiner 10 mym) soll mittels Kapillargieße erreicht werden. Die Schichtgleichmäßigkeit soll ca. 1 Prozent bei hoher Schichtdicke und kleiner 2 Prozent bei niedriger Schichtdicke betragen. Das Erarbeiten der Beschichtungsformulierung, der Ansatztechnologie sowie der technologischen Parameter des Beschichtungsverfahrens erfolgt im Hinblick auf eine hohe Schichtgleichmäßigkeit. Die wesentlichen Einflussparameter aus Folientyp und -qualität, Zusatzstoffe und Viskositätsbereich der Formulierung, prinzipielle und mechanische Größen des Antragswerkzeuges (speziell Kapillargießer), Trockenprofil werden in ihrer Wirkung bestimmt. Die Genauigkeit von +/-1 Prozent erweitert die Anwendbarkeit des kostengünstigen Verfahrens auf weitere Produktgruppen. Aufnahme Versuchsproduktion bis 500 T/a. Einsatz des Verfahrens für eine neue Fertigungsanlage mit Jahresumsatz größer 5 Mio.
Das Projekt "Teilprojekt Fraunhofer IPA'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung durchgeführt. Der Einsatz von Iridium ist bei der PEM Elektrolyse anodenseitig praktisch alternativlos. Allerdings ist Iridium extrem selten (die weltweite jährliche Fördermenge an Gold ist ca. 400 mal größer als die von Iridium). Daher ist es für die benötigte Hochskalierung und Verbreitung der Elektrolysetechnologie zwingend notwendig, den Iridiumeinsatz soweit als möglich zu reduzieren. Galvanisch erzeugte Oberflächen sind für den sparsamen Materialeinsatz prädestiniert. Schichten können sehr dünn bis hin zu nur einzelnen Keimen erzeugt werden, zudem kann die Abscheidung selektiv nur auf den Funktionsflächen erfolgen. Im Projekt sollen drei verschiedene Routen untersucht werden, um den Einsatz von Iridium auf den Anoden zu reduzieren: die Abscheidung dünner Iridiumlegierungsschichten, die direkte Erzeugung von Iridiumoxid und die Herstellung kleinstskaliger Katalysatorpartikel durch Mikrogalvanoformung. Die so am IPA erzeugten Proben werden zur Untersuchung dem LIKAT übergeben.
Das Projekt "Fluorfreie Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) für PEM-Brennstoffzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Robert Bosch GmbH durchgeführt. Mit den im Labor der Verbundpartner hergestellten fluorfreien Membranen werden bei BOSCH CCMs hergestellt, indem der Standard-Prozess zur CCM-Herstellung abgewandelt wird. Dünne Ionomer-Schichten werden dazu mittels Sprühverfahren auf die fluorfreie Membran zur besseren Haftvermittlung und Protonenleitung aufgetragen. Anschließend erfolgt der Übertrag der vorher durch Beschichtung hergestellten Kathode und Anode im Rahmen des bereits bei BOSCH etablierten Decal-Prozesses. Parameter zur Lamination (Druck, Temperatur) werden hinsichtlich eines 100%igen Übertrags von Kathode und Anode auf die Membran optimiert. Die CCM wird dann mit GDLs von beiden Seiten versehen und in einer Testzelle zur elektrochemischen Vermessung verbaut. Die UI-Kennlinien bei Standardbedingungen und harschen Bedingungen geben Aufschluss über die Performance der CCMs. Post-mortem-Analysen werden durchgeführt, um die Wirkmechanismen der alternativen Prozessführung und der eingesetzten Materialien zu evaluieren. Diese Erkenntnisse führen zur Optimierung der Materialien und der Prozesstechnologie .
