Das Projekt "Schwerpunktprogramm (SPP) 2248: Polymer-basierte Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Organische Chemie und Makromolekulare Chemie (IOMC) durchgeführt. Das Schwerpunktprogramm 'Polymer-basierte Batterien' (SPP 2248) widmet sich Batterien auf Polymerbasis, bei denen (organische) redoxaktive Polymere als aktive Materialien für die jeweilige Kathode oder Anode verwendet werden. Bei 'all-polymer'-Batterien basieren beide Elektroden auf Polymermaterialien. Diese Batterien sind interessante Systeme aufgrund ihrer vielversprechenden Eigenschaften, zu denen schnelles Laden, die Möglichkeit zur Herstellung flexibler Elektroden, die Abwesenheit von Schwermetallen sowie der geringe Energiebedarf für die Materialsynthese und die Herstellung von Batterien gehören. Die wissenschaftlichen Projekte befassen sich mit der Modellierung zur Identifizierung vielversprechender neuer Materialien, dem Verständnis der auftretenden (Redox-) Prozesse sowie möglicher Nebenreaktionen, dem Design und der Synthese redoxaktiver Polymere, der Entwicklung neuartiger Elektrolyte sowie der detaillierte Charakterisierung (auch in situ und in Operando-Techniken). Die zentralen Aktivitäten des Schwerpunktprogramms, die in diesem Projekt behandelt werden, fördern den wissenschaftlichen Austausch zwischen allen Projekten und Teilnehmern des SPP, beispielsweise bei verschiedenen Netzwerkveranstaltungen des Schwerpunktprogramms. Ein wichtiges Ziel des Schwerpunktprogramms ist auch die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses, insbesondere von Wissenschaftlerinnen. Daher werden Doktoranden sowie die jungen PIs, die bereits an Projekten der SPP beteiligt sind, durch Anschubfinanzierungs- und Mentoringprogramme unterstützt. Dieses Projekt wird auch genutzt, um die (internationale) Sichtbarkeit des Schwerpunktprogramms zu fördern. Darüber hinaus werden in diesem zentralen Projekt Standardmaterialien und -elektroden bereitgestellt, die sowohl für Charakterisierungsprojekte als auch für Benchmark-Systeme verwendet werden.
Das Projekt "Sonderforschungsbereich (SFB) 1357: MIKROPLASTIK - Gesetzmäßigkeiten der Bildung, des Transports, des physikalisch-chemischen Verhaltens sowie der biologischen Effekte: Von Modell- zu komplexen Systemen als Grundlage neuer Lösungsansätze" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Lehrstuhl für Tierökologie I durchgeführt. Die ubiquitäre Kontamination der Umwelt durch Mikroplastik (MP), die damit verbundenen potenziellen Risiken für Ökosysteme und letztendlich für unsere Gesundheit ist in letzter Zeit sehr stark in den Blickpunkt des öffentlichen und wissenschaftlichen Interesses gerückt. Das junge Forschungsfeld MP hat sich bis dato vorwiegend auf die Entwicklung geeigneter Monitoringverfahren, auf die quantitative Abschätzung der Kontamination der Umwelt, auf die Identifikation relevanter Eintragspfade und auf erste Eintragsminimierungsansätze beschränkt. Ökotoxikologische Fragestellungen wurden zumeist mit Hilfe fabrikneuer Kunststoffe untersucht. Bei all diesen Ansätzen fehlte jedoch bislang ein fundamentales Verständnis von den physikalischen, chemischen und biologischen Prozessen, denen MP in der Umwelt unterworfen ist. Die wissenschaftliche Komplexität der Thematik MP erfordert für ein ebensolches Verständnis jedoch einen interdisziplinären Ansatz, der die traditionellen Fachgrenzen überbrückt. Das Ziel dieser SFB-Initiative ist es daher - ausgehend von Modellsystemen für Kunststoffe, Organismen und Umweltkompartimente - ein grundlegendes Verständnis jener Prozesse und Mechanismen zu erlangen, die in Abhängigkeit von den physikalischen und chemischen Eigenschaften der Kunststoffe (A) die biologische Effekte von MP in limnischen und terrestrischen Ökosystemen bedingen, (B) die Migrationsbewegungen der MP-Partikel in und zwischen Umweltkompartimenten beeinflussen sowie (C) die Bildung von MP ausgehend von makroskopischen Kunststoffen verursachen. Diese Erkenntnisse werden erstmals eine wissenschaftlich fundierte Grundlage für die Bewertung der Umweltrisiken von MP existierender Massenkunststoffe bieten. Darauf aufbauend sollen - bereits in der ersten Antragsphase beginnend - neue umweltfreundliche Kunststoffe im Sinne einer nachhaltigen Polymerchemie entwickelt und anhand von Modellsystemen verifiziert werden. Diese neuen Kunststoffe werden unter anderem schnellere Abbauprozesse durch die Applikation von Beschleunigern und strukturellen Modifikationen aufweisen und werden zur Vermeidung bzw. Reduzierung von MP beitragen. Aufgrund der gewonnenen umfassenden Erkenntnisse aus Phase I sollen zudem auf längere Sicht (Phase II und III) Kunststoffe gezielt so modifiziert werden, dass sie aufgrund ihrer neuen Eigenschaften keine schädigenden Effekte auf Organismen und auf die Umwelt insgesamt mehr aufweisen. Die Komplexität der untersuchten Modellsysteme soll im Verlauf des SFB 1357 gesteigert werden, um eine möglichst hohe Relevanz in Bezug auf reale Ökosysteme zu erreichen.
