Zielsetzung:
Batterien spielen eine entscheidende Rolle in der Transformation der (Strom-)Wirtschaft zu einer CO2 neutralen Zukunft. Die Emissionsreduktion hängt primär vom vorliegenden Strom- bzw. Energiemix ab. Einerseits für den Energieaufwand während der Erzeugung, andererseits während ihres Betriebs. Überdies dürfen CO2 Emissionen für die Erzeugung, Raffinierung und den Transport von Grundmaterialien nicht vernachlässigt werden. Hier setzen die in diesem Projekt beschriebenen Innovationen an. Aktuelle State-of-the-Art LIB Batterien verwenden einerseits nicht weltweit geläufige Rohstoffe, wie Lithium, Kobalt, Nickel, Mangan und Graphit. Diese Rohstoffe werden primär in China raffiniert. Die so hergestellten Ausgangsmaterialien werden dann ihrerseits erneut über weite Strecken transportiert. Anodenseitig wird aktuell Graphit verwendet. Beispielsweise stammen sowohl natürlicher (74%) als auch synthetischer Graphit (51%) primär aus China, weswegen chinesische Exportrestriktionen auf diesen essentiellen Zellbestandteil ein zusätzliches Hemmnis für die europäische LIB Technologie darstellen. Zusätzlich bedürfen LIB Batterien deutlich mehr CO2 in der Herstellung aufgrund der Anforderung an die Trockenräume, was bei NIB zumindest mit zusätzlicher Forschung deutlich reduzierbar wäre. Im Gegensatz dazu beruhen die Materialien für hier entworfene NIB auf weltweit geläufigen Mengenrohstoffen, was sowohl Kosten, CO2 Emissionen, Umweltbelastungen, und eben auch Abhängigkeiten von außereuropäischen Ländern minimiert.
Für eine Transformation hin zu einer nachhaltigen, erneuerbaren Wirtschaft sind billige Energiespeicher essenziell. Seit langem werden in den Roadmaps NIB als die beste Zukunftstechnologie bezeichnet, um möglichst kostengünstige Energiespeicher zu bauen. Daher wurde ein Konzept der vertikalen Integration entlang der Wertschöpfungskette erarbeitet, dass mit hoher Erfolgswahrscheinlichkeit, binnen von zwei Jahren zu einem NI-Batteriepack Prototyp führen soll. Der große Vorteil darin besteht in der raschen Weitergabe von Innovationssprüngen an den Prototypen und eventuellen Produkten. Die Zielsetzung ist eine Zelle mit einer Energiedichte von 180 Wh/kg zu entwickeln, welche dann in Endanwendungen wie Gabelstapler, Heimspeicher, und stationäre Speicher eingesetzt werden kann. Durch den angestrebten niedrigen Preis pro kWh für NIB’s sind alle Anwendungen mit einer niedrigen bis mittleren Energiedichte denkbar.
Die neu gegründete Butterweck Holzstoffe GmbH & Co. KG ist über die Gesellschafterstruktur mit der Butterweck Rundholzlogistik GmbH & Co. KG verbunden. Das mittlerweile in zweiter Generation geführte Familienunternehmen in Lehe/Ems ist als Dienstleister in der Forstwirtschaft tätig und bietet Beratung bei der Waldbepflanzung sowie der Waldbetreuung, -pflege und -vermessung an, unterstützt bei der bestandschonenden Holzernte und der Transportlogistik und vertreibt darüber hinaus Brenn- und Rundholz sowie Hackschnitzel und Rindenmulch.
Die Butterweck Holzstoffe GmbH & Co. KG plant die erstmalige großtechnische Realisierung einer Anlage zur Herstellung von Holzschaumplatten ohne Verwendung von synthetischen Bindemitteln. Die vom Wilhelm-Klauditz-Institut in Braunschweig entwickelten holzbasierten Schäume sind ein neuer Werkstoff und werden in Deutschland noch nicht großtechnisch hergestellt. Sie sollen Verwendung als Dämmplatten, Möbel- und Sandwichelemente oder als Torfsodenersatz finden. Die Holzschaumplatten sollen konventionelle Holzfaserplatten, erdölbasierte Schäume sowie Verbunddämmmaterialien ersetzen, deren Herstellung mit schädlichen Umweltauswirkungen verbunden sind. So werden Holzfaserplatten in Deutschland üblicherweise mit synthetischen Bindemitteln, wie pMDI oder Harnstoff-Formaldehyd-Harzen, hergestellt. Die Bindemittel führen während und vor allem nach der Herstellung z.B. zu Formaldehydemissionen. Die Herstellung der Holzschaumplatten kommt hingegen ohne die Verwendung synthetischer Bindemittel aus. Insbesondere soll bei der Herstellung dieses neuartigen Werkstoffes die Ressourceneffizienz gegenüber der Herstellung konventioneller Produkte gesteigert und der Chemikalieneinsatz reduziert werden.