Das Projekt "SP1.1 Dynamische Anreicherungsprozesse von organischer Substanz in der SML" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR) durchgeführt. Der Oberflächenfilm (SML) ist die oberste dünne Schicht des Ozeans und Teil jeglicher Wechselwirkung zwischen Luft und Meer, wie Gasaustausch, atmosphärische Deposition und Aerosolemission. Die Anreicherung von organischer Materie (OM) in der SML modifiziert die Luft-Meer-Austauschprozesse, aber welche OM-Komponenten selektiv angereichert werden, sowie warum und wann sie dies tun, ist weitgehend unbekannt (Engel et al., 2017). Unsere bisherige Forschung hat gezeigt, dass Biopolymere aus photoautotropher Produktion wichtige Komponenten der SML sind und den Luft-Meer-Austausch beeinflussen, indem sie als Biotenside (Galgani et al., 2016; Engel et al., 2018) und als Quelle primärer organischer Aerosole (Trueblood et al., 2021) wirken. Die Motivation unseres Projektes ist es daher, die dynamischen Anreicherungsprozesse von OM in der SML aufzuklären und zu beschreiben, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf der Auflösung der OM-Quellen liegt. Mit unserem Modellierungsansatz ist es das Ziel, unser mechanistisches Verständnis der Zusammenhänge zwischen den Wachstumsbedingungen des Planktons, der Produktion und der Freisetzung von Biomolekülen, einschließlich potentieller Tenside, und der Akkumulation von OM in der SML zu konsolidieren. Eine solche Modellentwicklung wird in hohem Maße von den Ergebnissen und Erkenntnissen der verschiedenen Teilprojekte des BASS-Konsortiums profitieren. Umgekehrt ist es unsere Motivation, ein Modell zu etablieren, das als Synthesewerkzeug für die Interpretation und Integration von Feld-, Mesokosmen- und Labormessungen der OM-Anreicherung in der SML anwendbar wird.Relevanz für die Forschungsgruppe BASS - SP1.1 wird die Quellen, die Menge und die biochemische Zusammensetzung von OM in der SML entschlüsseln und damit wichtige Informationen für alle BASS-Teilprojekte liefern. Der primäre Ursprung von OM im Oberflächenozean ist die photosynthetische Produktion und die wichtigsten biochemischen Komponenten von frisch produzierter OM, d.h. Kohlenhydrate, Aminosäuren und Lipide, unterliegen der mikrobiellen Verarbeitung (SP1.2) und Photoreaktionen innerhalb der SML (SP1.3, SP1.4) und füllen auch den Pool der gelösten organischen Substanz (DOM) auf (SP1.5). Die Modellentwicklung in SP1.1 stellt eine Verbindung zwischen der Produktion von OM und ihrer Anreicherung innerhalb der SML her und zielt darauf ab, die entsprechenden Auswirkungen auf den Luft-Meer-Gasaustausch (SP2.1) zu bestimmen, indem Änderungen des Impulsflusses auf den Ozeanoberflächenschichten (SP2.2) sowie des Auftriebs (SP2.3) berücksichtigt werden. Das vorgeschlagene SML-Submodell wird auf der Grundlage der Ergebnisse aus SP1.4 und SP2.3 verfeinert. Ergebnisse aus den Modellsensitivitätsanalysen werden ergänzende Informationen über oberflächenaktive Eigenschaften verschiedener OM Komponenten und deren Auswirkungen auf Luft-Meer-Austauschprozesse liefern, die innerhalb von BASS ausgewertet werden.
Das Projekt "HEADLINE - High-power high-load Li-Ionen Zellentwicklung für extrudierte Elektroden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SURAGUS GmbH durchgeführt. Im HEADLINE-Gesamtvorhaben werden durch Einsatz neuer, hochleitfähiger Materialien sowohl Kapazität als auch Ratenfähigkeit deutlich verbessert werden und diese speziellen Elektro-den mittels neuartiger, qualitätsgesicherter Extrusionsprozesse hergestellt werden. Im Fokus stehen dabei neue Elektrolytmaterialien in Verbindung mit hochkapazitiven Aktivmaterialien und speziellen Separatoren. Vorrangiges Ziel ist dabei die Lebensdauer und Stabilität der Materialien in Pouch- und Rundzellen zu verbessern und die Nachweise für die Produkteinführung zu erreichen, v.a. durch folgende technologischen Ziele. Der Einsatz neuartiger Elektroden-Extrudat-Materialien führt zu einer Verkürzung des Herstellprozesses. Das Elektroden-Extrudat hat einen signifikant geringeren Anteil an Lösemittel, Wasser und Ethanol. Die sonst erforderlichen und CAPEX-intensiven Ofenanlagen zur Trocknung etwaiger, traditioneller Nassbeschichtungen können hinsichtlich der erforderlichen Heizleistung und Prozess-Dauern verkleinert werden. Die Extrusion von Elektroden-Material als auch die Laminierung des Elektroden-Extrudates auf dem Stromableiter erfordert elektrische Charakterisierungslösungen. Auf Teilvorhaben-Ebene besteht das Ziel in der Entwicklung von Charakterisierungslösungen für die elektroden-herstellende Industrie. Diese Charakterisierungslösungen basieren auf der Hochfrequenz-Wirbelstrom-Technologie. Die Charakterisierung von dünnen, elektrisch leitfähigen Schichten entspricht dem Stand der Technik und wird in einer Vielzahl von Industrien als kontaktloses Verfahren zur Prüfung eingesetzt. Auf Teilvorhabenebene sollen Charakterisierungslösungen für zwei Prozessschritte entwickelt werden, die auf der Hochfrequenz-Wirbelstrom-Impedanz basieren: - Prozessschritt 1: Charakterisierung des Elektrodenmaterial-Extrudates (isolierte Charakterisierung des Aktiv-Materials) - Prozessschritt 2: Charakterisierung des Elektroden-Halbzeuges (Charakterisierung des Elektrodenmaterial auf Kollektor).
