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Teilvorhaben 1: Schmelzspinnprozess für beladene PET-Compounds

Das Projekt "Teilvorhaben 1: Schmelzspinnprozess für beladene PET-Compounds" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Textiltechnik durchgeführt. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer wirtschaftlich rentablen Trenntechnologie, welches die Trennung der in Produkten fest verbundenen, verschiedenen Materialien und somit eine erneute Verwendung der Einzelkomponenten als Rohstoff für gleichwertige Produkte ermöglicht. Die gezielt auslösbare Trennung wird durch die Einbringung neuartiger Mikrokapseln in eine Kunststoffmatrix ermöglicht. Diese Mikrokapseln sind nur durch eine gezielte externe Energieeinbringung (z.B. Mikrowellenstrahlung) aktivierbar und bewirken nach der Aktivierung die Auflösung des Verbundes. Ein auflösbares Nähgarn dient als Demonstrator. Die hohen Anforderungen an ein Nähgarn wie hohe Festigkeit bei gleichzeitig sehr geringem Querschnitt erfordern eine ausgezeichnete Verweilung und Anbindung der Mikrokapseln in dem / an das Polyester. Weiterhin müssen die Mikrokapseln beständig gegenüber den hohen Temperaturen und Drücken sowie hoher Scherung in den Verarbeitungsprozessen (Compoundierung und Schmelzspinnen) sein. Aufgrund dieser Anforderungen ist das auflösbare Nähgarn als Demonstrator in hohem Maße für den Funktions- und Leistungsnachweis dieser Trenntechnologie geeignet und ermöglicht die Übertragung dieser Trenntechnologie auf weitere Anwendungsgebiete im Recycling und für technische Anwendungen. Der Arbeitsplan ist in 6 Arbeitspakete unterteilt: 1. Screening und Spezifikation der Anforderungsliste 2. Entwicklung und erster Funktionsnachweis eines auslösbaren Nähgarns im Labormaßstab 3. Entwicklung eines auflösbaren Nähgarns im Labormaßstab 4. Entwicklung eines auflösbaren Nähgarns im Pilotmaßstab 5. Implementierungskonzept für recyclinggerechte Produkte 6. Projektkoordination

Teilvorhaben: Materialentwicklung

Das Projekt "Teilvorhaben: Materialentwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Sasol Germany GmbH durchgeführt. Gesamtziel des Projektes ist die Speicherkapazität von PCM-Speichersystemen gegenüber dem Stand der Technik bei PCM-Slurries (PCS) zu erhöhen und die Kosten zu senken. Bei Speicherung mittels makroverkapselten PCM oder Verbundmaterialien sollen vor allem die Kosten gesenkt werden. Am Ende des Projekts werden die PCS in einer Demonstrationsanlage getestet. Als PCM werden speziell auf die Anwendung optimierte Paraffine entwickelt. Die neu zu entwickelnden Materialien sollen zum Kühlen bzw. Vorkühlen und Vorwärmen im Gebäudesektor und zur Kühlung im technischen Bereich, z.B. von Fertigungsmaschinen, eingesetzt werden. Gesamtziel ist den Energieverbrauch zum Kühlen in den beiden Sektoren zu senken und damit einen Beitrag zu den Klimaschutzzielen zu leisten. Durch Sasol werden Paraffine, Ether und Alkohole synthetisiert mit dem Ziel die Schmelztemperaturen und Mindestenthalpien, die in APII ermittelt werden, zu erreichen. Die PCM werden auf ihre Eignung zur Herstellung von Emulsionen und Makrokapseln bzw. Verbundmaterialien untersucht. Die PCM müssen modifiziert werden, wenn die Paraffine ein ungewünschtes Schmelz- oder Kristallisationsverhalten zeigen. Ausgehend von den synthetisierten Stoffen werde in Zusammenarbeit mit den Fraunhofer Instituten ISE/UMSICHT die Emulsionen hergestellt. Zusammen mit IMTECH werden zusätzlich verschiedene Verbundmaterialien hergestellt und getestet.

