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Medizinische Einmalgebrauchsprodukte in der Kreislaufwirtschaft - Wege von der Beseitigung zur stofflichen Verwertung, TV: Abfall-Erfassung, -Logistik und -Aufbereitung

Medizinische Einmalgebrauchsprodukte in der Kreislaufwirtschaft - Wege von der Beseitigung zur stofflichen Verwertung, TV: Kreislauforientierte Produktgestaltung und Ergebnistransfer

Verschränkung der hochintegrierten Elektrochemischen Konversion von Kraftlignin mit biotechnologischen und chemischen Prozessen zu drop-in Chemikalien und Intermediaten für stoffliche Anwendungen, Teilvorhaben 3: Elektrochemische und chemische Hydroaminierung

Das Gesamtziel von IntElek-to 2.0 ist die Entwicklung einer nachhaltigen Wertschöpfungskette zur Darstellung und stofflichen Nutzung monomerer und oligomerer Oxidationsprodukte des Kraftlignins, das bislang einer nahezu ausschließlichen thermischen Verwertung zugeführt wird. Dieses Projekt umfasst hierbei die Optimierung der elektrochemischen, anodischen und kathodischen, kontinuierlichen Verfahren und Prozesstechnologien zur Darstellung von o.g. monomeren und weiteren entschwefelten, funktionalen lignin-stämmigen Verbindungen, Pinacol-Kopplungsprodukten und anderen biphenylischen Intermediaten und oligomeren Verbindungen. Die Kopplung mit biotechnologischen Verfahren zur Funktionalisierung, mit nachhaltiger organischer Polymersynthesechemie (aromatische gesättigte und ungesättigte Polyester, NIPU, PU, PIR und Polyharnstoff, Epoxydharze) und konventioneller katalytischer Chemie zu Polymeranwendungen (Klebstoffe, Beschichtungen, additive Fertigung, Schäume, Abformmassen) erweitert die Wertschöpfungskette im Hinblick auf marktorientierte Anwendungen. Unter anderem wird der Einsatz der innovativen Bio-Monomere für bedeutende Massenmärkte wie die Herstellung von PUR/PIR Isolationsschäumen erforscht. PIR/PU Isolationsschäume mit einem Marktanteil von über 30% des weltweiten PU-Verbrauchs, leisten einen erheblichen Beitrag zur CO2-Minderung in der Bauindustrie. Dies soll durch eine Verschränkung der o.g. Sektoren (Elektrochemie, Biotechnologie, nachhaltige Synthese- und Polymersynthese-Chemie) zur stofflichen Nutzung des nachwachsenden Rohstoffes Kraftlignin erreicht werden.

Etablierung einer Kreislaufwirtschaft zu Wärmedämmplatten aus geschäumten Polystyrol, Teilvorhaben: Aufbereitung und Weiterverarbeitung von EPS-Baustellen-Abfällen

Optimierung eines kombinierten Kompostierungs-/Vergaerungsverfahrens zur stofflichen und energetischen Verwertung von biogenen Abfaellen

ERA-NET SUMFOREST: Untersuchung von nachhaltigem und multifunktionalem Waldmanagement unter Berücksichtigung europäischer Forst- und Bionenergiepolitiken (FutureBioEcon)

