MATERIALS MEET CLIMATE!

Materialforschung für den Klimaschutz – wir tun etwas. Kommen Sie mit!

 

Der Klimawandel, den wir mit unserem Hunger nach Energie, Mobilität, Konsum und weltweiter Vernetzung vorantreiben, wird in aller erster Linie uns selbst und unseren nachfolgenden Generationen schaden. Es geht neben dem »Naturschutz« auch um den Schutz der Menschen, wenn ein Umdenken gefordert wird. Es gibt viele Möglichkeiten, hier etwas zu bewegen – wir müssen sie nutzen, um die vom Menschen verursachte Erderwärmung zumindest zu verlangsamen.

Das Fraunhofer ISC hat aus seinem Forschungs- und Kompetenzportfolio 12 Beispiele in diesem Kalender zusammengestellt, wie z. B. die Materialforschung zur CO2 Reduktion beitragen kann. Lassen Sie sich inspirieren von unseren Ideen und entwickeln Sie weitere, die Welt braucht mehr davon!

Climate for Culture – Kulturerbe schützen


Der Klimawandel bedroht nicht nur Mensch und Natur, auch vor unseren Kulturgütern macht er nicht Halt. Extreme Hitze und Feuchtigkeit setzen den Kulturgütern in Zukunft verstärkt zu. Ein multidisziplinär zusammengesetztes Team mit 27 Partnern, darunter auch das Fraunhofer ISC, ging im EU-Forschungsprojekt »Climate for Culture« der Frage nach, wie man historische Bauten und ihre Kunstobjekte vor dem Verfall retten kann. Dabei wurden Klimamodelle, Mess- und Prognoseverfahren entwickelt, um die Auswirkungen des Klimawandels auf die Innenräume historischer Gebäude und ihre Kunstsammlungen abschätzen zu können. Zudem wurde untersucht, welchen Aufwand man in Zukunft betreiben muss hinsichtlich einer nachhaltigen Klimatisierung von historischen Gebäuden.






Ihre Ansprechpartnerin zu dem Thema

Johanna Leissner

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Dr. Johanna Leissner

Projektkoordinatorin | Scientific Representative for Fraunhofer IAP, IBP, ICT, IGB, IMW & ISC

German Research Alliance Cultural Heritage Fraunhofer Sustainability Network
Rue Royale 94
B-1000 Bruxelles

Telefon +32 2 506 42 43

Smarte Stromerzeugung


Der Einsatz konventioneller Kleinwasserkraftwerke stößt immer mehr an Grenzen, da sie in das Ökosystem eingreifen und ihre Standorte limitiert sind. Im Projekt DEGREEN verfolgte das Fraunhofer ISC einen neuen Ansatz zur regenerativen Stromerzeugung. Dehnbare Elastomerfolien verwandeln umweltschonend die mechanische Energie von Wasserströmungen in kleinen Flüssen direkt in elektrische Energie. Als modulares und autarkes System lässt sich der Generator an die Strömungsbedingungen vor Ort anpassen und zur dezentralen Stromerzeugung nutzen.

 




Ihr Ansprechpartner zu dem Thema

Bernhard Brunner

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Dr. Bernhard Brunner

Projektleiter CeSMA

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
Neunerplatz 2
97082 Würzburg

Telefon +49 931 4100-416

Fax +49 931 4100-498

Mehr Strom rausholen


Dieses Jahr feiert die industrielle Entspiegelung von Glasflächen für Solaranlagen ihr zwanzigjähriges Jubiläum – entwickelt und zur Marktreife gebracht vom Fraunhofer ISC und seinen Partnern.
Photovoltaiksysteme (PV-Systeme) und solarthermische Anlagen sind mit Frontscheiben aus Glas ausgerüstet, die wiederum im Sonnenlicht bei ungünstigen Einstrahlwinkeln stark reflektieren. Das reflektierte Licht kann zur Energieumsetzung nicht genutzt werden. Die Entspiegelung der Glasoberfläche wird durch die vom ISC entwickelte Antireflexschicht deutlich minimiert, der Energieertrag somit um 2-3 % erhöht. Heute ist diese Antireflexschicht weltweit Stand der Technik.
Ein Großteil weltweit installierten PV-Kraftwerke werden in ariden bzw. Wüstenregionen installiert, mit den daraus hervorgehenden Problemen. Selbst unter optimierten Reinigungsszenarien reduziert die Verschmutzung die aktuelle globale Solarstromproduktion um mindestens 3 % bis 4 %, wobei jährliche Umsatzverluste von bis zu 5 Mrd. € entstehen.[1]






