Das Projekt "Teilvorhaben: 1.2b und 3.1b" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Lasertechnik durchgeführt. Eine hohe Flexibilität über große Betriebsbereiche ist ein entscheidender Faktor für die Lebensdauer bestehender Anlagen. Diese setzt eine verbesserte Kenntnis der bruchmechanischen Eigenschaften der Materialien in thermisch hoch belasteten Bauteilen voraus, die im Arbeitspaket 1.2: 'Untersuchungen zum Einfluss der Oxidation und des Kriechens auf das bruchmechanische Verhalten' gewonnen wird. Die angestrebte Flexibilisierung der Turbomaschinen wird darüber hinaus zu gestiegenen Anforderungen an die dynamische Belastung von Dampfturbinenschaufeln führen, deren Gesamtmasse durch neue Fertigungstechnologien reduziert werden sollen (Arbeitspaket 3.1: 'Herstellung und aerodynamische Erprobung von additiv gefertigten Legierungen für neuartige Turbinenschaufeln'). Entscheidende Schritte für die Erfassung unvermeidlicher fertigungs- und betriebsbedingter Varianzen wer-den durch die im AP 3.2 'Thermo-fluiddynamisches Framework zur probabilistischen Auslegung von Gasturbinen' zu entwickelnde probabilistische Auslegungskette gesetzt, durch die optimale Abstimmung des Zusammenwirkens der Einzelkomponenten im flexiblen Betrieb erfolgt. Aufgrund der damit verbundenen Einsparung von Kühlluft wird dies zu einer Steigerung der Gesamteffizienz bis in den Prozentbereich führen.
Das Projekt "Bioökonomie International 2019: (Biogasohol) Entwicklung von Katalysatoren und Prozessen für die Umwandlung von Biogas in Methanol" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Katalyse e.V. an der Universität Rostock durchgeführt. CO2 und Methan sind die wichtigsten Treibhausgase und stammen zumeist aus fossilen Quellen. Auch die Nutzung nachwachsender Rohstoffe kann klimarelevante Mengen dieser Gase erzeugen. Die Rückführung von CO2 und Methan in geschlossene Stoffkreisläufe könnte den Treibhauseffekt verringern. Beim trockenen Reformieren von Methan mit CO2 (DRM) werden beide Stoffe in Synthesegas (H2 + CO) umwandelt, einen der wichtigsten Grundstoffe der chemischen Industrie. Das vorliegende Projekt zielt auf die dezentrale Nutzung von Biogas, welches etwa 40 % CO2, einen Überschuss an Methan sowie Verunreinigungen enthält. Dadurch könnte die Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen erhöht werden. Der vietnamesische Projektpartner VPI wird in seinem Teilprojekt untersuchen, wie das gewonnene Synthesegas für die Herstellung des Grundstoffs Methanol aufbereitet und genutzt werden kann. Das vorliegende Teilprojekt basiert auf Arbeiten im LIKAT aus den letzten 5 Jahren, die zu bemerkenswert stabilen DRM-Katalysatoren mit sehr niedrigem Ni-Gehalt führten. Diese Ergebnisse aus der Grundlagenforschung sollen weiterentwickelt werden (TRL 4). Angestrebt werden insbesondere die Verbesserung der Langzeitstabilität des Katalysators unter den extremen Reaktionsbedingungen, die Erforschung von Prozessvarianten (Zugabe von O2 oder H2O) sowie der Einsatz von echtem Biogas in Dauertests. Parallel sind umfangreiche Untersuchungen der Materialien vor und nach dem Einsatz geplant, um Impulse für weitere Verbesserungen zu erhalten. Es ist ein besonderes Arbeitsziel, die zunächst pulverförmigen Katalysatoren zu Granulaten oder Tabletten zu formen, um eine brauchbare Einsatzform für die Pilotanlagen beim Projektpartner VPI zu gewinnen. Alternativ sollen auch keramische (Monolithe) oder metallische Strukturen mit dünnen Schichten des besten Katalysators beschichtet werden, um die spezifische Produktivität zu erhöhen.