Das Projekt "FH-Impuls 2016 I: Impulsvorhaben Umwelteinflüsse im Rahmen der Partnerschaft Plasma for Life (Umwelteinflüsse)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von HAWK Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst - Hildesheim,Holzminden,Göttingen, Fakultät Ingenieurwissenschaften und Gesundheit durchgeführt. Nicht erst durch ein gesteigertes Umweltbewusstsein sind Papier und Pappe als vollständig recyclingfähige und biologisch abbaubare Materialien dem Einsatz von Kunststoffen als Verpackungsmaterial vorzuziehen. Oftmals stehen einer verstärkten Nutzung dieser Materialien jedoch charakteristische Stoffeigenschaften entgegen. So sind zum einen die Papierfasern selbst empfindlich gegenüber Feuchtigkeit und zum anderen ist Papier als Fasermaterial diffusionsoffen. Zudem neigt nach Stand der Technik mit Kunststofffolien beschichtetes Papier beim Aufrollen zum Verkleben (Clogging), was in der Weiterverarbeitung zu Problemen führt. Plasmabasierte Forschungsansätze zur Oberflächenfunktionalisierung zielen einerseits darauf ab, das Substrat durch Beschichtungen gegenüber äußeren (Umwelt-)Einflüssen zu stabilisieren und dadurch eine verbesserte Verpackungsfunktionalität zu erreichen. Zudem soll durch die extrem dünnen und ökologisch vollkommen unbedenklichen (glasartigen) Schichten eine Verbesserung der Diffusionseigenschaften um mehrere Größenordnungen erfolgen, um u.U. auf Polymeranteile vollständig verzichten zu können. Andererseits sollen durch eine gezielte Oberflächenfunktionalisierung verfahrenstechnische Vorteile bei der Verarbeitbarkeit von zuvor konventionell beschichteten Papierrollen generiert werden. In Summe treiben die geplanten Arbeiten technologische Innovationen für umweltfreundliche Lösungen in der Beschichtungs-, Papier- und Verpackungsindustrie voran, die auf eine Reduzierung bzw. im Idealfall einen vollständigen Verzicht von ökologisch bedenklichen Polymerbeschichtungen auf Papiersubstraten in der Verpackungsindustrie abzielen. Dadurch kann der Eintrag von (Mikro-)Plastik in die Umwelt signifikant reduziert werden und damit sowohl ein ökologischer als auch ein gesundheitsrelevanter Beitrag für die Gesellschaft geleistet werden.
Das Projekt "ALDELA - Atom Lagen Depositions Labor Anlage zur Herstellung von ultrahocheffizienten Cu(In,Ga)Se2-Zellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg durchgeführt. Die CIGS-Dünnschichttechnologie weist heute Wirkungsgrade von 22,9% an Zellen und über 17% an Großmodulen auf. Das Potenzial für weitere Verbesserungen ist groß und vielfältige Ansätze zur Wirkungsgradsteigerung sind in der Diskussion. Eine dieser neuartigen Ansätze basiert auf der Passivierung der relevanten Grenzflächen mit der Methode der Atomlagendeposition (Atomic Layer Deposition, ALD). Diese bietet die Möglichkeit, dünne sehr kompakte Schichten mit einer hervorragenden Stufenbedeckung abzuscheiden und auf atomarer Ebene gezielt Einfluss auf die Schicht- und Grenzflächeneigenschaften des Bauelements zu nehmen. Um diese angedachten neuen Konzepte umsetzen zu können, soll im Rahmen dieses Projektes eine ALD-Anlage mit einem Glovebox-System beschafft werden. Neben der Passivierung der Grenzflächen kann diese Methode u.a. auch für eine gezielte Steuerung der Alkali-Diffusion aus dem Glas, eine Anpassung / Optimierung von Puffermaterialien an die neuartige alkali-modifizierte CIGS-Oberfläche, für die Abscheidung von Zwischenschichten oder als Antireflexschicht eingesetzt werden. All dies trägt zur weiteren Verbesserung der Wirkungsgrade bei.
