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CO2- und kreislaufoptimierte additive Produktdesigns und LPBF-Fertigungsprozesse für ressourceneffiziente Nutzfahrzeugkomponenten, Teilvorhaben: Methoden für R-Strategien in der Produktentwicklung

Das Projekt 'COOPERATE' zielt darauf ab, die Energie- und Umweltkosten additiv gefertigter, metallischer Bauteile für Nutzfahrzeuge, insbesondere Stadt- und Reisebusse (z.B. eCitaro), zu minimieren und die Ressourceneffizienz durch Leichtbau und Kreislaufstrategien (R-Strategien) zu steigern. Es wird erwartet, dass im Rahmen des Projekts etwa 100 kg Gewicht pro Bus eingespart werden, was in der Nutzungsphase eine Energieeinsparung von 2.100 kWh pro Bus bedeutet. In der Herstellungsphase liegt das Energieeinsparpotenzial mit den verwenden Verfahren pro Bus bei ca. 13.500 kWh. Diese Einsparungen sollen durch Leichtbaudesigns, prädiktive Lebenszyklusanalysen und Prozessoptimierungen für R-Strategien erreicht werden. Im Nutzfahrzeugbereich sind Leichtbau-Ansätze ('Reduce'-Strategie) aufgrund der Elektrifizierung besonders wichtig, um die Antriebsenergie zu reduzieren. Die langlebigen Fahrzeuge bergen Potenziale für R-Strategien wie 'Repair' und 'Remanufacturing', um den Einsatz von Primärrohstoffen zu minimieren. Die prädiktive Lebenszyklusanalyse (LCA) spielt dabei eine zentrale Rolle, da 80 % der ökologischen Kosten während der Produktentwicklung bestimmt werden. Das Projekt setzt auf zwei Standorte, um additive Prozessketten mit dem Laser Powder Bed Fusion (LPBF)-Verfahren und Sensorik zur bauteilspezifischen Messung von Energie- und Materialverbräuchen abzubilden. Im Rahmen des Projektes werden ca. 25 Bauteile untersucht und fünf davon umfassend ökologisch und ökonomisch bilanziert. Folgende Themenbereiche werden adressiert: (1) R-Strategien im Produktdesign, um den Materialeinsatz zu reduzieren, (2) die Anwendung und Optimierung von AM-Bauteilen in der Nutzungsphase und (3) die Bewertung von End-of-Life-Szenarien und R-Strategien hinsichtlich ihrer ökologischen und ökonomischen Vorteile.

Neue Technologien zur Wiederverwertung von Altbaustoffen

Experimentelle Arbeiten zur Verwertung mineralischer Altbaustoffe. Beeinflussung der Bildung und Aufloesung von Mineralen in Baustoffen durch organische Bauzusatzstoffe. Rueckgewinnung von Betonzuschlag und Sekundaerrohstoff zur Zementherstellung aus Altbeton. Versuche zur Zerlegung des Betons in die Hauptkomponenten Sand, Kies und Zementstein insbesondere mit Ultraschall. Untersuchung zur Verwertung der Feinfraktion.

Umwelthygienische Untersuchungen von Recyclingprozessen und -Produkten

Die stoffliche Wiederverwertung von Abfaellen, wie Kunststoffen, Loesungsmittel, Elektronikschrott und Papier, schont die Umwelt und die Rohstoffressourcen. Dabei werden Materialien jedoch haeufig in anderen Bereichen eingesetzt als im urspruenglichen Einsatzgebiet. Ob die fuer den Ersteinsatz erforderlichen Bestandteile und Additive, sowie bei der Erstverwendung hinzugekommenen Verunreinigungen und Schadstoffe, etwa beim Einsatz von Loesungsmitteln, beim Recyclingprozess selbst oder beim Folgeeinsatz der recylierten Produkte umwelthygienische Probleme verursachen koennen, ist gegenstand einer ganzen Reihe von Untersuchungen im Labor- und Pilotmassstab, z.T. gemeinsam mit Industriepartnern im Rahmen von Auftragsarbeiten. Auch werden dabei Aspekte der Entgiftung von Laborabfaellen vor einem moeglichen Recycling mituntersucht.

EXIST_P2P

Additive Manufacturing von 3D-Verbindungselementen im Bauwesen, Teilvorhaben: Entwicklung einer kostengünstigen Laser Powder Bed Fusion Maschine

App Chemie im Alltag (Applikation)

Die „Chemie im Alltag“ (kurz: CiA) ist eine Verbraucher-App, die sich vorrangig an die chemisch interessierte Allgemeinheit richtet. Sie wird als Teil des Informationssystems Chemikalien des Bundes und der Länder (ChemInfo) bereitgestellt. Der Teildatenbestand wird zielgruppengerecht aufbereitet und als App zur Verfügung gestellt.