Das Fraunhofer ISC hat für dieses Problem eine Lösung entwickelt: Eine kombinierte Antireflex-/Antistaub-Beschichtung minimiert nicht nur die Reflexionsverluste sondern verringert auch das Anhaften von Schmutz auf den Solar-Modulen. Mit Hilfe der Funktionsschichten des ISC können so die Unterhaltskosten der Solaranlagen minimiert und deren Energieeffizienz auch bei ungünstigen Rahmenbedingungen verbessert werden.




[1] Ilse et al. : “Techno-Economic Assessment of Soiling Losses and Mitigation Strategies for Solar Power Generation” Joule Pub Date : 2019-09-26 , DOI: 10.1016/j.joule.2019.08.019

Ihre Ansprechpartner zu dem Thema

Mark Mirza

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Mark Mirza

Chemische Beschichtungstechnologie

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
Neunerplatz 2
97082 Würzburg

Telefon +49 931 4100-409

Fax +49 931 4100-399

Claudia Stauch

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Dr. Claudia Stauch

Partikeltechnologie

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
Neunerplatz 2
97082 Würzburg

Telefon +49 931 4100-596

Fax +49 931 4100-399

Weniger CO2 für Kohlestrom


Bislang kann die flächendeckende Energieversorgung nicht allein durch regenerative Energien sichergestellt werden. Kohlekraftwerke als konventionelle Energieträger sind für die Energieversorgung derzeit noch notwendig. Doch aufgrund ihres hohen CO2-Austoßes gibt es großen Handlungsbedarf, um die Energiegewinnung effizienter und umweltverträglicher zu gestalten. Das Center of Device Development CeDeD des Fraunhofer ISC konnte in verschiedenen Projekten durch eine Verbesserung der Verbrennungsprozesse nachweisen, dass der Kohlenstoffdioxid-Ausstoß erheblich minimiert und primäre Energie eingespart werden kann. Ein Kohlekraftwerk mit einer Leistung von 4 Gigawatt kann so im Jahr seine CO2 Emission um rund 3 Millionen Tonnen reduzieren.

 



Ihr Ansprechpartner zu dem Thema

Andreas Diegeler

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Dr. Andreas Diegeler

Center of Device Development

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
Bronnbach 28
97877 Wertheim/Bronnbach

Telefon +49 9342 9221-702

Fax +49 9342 9221-799

Wärmespeicher intelligent verkapseln


Bei vielen Prozessen entsteht Wärmeenergie, die als »Abfall« entsorgt wird. Das bedeutet, dass Energiequellen hier nicht effizient genutzt werden. Durch die aktive Kühlung entstehen außerdem nicht nur zusätzliche Kosten, sondern Klima und Umwelt werden weiter belastet. Es gibt jedoch spezielle Materialien, die Wärme besonders gut speichern, sogenannte Latentwärmespeicher oder Phase Change Materials (PCM), die Wärme durch einen Phasenübergang in chemischer Form speichern. Das Fraunhofer ISC hat ein intelligentes Verfahren entwickelt, mit dem solche PCM  verkapselt und für unterschiedliche Einsatzgebiete nutzbar gemacht werden können. Statt die Wärme also mit Energieaufwand »wegzukühlen«, kann man sie für später nutzen und spart damit doppelt CO2.