Das Projekt "Diversität und funktionelle Merkmale mikrobieller Gemeinschaften im unterirdischen terrestrischen Lebensraum entlang eines klimatischen Gradienten: von der Oberfläche zur Verwitterungsfront in der Tiefe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Georg-August-Universität Göttingen, Albrecht-von-Haller-Institut für Pflanzenwissenschaften, Experimentelle Phykologie und Sammlung von Algenkulturen durchgeführt. In dem Projekt werden Diversität und funktionelle Eigenschaften von mikrobiellen Gemeinschaften erfassten, die im unterirdischen Teil der 'Critical Zone (CZ)' terrestrischer Lebensräumen leben, entlang eines Gradienten von Aridität, d.h. dem EarthShape Transekt in der küstennahen Cordillera in Chile. Es wird überprüft, ob (1) der terrestrische unterirdische Lebensraum verbunden mit der oberirdischen CZ und damit von klimatischen Bedingungen beeinflusst ist. Die CZ ist eine dünne lebende Schicht der Erde, die Atmosphäre und Geosphäre verbindet. Sie wird zunehmend von menschlichen Aktivitäten beeinflusst. Der unterirdische Teil der CZ mit der Verwitterungszone ist ein aktiver Teil der tiefen Biosphäre, die aus Lebensräumen unterhalb der Erdoberfläche besteht und zu den am wenigsten verstandenen Lebensräumen der Erde zählt. Verwitterungsprozesse transformieren hartes und biologisch inertes Muttergestein zu brüchigem verwitterten Gestein, das eine hervorragende Grundlage für Organismen darstellt und aus dem sich Boden entwickelt. Daher ist die Verwitterung von Gestein ganz entscheidend für die Aufrechterhaltung des Lebens, da sie Nährstoffe für die Organismen bereitstellt. Mit Gestein verbundene Lebensformen haben vermutlich Schlüsselrollen, um die Erde so zu gestalten, dass Leben möglich ist. Außerdem wird das Projekt untersuchen, (2) ob die Artenvielfalt und die damit verbundene Abundanz der mikrobiellen Verwitterungsprozesse an der Verwitterungsfront in der Tiefe zunehmen. Die mikrobiellen Gemeinschaften in der Übergangszone von Muttergestein zu Saprolit könnten einen gemeinsam phylogenetischen Ursprung mit nicht-photoautotrophen Organismen von Felsoberflächen haben. Dagegen könnten Gemeinschaften, die zu Verwitterungsprozessen im Saprolit in Bezug stehen, einen phylogenetischen Ursprung mit den mikrobiellen Gemeinschaften aus Böden teilen. (3) Pro- und eukaryotische Mikroorganismen bilden ein Netzwerk, das die Auflösung von Mineralien hauptsächlich an der Verwitterungsfront und in tiefen Saproliten-Profilen steuert. Tiefe taxonomisch Einblicke auf Artniveau werden durch DNA-Sequenzierung (pair-end reads), die auf Amplikon-basiertem Metabarcoding beruht, möglich. Gensequenzen funktioneller Gene werden verwendet, um Abundanzen und phylogenetische Diversität von Aktivitäten der Biomassebildung und Mineralienverwitterung zu bestimmen. Ein neuartiges aufwändiges Protokoll zur Extraktion von DNA wird verwendet, das intrazelluläre DNA lebender Zellen von dem extrazellulären DNA Pool und Dauerstadien (bakteriellen Endosporen) abzutrennen erlaubt. Das ist wichtig, um die Hypothese, ein Fortschreiten der Verwitterungsfront sei ein rezentes Merkmal, das auch heute noch evolviert, entlang des EarthShape-Transekts zu evaluieren. Das Projekt nutzt die Bohrkampagne wie von der DeepEarthshape-Gruppe vorgeschlagen, d.h. eine Bohrung durch Boden und Saprolit bis zum unverwitterten Mutterboden an den vier Untersuchungsgebieten entlang des Ariditätsgradienten.