Das Projekt "Entwicklung von hochfesten biobasierten Bindegarnen und Untersuchungen zu deren Abbaubarkeit im Boden und in der Rotte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Chemnitz, Institut für Strukturleichtbau (IST), Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung durchgeführt. Zur Entwicklung langlebiger Produkte aus biologisch abbaubaren Kunststoffen für technische Anwendungen fehlen vielfach entsprechende Daten über die Funktionalität der biologischen Abbaubarkeit. Einzig für Polymilchsäure sowie petrochemisch basierte und biologisch abbaubare Polyester existieren entsprechende Untersuchungen, welche aber ebenfalls überwiegend auf Verpackungsmittel und Mulchfolien bezogen sind, über Bindegarne aus Biokunststoffen sind jedoch keinerlei Daten bekannt. Im Allgemeinen sind Polyhydroxyalkanoate gut biologisch abbaubar und biokompatibel. Eine mit Polypropylen vergleichbare Festigkeit ist ein weiterer Vorteil, der den Nachteilen wie spröden Materialeigenschaften und einem engen Verarbeitungsfenster gegenübersteht. Die Erzeugung biologisch abbaubarer Materialien auf PHA-Basis mit definierten mechanischen Eigenschaften und Untersuchungen zur gezielten Beeinflussung der biologischen Abbaubarkeit stellen das Gesamtziel der Studie dar. Die Bewertung der biologischen Abbaubarkeit der modifizierten Compounds basiert auf Untersuchungen zum Abbau in der Rotte und im Boden. Weiterhin soll der Einfluss des Verstreckens von Folien aus den modifizierten Compounds im Labormaßstab auf die mechanischen Eigenschaften untersucht und Bändchen erzeugt werden, da durch das Verstrecken der Moleküle im Verbund eine Steigerung der Festigkeit in Reckrichtung erwartet wird. Eine angestrebte Anwendung dieser verstreckten Materialien liegt in der Herstellung von biobasierten und biologisch abbaubaren Bindegarnen für Massen-anwender wie land- und forstwirtschaftliche Betriebe. Dadurch könnten die bisher verwendeten Bindegarne aus Polypropylen ersetzt werden, deren Reste neben Störungen an landwirtschaftlichen Maschinen auch ein Gesundheitsrisiko bei Nutz- und Wildtieren darstellen. Die Bindegarne werden im Rahmen der Studie aus den modifizierten PHA-Compounds erzeugt und die Eignung der Bändchen durch Bestimmung ihrer mechanischen Eigenschaften abgeschätzt.
Das Projekt "Teilvorhaben 7: Kennwertermittlung für Vollholz und Furnierwerkstoffe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Georg-August-Universität Göttingen, Burckhardt Institut, Abteilung Holzbiologie und Holzprodukte durchgeführt. Unter der Projektleitung der Holzforschung München beabsichtigt das Projektkonsortium, Berechnungsverfahren und Materialkennwerte für Maschinenbauanwendungen von Holz und Holzprodukten zur Verfügung zu stellen. Um diese Hauptziele zu erreichen, müssen in einem ersten Schritt die Bedürfnisse des Maschinenbaus hinsichtlich Materialcharakterisierung und Berechnung recherchiert werden. Darauf aufbauend können geeignete Prüfmethoden zur Charakterisierung der Materialien selektiert, evaluiert und weiterentwickelt werden. Die Projektlaufzeit von 3 Jahren resultiert aus dem ganzheitlichen, neuartigen und sehr arbeitsintensiven Ansatz der verzerrungsbasierten Berechnung von Bauteilen aus Holz- und Holzwerkstoff in Kombination mit der geplanten Evaluierung und dem dafür notwendigen Umfang des Konsortiums. Die Abteilung Holzbiologie und Holzprodukte der Universität Göttingen verfügt über vielfältige Kompetenzen in der Untersuchung von Vollholz/Furnieren, Klebstoffen, Holzwerkstoffen, Holzmodifizierungsverfahren etc. Im Projektkonsortium wurde sich darauf verständigt, dass sich die Universität Göttingen vorrangig der Bearbeitung der Themenfelder bzw. Untersuchung der Materialien Vollholz/Furniere und Klebstoffe widmen wird.