 

Ihr Ansprechpartner zu dem Thema

Thomas Ballweg

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Dipl.-Phys. Thomas Ballweg

Projektleiter Partikeltechnologie

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
Neunerplatz 2
97082 Würzburg

Telefon +49 931 4100-512

Fax +49 931 4100-399

Batterien intelligent recyceln


Elektromobilität, wie wir sie heute kennen, benötigt große Mengen an leistungsfähigen Lithium-Ionen-Batterien. Für die Herstellung von solchen Traktionsbatterien werden wertvolle Rohstoffe zu noch wertvolleren Funktionsmaterialien verarbeitet, die nach Lebensende der Batterien möglichst im Wertstoffkreislauf erhalten bleiben sollten. Gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung hat das Fraunhofer ISC ein wirkungsvolles und intelligentes Verfahren zur Abtrennung der seltenen Rohstoffe aus Altbatterien und zur Aufbereitung der zurückgewonnen Funktionsmaterialien entwickelt. Das berührungslose Trennverfahren durch elektrohydraulische Zerkleinerung ist besonders energieeffizient. Wertvolle Batterie-Funktionsmaterialien werden möglichst ressourcenschonend zurückzugewonnen. Der Energiebedarf für die Gewinnung und den Transport neuer Rohstoffe sowie für die Verarbeitung der elementaren Rohstoffe zu den Funktionsmaterialien kann ebenfalls verringert werden. Das spart nicht nur Rohstoffe, sondern auch CO2.

 

 

Ihr Ansprechpartner zu dem Thema

Andreas Bittner

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Dr. Andreas Bittner

Head of New Business Development

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
Neunerplatz 2
97082 Würzburg, Germany

Telefon +49 931 4100-213

Fax +49 931 4100-198

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Dr. Uwe Guntow

Stellv. Leiter Fraunhofer FuE-Zentrum für Elektromobilität Bayern FZEB

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
Neunerplatz 2
97082 Würzburg

Telefon +49 931 4100-415

Fax +49 931 4100-570

CMC – Keramik für höhere Wirkungsgrade

 

In Gaskraftwerken und Fluggasturbinen geht bei der Wandlung von Verbrennungsenergie in Strom oder Wärme Energie verloren, weil die heute zur Verfügung stehenden metallischen Materialien den hohen Verbrennungstemperaturen nicht gewachsen sind. Im Verbrennungsraum bzw. Heißgasbereich müssen Kühlsysteme dafür sorgen, dass Rohrleitungen und Turbinen nicht überhitzen.

Das Fraunhofer ISC mit seinem Zentrum für Hochtemperaturleichtbau HTL in Bayreuth und seine Partner arbeiten deshalb an der Produktionsentwicklung für neue Faserverbundkeramiken (CMC). CMC halten hohe Temperaturen und die enormen Belastungen besser aus als die heute verwendeten metallischen Werkstoffe, damit ließe sich die Effizienz konventioneller Kraftwerke und Flugzeugantrieben deutlich steigern und deren CO2-Fußabdruck verringern. Überdies sind Bauteile aus Faserverbundkeramik bei gleicher Stabilität deutlich leichter, was wiederum Energie spart.  

Die Arbeitsgruppe Keramikfasern des Fraunhofer-Zentrums HTL arbeitet seit Anfang der 1990er Jahre an der Entwicklung von keramischen Verstärkungsfasern in den Stoffsystemen Al-Si-O und Si-C-N-B und deren Herstellung vom Labormaßstab bis hin zum erweiterten Technikumsmaßstab. Dabei wird die komplette Prozesskette von der Synthese der spinnfähigen Rohstoffe bis zur fertig prozessierten und für die Weiterverarbeitung mit einer Schlichte versehene Endlosfaser abgedeckt.






Im Rahmen des Programms »Neue Werkstoffe in Bayern« des Bayerischen Wirtschaftsministerium und der Projektreihe »SiC-Tec« wurden zusammen mit Industriepartnern SiC(N)-Fasern mit einer Zugfestigkeit von 2500 MPa und einem E-Modul von 150 GPa entwickelt. Diese können bereits jetzt in einer Technikumsanlage am Standort Würzburg mit einer Kapazität von ca. 1 kg pro Monat basierend auf einem Trockenspinnverfahren unter Inertgasbedingungen hergestellt werden. Parallel dazu werden mit verschiedenen Partnern Trockenspinnprozesse für Langfasern im Stoffsystem Al-Si-O entwickelt. Angestrebt werden mechanische Eigenschaften, die mit den keramischen Endlosfasern der Firma 3MTM vom Typ NextelTM 610 bzw. 720 oder NITIVY ALFTM 72/28 vergleichbar sind.