Ziel dieses Projektes ist es, nachhaltige Wege zur Verwirklichung der Bioökonomie durch europäische und nationale Politikmaßnahmen zu schaffen. Europäische und nationale Bioökonomie-politiken zielen auf eine beträchtliche Zunahme des Einschlags in Nutzwäldern ab. Dieses Projekt analysiert, wie die Waldbewirtschaftung modifiziert werden sollte, wenn alternative Holzqualitäten und Holzprodukte in zunehmenden Mengen angestrebt werden. Klimaschutz ist ein Hauptmotiv zur Steigerung der Nutzung von Biomaterialien. In diesem Projekt untersuchen wir zwei alternativen Strategien zur Maximierung des Beitrages zum Klimaschutz aus Wäldern. Wir untersuchen (i) die optimale Zuteilung der Biomasse für verschiedene Holzproduktkategorien und (ii) optimale Managementpläne (d. H. Kombination von Managementsystemen), um den Klimaschutz innerhalb der Einschränkung des gewünschten Stroms von Biomasse aus den Wäldern zu maximieren. Ziel ist es, Erkenntnisse für die Schaffung von im Wesentlichen kohlenstoffneutralen Flächengebrauchs- und Managementstrategien zu liefern. Dies wird durch die Lebenszyklusanalyse von Alternativszenarien erreicht, die sowohl Kohlenstoff-Speicherung in Wäldern und in Holzprodukten, und energetischen Biomassenutzung einschließlich der Substitutionseffekte im Vergleich zu fossilen Ressourcen analysieren. Eine umfassende Nachhaltigkeitsanalyse wird durchgeführt, um zu testen, ob und wie die steigende Nachfrage nach Waldbiomasse und Waldprodukten umweltverträglich und sozialverträglich gestaltet werden kann. Dazu kombinieren wir Ökosystemdienstleistungen (Ecosystem Services - ESS) und Biodiversitätskennzahlen mit der Lebenszyklusanalyse. Wir analysieren, wie die Bereitstellung von Waldbiomasse und Kohlenstoff-Sequestrierung mit der Erhaltung sozial wichtiger ESS Indikatoren und Biodiversität in Einklang gebracht werden kann. Unser Projekt basiert auf einer Top-down-Strategie, in der wir zuerst auf europäischer Ebene Bioenergie-Szenarien entwickeln, ihre Konsequenzen auf nationaler Ebene abschätzen und in einem zweiten Schritt auf nationaler Ebene politische Szenarien für eine detaillierte Analyse erstellen. Fallstudien beinhalten die Analyse der Verringerung des Waldbrandrisikos in Spanien (Katalonien), Quantifizierung optimaler Anteile an verschiedenen Holzproduktarten in Finnland und Schweden die einen maximalen Beitrag zum Klimaschutz leisten unter Berücksichtigung des Bioenergie Sektors, der Bauindustrie und der Forstindustrie, und eine Nachhaltigkeitsanalyse des Forstsektors in drei Ländern (Finnland, Spanien und Schweden).

Stoffliche Wiederverwertung von Elektrolyt-Leitsalzen und -Lösungsmitteln, Teilvorhaben: Recycling und Rückgewinnung des Elektrolytsalzes LiPF6 sowie dessen Zersetzungsprodukte

Das Projektvorhaben SWELL befasst sich mit der Entwicklung und Evaluierung effizienter Verfahren zur Steigerung der Recyclingeffizienz von Lithium-Ionen-Batterien. Im Fokus des Projektes stehen die Elektrolyte, bestehend aus Lithiumsalzen, Lösungsmitteln und Elektrolytadditiven. Bereits etablierte Recyclingprozesse fokussieren sich überwiegend auf die Rückgewinnung der in LIBs befindlichen Metalle, wohingegen die nichtmetallischen Komponenten zum großen Teil nicht wieder dem Verwertungskreislauf zugeführt werden. Die Elektrolyte gehen in bisherigen Prozessen größtenteils in Form von thermischer Verwertung oder Downcycling verloren. Die Elektrolytkomponenten weisen einen signifikanten Materialwert auf und enthalten zudem kritische, umweltrelevante Ressourcen, wie Lithium, Fluor und Phosphor. Ihre Rückgewinnung und effiziente Aufarbeitung mit dem Ziel einer (direkten) Wiederverwendung in LIBs, ist daher von großem Interesse und kann zur signifikanten Steigerung der Nachhaltigkeit der Batteriezellfertigung führen. Gesamtziel des Projektes ist es Verfahren zu entwickeln, in denen Elektrolytbestandteile selektiv extrahiert, getrennt und anschließend aufgearbeitet werden, um diese in den Stoffkreislauf zu reintegrieren. Hauptaugenmerk liegt hierbei auf den Elektrolytlösungsmitteln (Carbonate, wie DMC, EMC EC) und dem Lithiumsalz LiPF6 sowie dessen Zersetzungsprodukte.