Das Projekt "IDEEL - Implementation of Laser Drying Processes for Economical & Ecological Lithium Ion Battery Production" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Lehrstuhl für Production Engineering of E-Mobility Components durchgeführt. Das vorliegende Forschungsvorhaben IDEEL hat zum Ziel, die Lasertrocknung vom Forschungslinien-Maßstab in den Pilotlinen-Maßstab zu skalieren. Über der Skalierung des Laserbestrahlungssystems hinaus wird eine vollständige Lösung für die Lasertrocknung umgesetzt. Dies umfasst die Realisierung eines Demonstrators mit der notwendigen Verfahrensintegration wie einer Regelungstechnik mittels Thermographie, einem Konzept für die Lösungsmittelabsaugung sowie eines fasergeführten Diodenlaser-Trocknungssystems. Hierzu sind ineinandergreifende Untersuchungen auf Material- sowie Prozessebene notwendig. Insbesondere bei der Skalierung dieser neuartigen Prozesstechnologie ist das Materialverhalten bei instantanem und hocheffizienten Energieeintrag eingehend zu untersuchen und die Materialkomposition anzupassen. Damit soll eine signifikante Reduktion im Flächen- und Energiebedarf des Trocknungsschritts bei gleichbleibender Qualität in der Elektrodenfertigung realisiert werden, wodurch Invest- und Betriebskosten eingespart werden. Neben den grundlegenden Materiaentwicklungen werden außerdem prozessnotwendige Verfahrenstechnologien wie die Thermographie-basierte Regelung und die Beschichtungstechnik entwickelt und optimiert. Am Produktionsstandort Deutschland werden dadurch nicht nur neue Bauprojekte von Batteriezellfertigungen attraktiver und der Betrieb von bereits bestehen-den Produktionsanlagen am Weltmarkt kompetitiver, sondern auch der 'CO2-Rucksack' von Batteriezellproduktionen reduziert. Diese Verringerung wird an alle Endprodukte wie z.B. Elektroautos weitergegeben, wovon zuletzt der Konsument profitiert.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung und Erprobung druckbarer (Leichtbau-) Materiale für die additive in-situ Fertigung von tragwerksoptimierten Betonwänden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Bauingenieurwesen, Fachgebiet Baustoffe und Bauchemie durchgeführt. Das Teilvorhaben 'Entwicklung und Erprobung druckbarer (Leichtbau-) Materiale für die additive in-situ Fertigung von tragwerksoptimierten Betonwänden' umfasst die Formulierung additiv zu verarbeitender normalfester (größer als 50 N/mm2) und hochfester (größer als 100 N/mm2) sowie wärmedämmender Leicht- (Wärmeleitfähigkeit kleiner als 0,2 W/(m-K); Dichte 800 - 2.000 kg/m3), Infraleicht- (kleiner als 0,15 W/(m-K); kleiner als 800 kg/m3; FC: kleiner als 0,1 W/(m-K); kleiner als 400 kg/m3) und Schaumbetone, welche für die additive Fertigung von tragwerksoptimierten Leichtbauteilen eingesetzt werden können. Die additive Verarbeitbarkeit der entwickelten Materialien soll zunächst in Druckprozessen unter Laborbedingungen validiert werden. Anschließend ist die Integration von Druckprozess und Roboterkinematik sowie die additive Fertigung von kleinmaßstäblichen (bis zu 1 m) und großmaßstäblichen (1-3 m) Bauteilen, ebenfalls unter Laborbedingungen, vorgesehen. Neben der additiven Verarbeitbarkeit werden eine Reihe weiterer Anforderungen an die Materialien gestellt, u.a. ein Teilersatz des eingesetzten Zements durch geeignete Zusatzstoffe zur Reduktion des CO2-Fußabdrucks der Materialien und die Möglichkeit zur gezielten Beeinflussung der Erstarrungszeit der Materialien durch hydratationsbeschleunigende Zusatzmittel. Eine Untersuchung der Dauerhaftigkeit der zu entwickelnden Materialien ist vorgesehen, um eine umfassende Lebenszyklusanalyse (Life-Cycle-Assessment, LCA) des Gesamtprozesses zu ermöglichen. Am Ende des Projekts soll die Fertigung des Enddemonstrators mit den entwickelten Materialien in-situ unter Baustellenbedingungen erfolgen.