Teilvorhaben: Charakterisierung und Bewertung

Das Projekt "Teilvorhaben: Charakterisierung und Bewertung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Im Projekt KOLAN Phasenwechselfluiden (engl. Phase Change Slurry, PCS) auf Basis von emulgierten Paraffinen oder auf Paraffin basierenden Materialien als Kühlmedium im Gebäudebereich und für technisch-industrielle Anwendungen entwickelt. Es wird im Vergleich zum Medium Wasser die 4-5fache Speicherdichte bei einer Temperaturdifferenz von 6 K angestrebt. Dies soll zum einen durch die Verwendung von hochreinen Paraffinen mit höheren Schmelzenthalpien und zum anderen durch einen hohen Paraffinanteil im PCS erreicht werden. Durch die hohe Speicherdichte können Speichervolumina und Volumenströme in hydraulischen Systemen im Vergleich zu Wasser verringert werden. Die Emulsion soll etwa 5000 - 10000 thermischen und mechanischen Zyklen standhalten. Ein weiteres Ziel des Projektes KOLAN ist die Entwicklung einer Speicheranwendung unter Verwendung neuartiger 3D-Strukturen für makroverkapseltes PCM. Hierdurch soll die in dem vorangegangenen Forschungsvorhaben (FKZ 0327427A) erreichte Speicherdichte von 1,5 auf Werte von ca. 2,5 (Bezugstemperaturdifferenz: 10 K) gesteigert werden. Die bisher erreichten guten Entladeleistungen von 0,4 bis 0,45 W/Wh der Gesamtkapazität bei einer Entladezeit von 2 h sollen dabei möglichst beibehalten werden. Die Entladeleistung stellt ein Maß für die Güte des Wärmetransportes vom PCM in das Wärmeträgermedium oder umgekehrt dar. Das Hauptpotential der Weiterentwicklung liegt aber nicht nur in der angestrebten Kapazitätserhöhung um ca. 66 %, sondern vor allem in der Möglichkeit einer Kostenreduzierung durch die Verwendung von marktüblichen Speicherkonstruktionen. Anders als bei den bis dato verwendeten PCM-Speicherplatten können durch flexible 3D-Strukturen (z. B. Schüttungen) einfache druckstabile zylindrische Speichergeometrien gewählt werden. Ein zusätzliches Augenmerk der Weiterentwicklung liegt hier vornehmlich auf der hydraulischen Einbindung des PCM Materials in das Speicherkonzept zur Erzielung einer optimalen und effektiven Nutzung der Speicherkapazität sowie in der praxisgerechten Bestückung des Speichers mit dem PCM-Material.

Teilvorhaben 2: Mikrokapseln-beladene PET-Compounds & Masterbatches

Das Projekt "Teilvorhaben 2: Mikrokapseln-beladene PET-Compounds & Masterbatches" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Opti-Polymers GmbH durchgeführt. Im Rahmen des Projektes soll eine gezielt aktivierbare Mikrokapsel zur Auflösung des Nähgarnes entwickelt werden. Diese muss den Verarbeitungsprozess sowie die Nutzungsphase unbeschadet überstehen. Danach müssen diese Mikrokapseln in einen PET Compound ohne vorzeitige Auslösung der Mikrokapseln eingebracht werden. Der so erhaltene PET Compound soll im Weiteren zu Folien und Multifilamenten weiter verarbeitet werden. Dabei darf es nicht zu einer Schädigung oder Auslösung der Mikrokapseln kommen. In weiteren Schritten der Projektbearbeitung sollen Multifilamente zu Nähgarnen ohne die Auslösung des Mediums verarbeitet und die Realisierbarkeit der auflösbaren Nähgarne bewiesen werden. Dazu werden die Fügeeigenschaften der Garne sowie die Aktivierbarkeit der Kapseln und die Trennbarkeit der vernähten Gewebe geprüft. Die auflösbaren Nähgarne werden nachfolgend im Pilotmaßstab realisiert. Anschließend soll im Projekt ein Konzept für die Implementierung der Trenntechnologie in recyclinggerechte Produkte erarbeitet werden. Eine umfassendere Beschreibung liegt als Anlage 'V07 Vorhabenbeschreibung Opti-Polymers' vor. Der Arbeitsplan ist in 6 Arbeitspakete unterteilt. Das erste Arbeitspaket umfasst die Sondierungsphase zur Auswahl eines vielversprechenden Mikrokapselsystems sowie der Spezifikation der Anforderungsliste. Im zweiten Arbeitspaket erfolgt der der erste Funktionsnachweis der Mikrokapseln auf Filamentebene im Labormaßstab. Die Entwicklung eines auflösbaren Nähgarns ist im Labormaßstab ist im dritten Arbeitspaket vorgesehen. Das Upscaling der Prozesse in den Pilotmaß-stab ist Teil des vierten Arbeitspaketes. Im fünften Arbeitspaket wird ein Konzept für die Implementierung der Trenntechnologie in recyclinggerechte Produkte erarbeitet. Das abschließende sechste Arbeitspaket umfasst die Projektkoordination.