Zur Herstellung des Holzschaums werden Holzhackschnitzel in verschiedenen Verfahrensschritten zellular aufgeschlossen. Die dadurch entstandene wässrige Suspension wird unter Zugabe eines Treibmittels im Intensivmischer aufgeschäumt. Ferner werden Proteine eingesetzt, die den Schäumungsprozess unterstützen und dabei denaturieren. Abhängig vom geplanten Anwendungsbereich der Platten werden ggf. auch Graphite als Flammschutzmittel und/oder Wachse als Hydrophobierungsmittel zugegeben. Auf synthetische Bindemittel kann vollständig verzichtet werden. Der Holzschaum wird anschließend auf ein spezielles Förderband in Plattenform aufgebracht und mittels einer innovativen elektromagnetischen Trocknungsanlage auf die erforderliche Endfeuchte getrocknet. Diese Trocknung zeichnet sich durch einen sehr schnellen Wärmeeintrag und einen hohen Wirkungsgrad aus. Je nach Mahlgrad, eingesetzter Faser- und Additivmenge können unterschiedliche Plattenrohdichten für unterschiedlichste Anwendungen erzeugt werden. Die so hergestellten Holzschaumplatten können wie konventionelle Holzwerkstoffplatten nachbearbeitet werden, z.B. durch Sägen, Schleifen und Beschichten. Fehlerhafte Platten können in den Produktionsprozess zurückgeführt oder zu Torfsodenersatz weiterverarbeitet werden.
Die Umweltentlastungen des Vorhabens beruhen auf der umweltschonenderen Herstellung der Holzschaumplatten im Vergleich zur Herstellung von konventionellen Werkstoffen. Die Herstellung der Holzschaumplatten besitzt eine höhere Materialeffizienz als die Herstellung vergleichbarer Holzfaserplatten. Die konkrete Holzeinsparung ist abhängig vom Referenzprodukt. Ausgehend vom geplanten Produktportfolio nach Inbetriebnahme werden Holzeinsparungen in Höhe von 14.813 Tonnen pro Jahr erwartet, was rund 68 Prozent pro Jahr entspricht. Als Rohstoff für die Holzschaumplatten kommt sämtliche hölzerne Biomasse in Betracht (z.B. Nadel- & Laubholz, Altholz, Sägerestholz, Flachs oder Maisspindeln), wodurch die Kaskadennutzung unterstützt wird. Auch die Laubholznutzung wird dadurch gefördert. Für Holzfaserdämmplatten wird zurzeit ausschließlich Nadelrundholz eingesetzt. (Text gekürzt)
Ultrafeine Partikel haben in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Diese sogenannten Nanopartikel sind vielfaeltig anwendbar, wie z.B. als Ausgangsmaterialien fuer hochfeste Werkstoffe, in Gassensoren, als Katalysatoren, in Arzneimitteln und in Testaerosolen fuer die Heissgasentstaubung. Es wurde eine Anlage zur Nanopartikelerzeugung durch Laserverdampfung entwickelt. Zur Herstellung wird Aluminiumoxidkeramik, Graphit, Kupfer oder Aluminium mit einem C02-Laser verdampft. Aus der Kondensation entstehen kugelfoermige Primaerpartikel in einem Groessenbereich zwischen 10 und 500 Nanometern. Nach der Erstarrung koennen die Partikel durch Agglomeration unregelmassig geformte Ketten oder Flocken bilden. Deshalb wird das Aerosol so weit verduennt, dass Kollisionen der Partikel unwahrscheinlich werden und damit die Agglomerationswahrscheinlichkeit stark reduziert wird. Das zu verdampfende Material, in Form eines runden Targets, ist unter einen Drehteller montiert, der in Rotation versetzt und gleichzeitig horizontal verschoben wird. Der Laserstrahl wird von unten auf das Target fokussiert und hinterlasst durch die Targetbewegung eine spiralfoermige Bahn auf der Materialoberflaeche. Das Material verdampft lokal im Laserfokus. Der Dampf wird durch radial zustroemendes Argon in einen Sinterkegel unterhalb des Targets transportiert, wo in der heissen Zone die Kondensation und Koagulation stattfindet. In diesem Bereich bleiben die Partikel durch Absorption der Laserstrahlung fluessig, unterhalb der heissen Zone erstarren sie. Durch die Volumenaufweitung des Kegels nach unten und das seitliche Zustroemen von Argon nimmt die Partikelkonzentration von oben nach unten stark ab. Die Partikel werden auf einer Filtermembran abgeschieden und mit einem Rasterelektronenmikroskop auf Groesse, Form und Agglomerationsgrad untersucht. Neben dem Ziel der Nanopartikelerzeugung werden die zugrundeliegenden Prozesse Verdampfung, Kondensation und Koagulation sowohl experimentell als auch theoretisch detailliert untersucht.