Das Projekt "Transregio (TRR) 280: Konstruktionsstrategien für materialminimierte Carbonbetonstrukturen - Grundlagen für eine neue Art zu bauen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Massivbau durchgeführt. Neue Materialien ermöglichen neue Bauformen und Konstruktionsarten. Was so einfach klingt, ist in der Realität oft ein langer, mühsamer und nicht selten mit Irrtümern gepflasterter Weg. Im Bauwesen dauern Innovationsprozesse aufgrund hoher Anforderungen an Sicherheit und Dauerhaftigkeit und wegen aufwändiger Normungs- und Zulassungsverfahren besonders lange. Dies gilt auch und insbesondere für leistungsfähige Baustoffkombinationen wie Textil- und Carbonbeton, die einen Paradigmenwechsel oder gar eine Revolution im Bauen mit Beton, dem weltweit mengenmäßig wichtigsten Baustoff, mit sich bringen werden. Mit diesen Baustoffkombinationen können gleichzeitig der enorme Ressourcenverbrauch und der CO2-Ausstoß der Bauindustrie wesentlich verringert, aber auch zusätzliche Funktionen erschlossen werden. Erste Bauprojekte mit den neuen Materialien verdeutlichen aber zugleich, dass zunächst weiterhin nach traditionellen, dem Stahlbeton entlehnten Konstruktionsprinzipien gebaut wird, herkömmliche Materialien also lediglich substituiert werden. Erst in Verbindung mit intelligenten Konstruktionsstrategien wird das volle Potential des innovativen Werkstoffs Carbonbeton ausgenutzt. Baustoffgerechte Methoden für das Entwerfen, Modellieren und Konstruieren mit neuen Werkstoffen bedürfen einer tiefergehenden Grundlagenforschung. Um vorhandene traditionelle Entwurfsprinzipien zu hinterfragen, gegenseitige Abhängigkeiten von Materialien zu begreifen und darauf aufbauend eine neue Entwurfs- und Konstruktionsstrategie zu etablieren, ist ein umfassender und ganzheitlicher Ansatz nötig. Nur so können neue, dem innovativen Hochleistungswerkstoff Carbonbeton gerechte Leichtbauprinzipien erarbeitet werden. Zentrale Ideengeber für Bauelementgeometrien sind dabei sowohl die Biologie, hier vor allem Botanik, als auch weitere Fachbereiche wie etwa Mathematik und Kunst. Angestrebt werden Konstruktionsformen aus mineralischen Kompositen, die Kräfte überwiegend durch Normalspannungen abtragen und mit neuen, industriellen, maschinengestützten Fertigungsmethoden hergestellt werden. Die als zielführend erkannten Konstruktionsstrategien ermöglichen eine vollkommen andere Formensprache. Dabei ist die Entwicklung neuartiger Strukturen eng verknüpft mit Fragen der Herstellbarkeit unter Berücksichtigung einer begleitenden produktbezogenen Nachhaltigkeitsbewertung. Losgelöst von heutigen, etablierten Denkmustern sollen die Grundlagen für eine neue Form des Bauens mit Beton auf Basis tiefgreifender Erkenntnisse zum strukturmechanischen Verhalten neuartiger mineralisch basierter Strukturen geschaffen werden. Die neuen Konstruktionsstrategien und Werkstoffkombinationen reduzieren Ressourcen- und Energieverbrauch durch bisher unbekannte Leichtbauprinzipien bei gleichzeitig hoher Gebrauchstauglichkeit, Tragsicherheit und Dauerhaftigkeit und spiegeln sich auch in einer anspruchsvollen Ästhetik wider, die sich zu einer neuen ' Kunst des Bauens' entwickeln wird.