Basierend auf den beiden Entwicklungsrouten wird am Standort Bayreuth eine Faserpilotanlage errichtet, die im 24-Stunden-Betrieb für die oxidischen Fasern eine Jahreskapazität von 3 Tonnen und für die nichtoxidischen Verstärkungsfasern im Stoffsystem Si-B-N-C eine Kapazität von mehr als 5 Tonnen ermöglichen wird. Das Gebäude mit seiner gesamten technischen Infrastruktur wurde im April 2019 eröffnet. Im 1. Quartal 2020 nehmen die beiden FuE-Linien ihren Betrieb auf. Neben der eigentlichen Faserherstellung sind in beide Linien auch Anlagen zur keramischen Beschichtung der Endlosfasern integriert. Auf dieser Basis können dann CMC-Werkstoffe und –Bauteile für eine verbesserte Kraftwerkstechnik hergestellt werden.

So ließe sich in Zukunft die Effizienz konventioneller Kraftwerke und Flugzeugantriebe deutlich steigern und deren CO2-Fußabdruck verringern.

 

 

Ihre Ansprechpartner zu dem Thema

Arne Rüdinger

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Arne Rüdinger

Fraunhofer-Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL
Neunerplatz 2
97082 Würzburg

Telefon +49 931 4100-433

Fax +49 931 4100-299

Jens Schmidt

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Dr. Jens Schmidt

Fraunhofer-Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL
Gottlieb-Keim-Str. 62
95448 Bayreuth

Telefon +49 921 78510-200

Fax +49 921 78510-001

SUNRISE


Für eine klimaneutrale Energieversorgung werden Alternativen für fossile Brennstoffe benötigt. Die Natur hat in Jahrmilliarden das Prinzip der Photosynthese entwickelt, mit dem Pflanzen aus Sonnenlicht Energie für ihr Wachstum gewinnen. Dieses Vorbild macht sich die Initiative SUNRISE zunutze, die Sonnenenergie u. a. mit künstlicher Photosynthese für die Erzeugung von Wasserstoff einsetzen möchte. In dieser Initiative plant das Fraunhofer ISC mit seinen Partnern die Entwicklung eines hocheffizienten, umweltfreundlichen und skalierbaren Systems für die solare Wasserhydrolyse, den Elektronentransport und die Wasserstofferzeugung. Damit soll zukünftig Wasserstoff als leistungsstarker Brennstoff ohne CO2-Emission zur Verfügung gestellt werden können.

 

 



Ihr Ansprechpartner zu dem Thema

Jürgen Meinhardt

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Dr. Jürgen Meinhardt

Leiter Cluster Dienstleistungen

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
Neunerplatz 2
97082 Würzburg

Telefon +49 931 4100-202

Fax +49 931 4100-299

Mobil und stationär – bessere Batteriematerialien für die Zukunft


Die Energiewende ist in vollem Gang, regenerative Energieträger decken schon heute 40 % des Energiemixes zur Stromerzeugung. Der Umbau der Mobilität vollzieht sich etwas langsamer – nicht zuletzt wegen der hohen Kosten für Elektrofahrzeuge. In beiden Bereichen werden zuverlässige, leistungsstarke und kostengünstige Batterien mit unterschiedlichen Eigenschaften benötigt. Das Fraunhofer FuE-Zentrum Elektromobilität FZEB am Fraunhofer ISC trägt mit seinen Entwicklungen von Batteriesystemen – von der optimierten Bleibatterie bis hin zur Lithium-Festkörperbatterie – dazu bei, Europa mit den Batterien von morgen zu versorgen: für klimaneutrale, flexible, regenerative Energieversorgung und Mobilität.