Das Projekt "SoLiS - Entwicklung von Lithium-Schwefel Feststoffbatterien in mehrlagigen Pouchzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Institut für Anorganische und Analytische Chemie durchgeführt. Lithium-Schwefel-Batteriezellen (Li-S) mit flüssigen Elektrolyten gehören bereits seit einiger Zeit zu den Zellkonzepten, die als attraktive Ergänzung zur LIB-Technologie gelten. Sie zeigen heute bereits spezifische Energien bis 470 Wh/kg und sind in dieser Eigenschaft herkömmlichen LIB deutlich überlegen. Insbesondere Fluganwendungen profitieren von diesem Vorteil und erste Demonstrationsprojekte nutzen Li-S-Batterien als Speicher für den elektrischen Antrieb von Pseudosatelliten. Jedoch verhindert die noch zu geringe Technologiereife bisher eine breite Anwendung der Li-S-Zellen, da Li-S-Zellen mit flüssigem Elektrolyten unter dem sogenannten 'Polysulfid-Shuttle' leiden, der zu einem ständigen Kapazitätsverlust führt. Als Alternative wird daher seit einiger Zeit die Lithium-Schwefel-Feststoffbatterie (Li-S-SSB) diskutiert. Gesamtziel des Vorhabens ist daher die Entwicklung von Festkörper-Lithium-Schwefel-Batteriezellen im Pouchzellformat von 1 Ah und deren anwendungsnahe Evaluierung. Folgende Innovationen in den Werkstoff- und Prozesstechnologien sind dabei der Schlüssel zum Erfolg: Hierarchisch strukturierte Kompositkathoden für den bestmöglichen Kompromiss aus Leistungs- und Energiedichte; eine kontinuierliche, umweltfreundliche Kathodenfertigung mit minimalem Binderanteil über Trockentransferbeschichtung; Lithium-Schichten mit 20-30 Mikrometer Dicke für balanciertes Zelldesign mit hoher volumetrischer Energiedichte über Lithium-Schmelzbeschichtung sowie dünne Festelektrolytschichten über skalierfähige Beschichtungsverfahren. Durch die systematische und ganzheitliche Zusammenführung dieser Material- und Prozessinnovationen in mehrlagigen Pouchzellen soll diese neue Zelltechnologie aus der Grundlagenforschung in erste anwendungsnahe Prototypen transferiert werden. So soll der Nachweis hoher volumetrischer Energiedichten als Grundvoraussetzung für den Einsatz in mobilen Anwendungen erbracht werden.
Das Projekt "Teilprojekt 10: Differenzierte Beschichtungsmethoden und Wirksamkeitsüberprüfungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie durchgeführt. In dem Vorhaben werden antimikrobiell wirksame Oberflächen entwickelt, die den Einsatz biozider oder chemisch-synthetischer Substanzen vermeiden bzw. minimieren. Das IST entwickelt plasmaunterstützte Magnetronsputterprozesse zur Beschichtung langlebiger Produkte und der Optimierung der Prozessparameter zur Abscheidung hochwirksamer kristalliner TiO2-basierter Dünnschichten auf Glas- und Kunststoffsubstraten. Begleitend hierzu wird eine Messtechnik auf Basis der Fluoreszenzanalyse weiterentwickelt. Das ICT beschäftigt sich mit der Möglichkeit der direkten Ausrüstung von Kunststoffen mit photokatalytischer Aktivität im Bulk - insbesondere zur kostengünstigen Herstellung von kürzerlebigen Produkten - und mit der Beschichtung von Formteilen mit aktiven Schichten im Lackierprozess sowie der Optimierung der Haftung der Schichten auf den verschiedenen Substraten. Das IGB führt mikrobiologische Bewertungen an photokatalytischen Oberflächen durch. Dazu werden bestehende Methoden an die Fragestellung (z.B. verschiedene Oberflächen, unterschiedliche Anwendungen) angepasst. Darüber hinaus wird ein Testsystem entwickelt, das eine ortsauflösende Bewertung ermöglicht.
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