Teilvorhaben: Makrokapseln und Systemintegration

Das Projekt "Teilvorhaben: Makrokapseln und Systemintegration" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Imtech Deutschland GmbH & Co. KG, Forschung und Entwicklung durchgeführt. Entwicklung von Phasenwechselemulsionen oder makroverkapselten Speicherstrukturen basierend auf Paraffin als PCM zur Speicherung von Kälte. Es wird eine Erhöhung der Speicherdichte gegenüber Wasser um den Faktor 4 bis 5 (Emulsion) bzw. 2,5 (3D-Strukturen) bei einer eine Viskosität von unter 20 mPas und eine Stabilität der Emulsionen von 5.000 bis 10.000 Zyklen angestrebt. Arbeiten bauen auf FKZ 0327427A/B auf. Festlegung Zielanwendungen, Analyse mittels Simulationen. Identifikation geeigneter PCM-Parameter für Anwendungen (z.B. Maschinenkühlung). Entwicklung von PCM-3D-Strukturen mit optimierten Wärmeübertragungseigenschaften bei möglichst geringen Druckverlusten. Entwicklung, Charakterisierung und Stabilitätsprüfung von Emulsionen. Test favorisierter Emulsionen in der Pilotanlage (Imtech-Labor), Bewertung Anlagengestaltung und -betrieb. Der Verbund wird von Imtech koordiniert. Arbeitsplanung: Koordination der sechs Arbeitspakete durch Imtech (AP I). AP II: Festlegung Zielanwendungen, Analyse mittels Simulationen. APIII: Identifikation geeigneter PCM-Parameter für Anwendungen (z.B. Maschinenkühlung). APIV: Entwicklung von PCM-3D-Strukturen mit optimierten Wärmeübertragungseigenschaften bei möglichst geringen Druckverlusten. APV: Entwicklung, Charakterisierung und Stabilitätsprüfung von Emulsionen. APVI: Test favorisierter Emulsionen in der Pilotanlage (Imtech-Labor), Bewertung Anlagengestaltung und -betrieb.

Teilvorhaben 3: Aktivierbare Mikrokapsel für Extrusionsprozesse

Das Projekt "Teilvorhaben 3: Aktivierbare Mikrokapsel für Extrusionsprozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MJR PharmJet GmbH durchgeführt. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer wirtschaftlich rentablen Trenntechnologie, welches die Trennung der in Produkten fest verbundenen, verschiedenen Materialien und somit eine erneute Verwendung der Einzelkomponenten als Rohstoff für gleichwertige Produkte ermöglicht. Die gezielt auslösbare Trennung wird durch die Einbringung neuartiger Mikrokapseln in eine Kunststoffmatrix ermöglicht. Diese Mikrokapseln sind nur durch eine gezielte externe Energieeinbringung (z.B. Mikrowellenstrahlung) aktivierbar und bewirken nach der Aktivierung die Auflösung des Verbundes. Ein auflösbares Nähgarn dient als Demonstrator. Die hohen Anforderungen an ein Nähgarn wie hohe Festigkeit bei gleichzeitig sehr geringem Querschnitt erfordern eine ausgezeichnete Verweilung und Anbindung der Mikrokapseln in dem / an das Polyester. Weiterhin müssen die Mikrokapseln beständig gegenüber den hohen Temperaturen und Drücken sowie hoher Scherung in den Verarbeitungsprozessen (Compoundierung und Schmelzspinnen) sein. Aufgrund dieser Anforderungen ist das auflösbare Nähgarn als Demonstrator in hohem Maße für den Funktions- und Leistungsnachweis dieser Trenntechnologie geeignet und ermöglicht die Übertragung dieser Trenntechnologie auf weitere Anwendungsgebiete im Recycling und für technische Anwendungen. Der Arbeitsplan ist in 6 Arbeitspakete unterteilt: 1. Screening und Spezifikation der Anforderungsliste 2. Entwicklung und erster Funktionsnachweis eines auslösbaren Nähgarns im Labormaßstab 3. Entwicklung eines auflösbaren Nähgarns im Labormaßstab 4. Entwicklung eines auflösbaren Nähgarns im Pilotmaßstab 5. Implementierungskonzept für recyclinggerechte Produkte 6. Projektkoordination