EXIST-Forschungstransfer: CeraSleeve

Neue Verfahren zur Behandlung asbesthaltiger Abfaelle

Die von uns in Laborversuchen und grosstechnisch durchgefuehrte thermische Behandlung, bei der die Temperaturen innerhalb der Sintergrenze liegen, ist ein energiesparendes und kostenguenstiges Verfahren, bei dem die Asbestfasern voellig zerstoert werden. Als Endprodukt entstehen asbestfreie Oxide und Silikate, z.T. mit hydraulischen Eigenschaften, die als Zuschlaege fuer Baustoffe, feuerfestkeramische Massen u.a. wieder verwertet werden koennen. Eine Vermehrung durch Zugabe z.B. von Bindemitteln findet nicht statt, sondern generell eine Reduktion von Gewicht und Volumen. Es entstehen keine Sonderabfaelle oder andere zu deponierende Materialien, sondern z.T. hochwertige Sekundaerrohstoffe. Deponieraum und neue Altlasten werden vermieden. Ziel ist es, den zu entsorgenden Asbest restlos zu vernichten. Ansaetze, dies durch thermische Behandlung zu erreichen, beduerfen der Vervollkommnung und weiteren Erprobung im grosstechnischen Massstab.

Verminderung des Ressourcenverbrauchs im Binder Jetting D-Druck durch > 98 % Wiederverwendbarkeit nicht verbauten Pulvers

Zielsetzung: In der additiven Fertigung ist es üblich, dass die eingesetzten Ausgangsmaterialien nicht vollständig verwendet werden können. Für die am weitesten verbreiteten pulverbettbasierten Verfahren MJF (Multi-Jet-Fusion) und SLS (Selektives Laser-Sintern) mit dem Material PA12 bedeutet das, dass bis zu 50 % des Pulvers am Ende nicht weiterverwendet und entsorgt werden müssen. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines innovativen Materials für das Binder-Jetting-Verfahren unter Verwendung der von Additive Elements entwickelten TLC-Technologie (Thermal Liquid Curing). Durch die nahezu vollständige Wiederverwendbarkeit des Pulvers (>98 %) streben wir eine Reduktion des Pulver-verbrauchs um mehr als 50 % im Vergleich zum MJF-Verfahren an - bei gleichzeitig verbesserten mechanischen Eigenschaften (Bruchfestigkeit von mindestens 45 MPa und Bruchdehnung von 10 %). Zusätzlich ermöglicht unser Verfahren eine Reduzierung des Energieverbrauchs um 81 %, da es mit deutlich niedrigeren Temperaturen arbeitet (40-70 °C anstatt >200 °C bei MJF/SLS)

Entwicklung und industrieller Einsatz eines schadstoffarmen Oxy-Fuel-Brennersystems für die energetische Nutzung von grünem Ammoniak in der Stahlindustrie, Teilprojekt SMS: Auslegung, Konstruktion, additive Fertigung und numerische Untersuchung des NH3-Oxy-Fuel-Brennersystems

Der Klimawandel ist eine der Herausforderungen des 21. Jahrhunderts, wobei die durch die Verbrennung fossiler Energieträger freigesetzten Treibhausgas(THG)-Emissionen, insbesondere CO2, einen wesentlichen Beitrag zur globalen Erwärmung leisten. Wasserstoff wird importiert werden müssen, um die benötigten Energiemengen für die Industrie in Deutschland bereitzustellen. Grünes NH3 kann als CO2-freier Brennstoff neben H2 eine bedeutende Rolle spielen. Bezogen auf Transportvolumina hat H2 einen geringeren spezifischen Heizwert als NH3: NH3 lässt sich dagegen bereits bei -33 °C unter Normdruck verflüssigen, was den Transport erheblich vereinfacht. Bewährte Transport- und Speicheroptionen für NH3 sind vorhanden. Bei der NH3-Verbrennung ist jedoch mit hohen NOX-Emissionen zu rechnen, zudem neigen NH3-Flammen zur Instabilität. Mit Hilfe von reaktionskinetischen Untersuchungen, CFD-Simulationen und experimentellen Untersuchungen im semi-industriellen Maßstab sollen typische Primärmaßnahmen zur NOx-Minderung mit dem Brennstoff NH3 erprobt und in ein zu entwickelndes Oxy-Fuel-Brennersystem integriert werden. Durch die Oxy-Fuel-Verbrennung soll die feuerungstechnische Effizienz erhöht sowie die Stabilisierung der NH3-Verbrennung erreicht werden. Das zu entwickelnde Brennersystem soll im Anschluss an die Entwicklungsarbeiten in einem industriellen Wärmebehandlungsofen mit Ammoniak im realen Betrieb getestet werden.

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