Das Projekt "IDEEL - Implementation of Laser Drying Processes for Economical & Ecological Lithium Ion Battery Production" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Coatema Coating Machinery GmbH durchgeführt. Im Bereich der Elektrodenfertigung werden die Kosten maßgeblich durch den Produktionsschritt der Elektrodentrocknung aufgrund des hohen Energie- und Flächenbedarfs bestimmt. Konventionell erfolgt die Trocknung der Elektroden mittels Heißlufttrocknern. Das Forschungsvorhaben IDEEL hat zum Ziel, die Lasertrocknung vom Labor-Maßstab in den Pilotlinien-Maßstab zu skalieren. Hierfür sind ineinandergreifende Untersuchungen auf Material- sowie Prozessebene notwendig. Mit dem Projekt IDEEL soll eine signifikante Reduktion im Flächen- und Energiebedarf des Trocknungsschritts bei gleichbleibender Qualität in der Elektrodenfertigung realisiert werden. Dies erlaubt es Investitions- und Betriebskosten einzusparen. Ziel des Teilvorhabens Coatemas ist es auf der Basis von Simulationen maßgeschneiderte Breitschlitzdüsen für die neuen Materialien entwickeln, diese qualifizieren und die Prozessparameter für die kontinuierliche und intermittierende Beschichtung erarbeiten. Zur Umsetzung des Projektdemonstrators und Skalierung der Lasertrocknungsanlage auf Pilotlinien-Maßstab wird Coatema in Zusammenarbeit mit den anderen Partnern eine speziell auf die Lasertrocknung ausgerichtete modulare Prototypentrocknungseinheit entwickeln, diese qualifizieren und gegen anderen Trocknungstechnologien benchmarken.
Das Projekt "Teilprojekt: Untersuchung der Material- und Verarbeitungseigenschaften von Verbundwerkstoffen aus biobasiertem Pulverharz und recycelten Kohlenstofffasern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe GmbH durchgeführt. Üblicherweise werden Wassersportgeräte und Boote aus Faserkunststoffverbunden mittels Vakuuminfusion gefertigt. Hierbei werden komplexe und fehleranfällige Angussstrukturen benötigt, um eine vollständige Imprägnierung sicherzustellen. Alle benötigten Hilfsmittel (Schläuche, Ventile, etc.) sind nur einmal verwendbar und teilweise Sondermüll. Das geplante Verfahren soll diese Probleme lösen: Das Textil wird bereits vor dem Einlegen in die Form mit einem biobasierten Pulverharz imprägniert, aber noch nicht ausgehärtet. Ein sogenanntes Prepreg entsteht. Dabei sollen Textilien aus recycelten Kohlenstofffasern (rCF) genutzt werden, die eine bessere Energiebilanz und bessere mechanische Eigenschaften als gängige Materialien (z. B. Glasfasern) aufweisen. Das IVW wird hier insbesondere in drei Themenbereichen tätig werden: In Zusammenarbeit mit Swiss CMT werden wir untersuchen, wie das Harzpulver am besten auf das Textil aufgetragen wird, um bei der späteren Aushärtung eine gleichmäßige und porenfreie Imprägnierung zu erreichen. Hierzu sollen verschiedene Auftragsmuster, Partikelgrößen und Verarbeitungsbedingungen untersucht werden. Für die Aushärtung selbst muss das Material aufgeheizt werden. Hierzu muss in Zusammenarbeit mit Greenboats ein geeignetes Verfahren entwickelt werden, dass in der Lage ist, auch große Strukturen wie Bootsrümpfe reproduzierbar und gleichmäßig zu erwärmen. Zusätzlich wird das IVW im Rahmen einer Nutzwertanalyse den neuen Fertigungsprozess analysieren und im Hinblick auf Ökonomie und die Ökologie mit etablierten Fertigungsprozessen vergleichen.