Kapselsysteme auf Basis nachwachsender Rohstoffe zur biologischen Schaedlingsbekaempfung (Verbundprojekt)

Das Projekt "Kapselsysteme auf Basis nachwachsender Rohstoffe zur biologischen Schaedlingsbekaempfung (Verbundprojekt)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Dow Wolff Cellulosics GmbH durchgeführt. Ziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung von cellulosischen Kapselsystemen auf der Basis von Cellulosederivaten und die exemplarische Verkapselung des nematophagen Pilzes Hirsutella rhossiliensis sowie anderer ausgewählter Pilzstämme. In Zusammenarbeit zwischen der Fa. Wolff Walsrode mit der FAL Braunschweig und der BBA Münster sollen Kapselmaterialien auf der Basis von Sulfoethylcellulosen hergestellt sowie deren mechanische und Membraneigenschaften optimiert werden. Daneben ist eine leistungsfähige Verkapselungstechnologie zu erarbeiten und weiterzuentwickeln, mit der möglichst kleinste, spritzfähige Kapseln erzeugt, isoliert und konfektioniert werden können. Das Verfahren ist schließlich auf die Verkapselung von Nutzorganismen mit biologischer Wirksamkeit und auf denkbare Anwendungen bei der Saatgutverkapselung und der Enzymimmobilisierung auszudehnen. Die Kapseln sollen getrocknet und unter verschiedenen Bedingungen hinsichtlich ihrer Wirksamkeit gegen phytopathogenen Zuckerrübennematoden Heterodera schachtii getestet werden. Der Anforderungskatalog umfäßt neben geeigneten ökotoxikologischen, biologischen und mechanischen Eigenschaften auch die technische Verfügbarkeit unter ökonomischen Randbedingungen, denen die bislang verwendeten Alginate kaum gerecht werden können. Das Projekt ist in drei Teilprojekte gegliedert: 'Polymere zur Verkapselung', 'Pilzanzucht und Verkapselungsmethoden' und 'Pilzscreening und Wirksamkeitstests'.Ergebnisdarstellung: Zunächst wurde im Labormaßstab das Kapselmaterial optimiert und ein leistungsfähiges Herstellverfahren entwickelt. Die Kapseln wurden durch sog. Simplexfällung eines kationischen mit einem anionischen Polymer gewonnen. Als anionische Komponente wurde Sulfoethylcellulose verwendet, die von Wolff Walsrode bereitgestellt wurde. Als anionischen Polyelektrolyten wurde Polydiallyldimethylammoniumchlorid (PDADMAC) eingesetzt. Es konnte jedoch auch Chitosan erfolgreich verwendet werden. In umfangreichen Untersuchungen wurden die optimalen SEC- und PDADMAC-Typen identifiziert und Probekapseln erzeugt. Für die Produktion größerer Mengen an Mikrokapseln gelang die Entwicklung einer einfachen, aber höchst effizienten Methode. Allein mit dem Laborgerät können nach diesem Verfahren bis zu 90 kg Perlen pro Stunde produziert werden. Diese Labormethode wurde nachfolgend im Polysaccharid-Technikum der Wolff Walsrode AG erfolgreich im größeren Maßstab erprobt. Auf diese Weise konnten die für die Freilandversuche erforderlichen Mengen problemlos bereitgestellt werden. Die Herstellung und die Eigenschaften der Mikrokapseln waren sehr erfolgreich und vielversprechend. Für diese Form der Applikation gibt es ein sehr großes Potential, etwa zur Verkapselung von Wirkstoffen, Düngemitteln, Herbiziden, Aromastoffen und anderen Stoffen.