Das Projekt "ONFT: Optimierung naturfaserverstaerkter Thermoplaste" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kassel, Fachbereich Maschinenbau, Institut für Werkstofftechnik, Kunststoff- und Recyclingtechnik durchgeführt. Seit etwa 5 - 10 Jahren verzeichnen Naturfasern als Verstaerkungsfasern und Substitut fuer Glasfasern in Kunststoffen fuer technische Anwendungen, vor allem in der Automobilbranche, ihre Renaissance. Die Gruende hierfuer liegen ua in der CO-Neutralitaet der Werkstoffe, deren Kompostierbarkeit (bei einer geeigneten Matrix) sowie in der Suche neuer Verwendungsmoeglichkeiten von in der Landwirtschaft erzeugten Ueberschuessen. Durch das hohe spezifische Eigenschaftsprofil (die Dichte der Naturfasern liegt bei 1,2-1,6 g/cmhoch3 die von Glasfasern bei etwa 2,5 g/cmhoch3) bieten die Naturfasern auch technisch die Voraussetzungen um sich erfolgreich in der Werkstoffgruppe der verstaerkten Kunststoffe behaupten zu koennen. Das hohe Mass an Feuchteabsorption (bis zu 30 Gew-Prozent) der Naturfasern, ihre gegenueber Glasfasern nur geringe Benetzbarkeit durch Kunststoffe sowie die schlechtere Faser-Matrix-Haftung haben ihre technische Anwendung in einem breiten Umfang bisher verhindert. In den publizierten Forschungsergebnissen konnte bisher eine deutliche Verbesserung der Faser-Matrix-Haftung erzielt werden, wie Tabelle 1, Rueckseite anhand von Verbundkennwertsteigerungen infolge der verbesserten Haftung verdeutlicht. Untersuchungen zum Einfluss von Feuchtigkeit auf die Eigenschaften von Cellulose-Kunststoff-Verbunden sind zwar veroeffentlicht, Methoden um diesen Feuchteeinfluss in Verbunden zu minimieren sind jedoch derzeit kaum bekannt. Wissenschaftliche Inhalte der geplanten Arbeit: Das Ziel der geplanten Arbeit liegt in der Entwicklung gegenueber Feuchtigkeit dimensionsstabiler Cellulose-Thermoplast-Verbunde mit ausreichendem mechanischen Eigenschaftsprofil. Hierbei sollen die Cellulosefasern (Jute-, Flachs-, Hanf- und Holzfasern) durch geeignete Modifikation (zB Acetylierung, thermische Behandlung, Oberflaechenbeschichtung) hydrophobiert werden und als Verstaerkungsfasern fuer den Spritzguss (incl einer Mehrfachverarbeitung) sowie fuer Verbunde mit Langfaserverstaerkung (Film-stacking-Verfahren) eingesetzt werden. Der Verarbeitungsprozess ist, neben der geeigneten Ausruestung/Modifizierung der Fasern und der Matrix, fuer diese Verarbeitungsverfahren zu den gewuenschten physikalischen Materialeigenschaften zu optimieren.
Das Projekt "Doktoratsinitiative Mehrwertstoff Holz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Holztechnologie und Nachwachsende Rohstoffe durchgeführt. Auf Initiative des Bundesministeriums für Wissenschaft und Forschung (BMWF) entstand in Kooperation mit der Kooperationsplattform Forst - Holz - Papier (FHP) eine Doktoratsinitiative 'Holz - Mehrwertstoff mit Zukunft' (DokInHolz). Die einzelnen Dissertationsthemen sollten dabei die gesamte Wertschöpfungskette Forst - Holz - Papier abdecken und über das Leitthema 'nachhaltige Ressourcennutzung' miteinander verknüpft sein. Über die Koordination durch FHP wurden aus einem Themenpool von dreißig Themen elf Themen ausgewählt und in einer Kooperation der akademischen Betreuer der Dissertationsprojekte und der Wirtschaftspartner weiter elaboriert. Die einzelnen Themen betreffen die Sicherung der forstlichen Primärproduktion unter Aspekten von Risiko und Unsicherheit, die Entwicklung von Modellen für ein Supply-Chain Management und neue Technologieansätze für eine effiziente Verarbeitungskette von Laubholz, Grundlagen zum chemischen sowie zum mechanischen Aufschluss des Rohstoffes Holz, das Alterungsverhalten von Cellulose basierten Materialien, Modelle zur Festigkeit von Cellulosefasern, Modelle zur Beschreibung der mechanischen Eigenschaften von Holz, Brettschichtholz und Brettsperrholz unter Berücksichtigung von Material- und Strukturnichtlinearitäten sowie von Verbindungsmittel im Bereich der ressourcen-effizienteren Nutzung von Holz im Bauwesen. Die Doktoratsinitative mit seinen einzelnen Forschungsthemen wird durch die Universität für Bodenkultur (BOKU), der TU Wien und TU Graz, sowie die Universität Innsbruck durch Unterprojekte erarbeitet. Die Projektkoordination wird durch Prof. Teischinger an der BOKU und stellvertretend durch Prof. Eberhardsteiner von der TU Wien geleitet.