Das Projekt "Teilvorhaben: In-Situ Analysen und Eingrenzung der einsetzbaren Materialien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für BrennstoffzellenTechnik GmbH durchgeführt. Gesamtziel des Vorhabens VALIDATE ist die Erforschung von Prüfverfahren sowie die Erarbeitung von Prüfvorschriften für die Qualifizierung von Medienstreckenmaterialien und Stack- und Systemkomponenten. Dies soll es ermöglichen, gezielt kosteneffiziente System- und Stackkomponenten für den Einsatz im Brennstoffzellensystem zu qualifizieren. ZBT entwickelt in diesem Zusammenhang zusammen mit den Partnern Prüfprozeduren und erforscht im In-situ Zellbetrieb Degradationsmechanismen sowie Möglichkeiten zur beschleunigten Qualifizierung. Basierend auf den Ergebnissen der Untersuchungen grenzt das ZBT gemeinsam mit den Projektpartnern die im Projekt untersuchten Materialien ein. Das Projekt gliedert sich in drei Phasen: in der ersten Phase werden die Anforderungen der Medienkreise definiert, eine FMEA zu Kontamination und Schadensmechanismen durchgeführt und die relevanten Materialien definiert und priorisiert. Parallel erfolgt ein Abgleich mit Literaturdaten. In der zweiten Projektphase werden die Materialien hinsichtlich ihrer Eignung für den Betrieb im Brennstoffzellensystem erforscht. Der Fokus der Arbeiten liegt dabei auf den Medienkreisen Kathode und Anode, aber auch der Kühlkreis wird betrachtet. Es werden die Eigenschaften der Materialien und die Auswirkungen auf die Degradation des Brennstoffzellenstapels im Rahmen von Ex-Situ und In-Situ Untersuchungen erforscht. Ein Schwerpunkt liegt auf der Identifikation von Schadensmechanismen, dabei wird insbesondere auf die Aspekte 'Belegung der katalytisch aktiven Oberfläche', 'Degradation des Membranmaterials' sowie auf 'Veränderungen der Materialeigenschaften der Gasdiffusionslage' fokussiert. In der 3. Projektphase erfolgt die Eingrenzung der im Brennstoffzellensystem einsetzbaren Materialien sowie die Definition der Prüfprozeduren mit einer Ableitung entsprechender Handlungsanweisungen zur Qualifizierung von Medienstreckenmaterialien und Stack- und Systemkomponenten.
Das Projekt "Teilvorhaben: Textile Flächenheizung mit Messsensorik und elektrischer Zuleitung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Embro GmbH durchgeführt. Das Konsortium besteht aus vier KMUs, einem Institut der TU-Dresden, sowie einer außeruniversitären Forschungseinrichtung, die mit ihren jeweiligen Fachwissen zur der Erstellung des geplanten Gesamtsystems beitragen. Die Bereiche der elektrischen Zuleitungen und textile Flächenheizungen übernimmt Embro. Dazu werden in einem ersten Arbeitsschritt die Anforderungen an die Funktionstextilien zur Formteilbeheizung definiert. Hier müssen nicht nur die elektrischen Schnittstellen und Parameter untersucht werden, die später die Funktion des Gesamtsystems gewährleisten, sondern auch systematische Untersuchungen zum Einsatz der Sticktechnologie und den verwendeten Materialien erfolgen. In einem weiteren Schritt werden Lösungsvarianten zur Herstellung von gestickten Flächenheizelementen unterschiedlicher Heizleistungen für eine Einbettung in Formbauteilen erarbeitet. Im Labormaßstab werden für die gefundenen Varianten Technologien erarbeitet und erste Muster gefertigt. Es erfolgt die Auswahl von Vorzugsvarianten und Übertragung auf Funktionsmuster mit Integration von textilen Heizsystemen. Breiten Raum wird die Entwicklung der mechanischen Kontaktierung zwischen der Sensorik am textilen Träger und der elektrischer Zuleitung einnehmen. Eine besondere Herausforderung besteht dabei in der besonderen Beanspruchung bei Integration der Sensorik im Formbauteil. Für die Überprüfung der Funktionssicherheit und Zuverlässigkeit der entwickelten Lösungen müssen Prüfmuster hergestellt werden. Nach Auswertung dieser Prüfungen erfolgen die Ableitung von Kennwerten und weitere Optimierungen. Am Ende des Projektes besteht das Ziel in der Bereitstellung von Funktionstextilien mit geeigneten Anbindungsvarianten zur Heizung & Steuerung für einen Demonstrator.
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