Untersuchungen der energetischen Nutzungsoptionen von Hanffaserreststoffen zur exemplarischen Einbindung in das Energiekonzept eines Verarbeitungsstandorts, Teilvorhaben: Vorbehandlung von Reststoffen der Hanffaserproduktion und Prozesskettenentwicklung für die energetische Verwertung

Die Hanfindustrie hat sich in den vergangenen Jahren aufgrund neuer politischer Rahmenbedingungen und innovativer Produktfelder zu einem stark wachsenden Wirtschaftsbereich entwickelt. Hanfprodukte werden in der Lebensmittel-, Pharma-, Automobil-, Bau-, Textil und Papierindustrie eingesetzt. Das stärkste Wachstum der Hanfindustrie findet in der Produktion von Lebensmittel- und Lebensmittelzusätzen aus Hanfsamen, Hanf- und CBD-Ölen statt. Als Nebenprodukte fallen in diesen Wirtschaftsbereichen Extraktionsreste an, für die es derzeit nur bedingt Verwertungsmöglichkeiten gibt. In der industriellen Hanffaserproduktion werden aus getrocknetem Hanfstroh hochwertige Naturfasern gewonnen, die z.B. im Fahrzeugleichtbau zur Herstellung von Fahrzeugarmaturen und Verkleidungen eingesetzt werden. Hanffasern sind darüber hinaus ein etabliertes ökologisches Dämmstoffmaterial. Hanfdämmstoffe zeichnen sich durch eine bessere CO2 Bilanz gegenüber konventionellen Dämmstoffmaterialien wie Mineralwolle oder Styropor aus und bieten die Möglichkeit CO2 über mehrere Jahrzehnte im Dämmstoff zu fixieren. Im Dämmstoffherstellungsverfahren fallen neben dem Hauptprodukt Hanffasern im etwa gleichen Umfang zellulosehaltige Reststoffe an, die derzeit nur zu einem geringen Teil wirtschaftlich genutzt werden. Im Hinblick auf eine zunehmende regenerative Energieversorgung sowie knapper werdender Ressourcen bzw. der kritischen Diskussion um den Einsatz nachwachsender Rohstoffe zur Energiegewinnung kommt der Erschließung biogener Rest- und Abfallstoffe für die Erzeugung effizienter, speicherbarer, flexibler und dezentraler Bioenergieträger zunehmende Bedeutung zu. Im Vorhaben HanfNRG sollen energetischen Nutzungsoptionen von Reststoffen der Hanfverarbeitung untersucht werden zur exemplarischen Einbindung in das Energiekonzept einer Hanffaserfabrik.

Höhere Wertschöpfung von Betonschalungen durch internes Recycling zur Herstellung von Holzschäumen für Anwendungen bei der Betonfertigteilherstellung