 

Ihre Ansprechpartner zu dem Thema

Andreas Flegler

Contact Press / Media

Andreas Flegler

Leiter Verfahrensentwicklung am FZEB

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
Neunerplatz 2
97082 Würzburg

Telefon +49 931 4100-565

Fax +49 931 4100-570

Guinevere Giffin

Contact Press / Media

Dr. Guinevere Giffin

Leiterin Lithium-Ionen-Technologie am FZEB

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
Neunerplatz 2
97082 Würzburg

Telefon +49 931 4100-959

Fax +49 931 4100-570

Weniger CO2 bei der Zementherstellung ECO Zement


Baustoffe werden in großen Mengen benötigt und mit z. T. erheblichem Energieeinsatz und CO2-Freisetzung hergestellt. Besonders die Aufbereitung von Tonmineralien und Kalkstein zu sogenanntem Zementklinker ist energieintensiv und setzt etwa 1000 kg CO2 pro Tonne Zement frei. Alternativ können Hüttensande aus Hochofenschlacken eingesetzt werden, dadurch lässt sich der CO2-Ausstoß auf rund 300 kg pro Tonne senken. Ein Nachteil von Hüttensandzementen ist jedoch bisher das deutlich langsamere Abbindeverhalten, was den Einsatz im Baubereich stark einschränkt. Das Zentrum für Angewandte Analytik des Fraunhofer ISC konnte Wege aufzeigen, wie sich Hüttensande so aufbereiten lassen, dass sie in der gewünschten Zeit abbinden. Neben dem Einsparen von Tonmineralien und Kalkstein aus natürlichen Vorkommen können damit auch Energiebedarf und CO2-Ausstoß bei der Zementherstellung reduziert werden – prima fürs Klima und den Erhalt der Umwelt!

 



Ihre Ansprechpartner zu dem Thema

Alexander Reinholdt

Contact Press / Media

Dr. Alexander Reinholdt

Leiter Zentrum für Angewandte Analytik

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
Neunerplatz 2
97082 Würzburg

Telefon +49 931 4100-260

Fax +49 931 4100-299

Jürgen Meinhardt

Contact Press / Media

Dr. Jürgen Meinhardt

Leiter Cluster Dienstleistungen

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
Neunerplatz 2
97082 Würzburg

Telefon +49 931 4100-202

Fax +49 931 4100-299

Mineralwolle – geprüft und energiesparend


Energiesparen ist das Zauberwort, wenn es um die Senkung der CO2-Emissionen geht. Große Bedeutung kommt hier der energetischen Sanierung von Gebäuden zu. Für die gesundheitliche Unbedenklichkeit von Mineralwolle Dämmstoffen sorgen in der EU Prüfungen nach RAL- und EUCEB-Richtlinien. Das Zentrum für Angewandte Analytik des Fraunhofer ISC trägt als von RAL und EUCEB zugelassenes unabhängiges Prüfinstitut zur Qualitätssicherung bei den energiesparenden anorganischen Dämmstoffen bei.

 

 

 

Ihr Ansprechpartner zu dem Thema

Florian Kettner

Contact Press / Media

Dr. Florian Kettner

Leiter Chemische Analytik

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
Neunerplatz 2
97082 Würzburg

Telefon +49 931 4100-245

»MaNiTU« – effizientere, bleifreie Solarzellen


Solarzellen mit höchsten Wirkungsgraden liefern kostengünstig Strom und verbrauchen dabei weniger Fläche und Ressourcen. Der Wirkungsgrad von Siliziumsolarzellen lässt sich aufgrund von physikalischen Grenzen nicht mehr beliebig steigern. Mit Tandemsolarzellen aus mehreren lichtabsorbierenden Schichten sind dagegen Wirkungsgrade von über 35 % möglich. Im Fraunhofer-Leitprojekt »MaNiTU« entwickeln sechs Fraunhofer-Institute nachhaltige, höchsteffiziente und kostengünstige Tandemsolarzellen auf Basis neuer Absorbermaterialien. Das Fraunhofer ISC ist hier für die nasschemische Materialsynthese und Elektrodenapplikation verantwortlich. Mit den neuen Zellen werden z. B. Elektroautos möglich, die sich über Solarzellen aufladen lassen – gut fürs Klima!

 

 

Ihre Ansprechpartnerin zu dem Thema

Bettina Herbig

Contact Press / Media

Dr. Bettina Herbig

Projektleiterin Partikeltechnologie

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
Neunerplatz 2
97082 Würzburg

Telefon +49 931 4100-403

Fax +49 931 4100-399