Grundlagenuntersuchungen: Innovative Makroverkapselung von Gärresten

Das Projekt "Grundlagenuntersuchungen: Innovative Makroverkapselung von Gärresten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Cottbus-Senftenberg, Institut für Verfahrenstechnik, Lehrstuhl für Aufbereitungstechnik durchgeführt. Biogasanlagen werden mit verschiedenen Arten organischer Substrate beschickt. Eine der größten Herausforderungen in der Handhabung von flüssigen Biogasrückständen liegen im Bereich Lagerung, Transport sowie dem Geruchsproblem. Weiterhin ist die Ausbringung von Gärresten als Düngemittel gesetzlich reglementiert. Ziel des Forschungsprojektes sind die Durchführung von Grundlagenuntersuchungen sowie die Ableitung von Vorschlägen für die Erzeugung Innovativer Makrokapseln basierend auf den Gärresten aus Biogasanlagen für den Einsatz als Dünge-/ Bodenverbesserungsmittel. Die Grundlagenuntersuchungen beginnen mit einer umfassenden Charakterisierung möglicher, zur Verfügung stehender Nährstoffe. Dazu werden umfangreiche Arbeiten zur Charakterisierung der chemischen und physikalischen Eigenschaften durchgeführt. Parallel dazu ist ein Anforderungsprofil für die zu erzeugenden Makrokapseln zu erarbeiten und zu definieren. Der sich anschließende Hauptteil der Projektarbeit umfasst die Durchführung von Verkapselungsmöglichkeiten im Labormassstab. In dieser Bearbeitungsphase werden außerdem Qualitätskriterien in Ableitung des Anforderungsprofils und der zukünftigen bevorzugten Anwendung (Abrieb, Festigkeit, Nährstoffgehalt, Abbaubarkeit, etc.) erarbeitet und beschrieben und Maßnahmen für die Qualitätssicherung abgeleitet. Im Ergebnis sind Vorschläge für entsprechende Aufbereitungs- und Agglomerationsschritte sowie ein Verfahrenskonzept in einer Technologiekette zu kombinieren.

Selbstreparierende Beschichtungen für Metalle und Komposite

Das Projekt "Selbstreparierende Beschichtungen für Metalle und Komposite" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung durchgeführt. In vielen Industriebranchen, wo der Korrosionsschutz des metallischen Substrats durch Einsatz von organischen Beschichtungen realisiert wird (Schwerkorrosionsschutz, Flugzeugbau, Schiffbau, Fahrzeugbau), muss mit erheblichen Instandhaltungskosten gerechnet werden, die mit den Reparaturarbeiten wg. Alterungsvorgängen und mechanischer Schädigung von Beschichtungen zusammenhängen. Durch die Verlängerung der Haltbarkeit und Verhinderung der vorzeitigen Degradation von Beschichtungen können enorme Ersparnisse erzielt werden. Im Rahmen dieses Projektes sollen die Grundlagen der neuen Technologie der strukturell selbstheilenden Beschichtungen erforscht und die Technologie selbst bis zur Markteinführung weiterentwickelt werden. Dabei werden neuartige, Mikrokapseln zur Selbstheilung der Polymermatrix und zum Korrosionsschutz von metallischen Untergründen entwickelt und in 1-Schicht- sowie 2-Schichtsystemen auf Stahl, Al-legierungen und Kompositen eingesetzt. Die so modifizierten Beschichtungssysteme können dann in Bereichen des Schwerkorrosionsschutzes wie Offshore-Windenergie- und Industrieanlagen sowie Schiff- und Fahrzeugbau eingesetzt werden. Die Mitwirkung einer Kette von Industriefirmen, die solche Industriesektoren wie Rohstoff-, Beschichtungs- und Mikrokapselherstellung als auch die Beschichtungsanwendung repräsentieren, wird sich positiv auf die Weiterentwicklung und Umsetzung der neuen Technologie auswirken. Daraus werden vor allem die in den genannten Branchen stark vertretenen KMU profitieren.

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