Bei der Herstellung von Betonfertigbauteilen werden Schalungen, z.B. aus Brettschichthölzern verwendet. Diese Schalungen werden nach mehrmaligen Gebrauch kostenpflichtig entsorgt. Auf Grund von Beschichtungen besteht diese aus der thermischen Verwertung, eine höherwertige Nutzung ist bis heute nicht möglich. Zusätzlich zu den Schalungsbrettern werden bei der Herstellung der Fertigbauteile Styrolschäume (EPS) für Aussparungen in den Betonwänden eingesetzt, die ebenfalls nach einmaliger Verwendung kostenpflichtig entsorgt werden müssen. Am Fraunhofer WKI wurde ein Verfahren entwickelt, mittels denen sich Holz und andere Lignocellulosen gezielt zu Schaumstoffen verarbeiten können. Das Material kann hinsichtlich der mechanischen Stabilität, der Porenstruktur und der Dichte gezielt eingestellt werden und besteht vollständig aus Holz. Positive Eigenschaften des entwickelten Holzschaumes wie geringes Gewicht, geringe Wärmeleitfähigkeit, hohe Schallabsorption und gute mechanische Festigkeiten zeigen, dass vielfältige Einsatzmöglichkeiten, wie Dämmung oder Verpackung möglich sind. Durch den Herstellungsprozess ist der Holzschaum vollständig recyclebar und kann anschließend erneut zu Holzschäumen verarbeitet werden. Da auch Rest- und Altholz für die Herstellung von Holzschaum genutzt werden kann, bietet sich die Nutzung von Holzschaum in der Fertigbauteilherstellung an: Zum einen können die Schalungsbretter direkt verarbeitet und zum anderen kann der daraus gewonnene Holzschaum als Ersatz für EPS-Aussparungskörper genutzt werden. Die kostenintensive Entsorgung beider Materialien entfällt. Für eine Optimierung der Fertigung werden zunächst einzelne Prozessschritte betrachtet. Zusammen mit dem Projektpartner werden unterschiedliche Möglichkeiten der Faserherstellung aus den Schalungsbrettern, der Aufschäumung als auch der Nutzung als Aussparungskörper betrachtet. Die Wirtschaftlichkeit einer Pilotanlage im Unternehmen soll anhand der Prozessschritte konzipiert werden.

Höhere Wertschöpfung von Betonschalungen durch internes Recycling zur Herstellung von Holzschäumen für Anwendungen bei der Betonfertigteilherstellung, Teilvorhaben 1: Herstellung Holzschaum und EPS-Ersatz

Bei der Herstellung von Betonfertigbauteilen werden Schalungen, z.B. aus Brettschichthölzern verwendet. Diese Schalungen werden nach mehrmaligen Gebrauch kostenpflichtig entsorgt. Auf Grund von Beschichtungen besteht diese aus der thermischen Verwertung, eine höherwertige Nutzung ist bis heute nicht möglich. Zusätzlich zu den Schalungsbrettern werden bei der Herstellung der Fertigbauteile Styrolschäume (EPS) für Aussparungen in den Betonwänden eingesetzt, die ebenfalls nach einmaliger Verwendung kostenpflichtig entsorgt werden müssen. Am Fraunhofer WKI wurde ein Verfahren entwickelt, mittels denen sich Holz und andere Lignocellulosen gezielt zu Schaumstoffen verarbeiten können. Das Material kann hinsichtlich der mechanischen Stabilität, der Porenstruktur und der Dichte gezielt eingestellt werden und besteht vollständig aus Holz. Positive Eigenschaften des entwickelten Holzschaumes wie geringes Gewicht, geringe Wärmeleitfähigkeit, hohe Schallabsorption und gute mechanische Festigkeiten zeigen, dass vielfältige Einsatzmöglichkeiten, wie Dämmung oder Verpackung möglich sind. Durch den Herstellungsprozess ist der Holzschaum vollständig recyclebar und kann anschließend erneut zu Holzschäumen verarbeitet werden. Da auch Rest- und Altholz für die Herstellung von Holzschaum genutzt werden kann, bietet sich die Nutzung von Holzschaum in der Fertigbauteilherstellung an: Zum einen können die Schalungsbretter direkt verarbeitet und zum anderen kann der daraus gewonnene Holzschaum als Ersatz für EPS-Aussparungskörper genutzt werden. Die kostenintensive Entsorgung beider Materialien entfällt. Für eine Optimierung der Fertigung werden zunächst einzelne Prozessschritte betrachtet. Zusammen mit dem Projektpartner werden unterschiedliche Möglichkeiten der Faserherstellung aus den Schalungsbrettern, der Aufschäumung als auch der Nutzung als Aussparungskörper betrachtet. Die Wirtschaftlichkeit einer Pilotanlage im Unternehmen soll anhand der Prozessschritte konzipiert werden.

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