BERICHT - FORSCHUNG FÜR DIE ZUKUNFT - Hochschule Bonn ...
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
FORSCHUNG
FÜR DIE
ZUKUNFT
2018
TREE
JAHRES
BERICHT
Inhalt
Vorwort 3
TREE in Zahlen 4
Nachhaltigkeit - Akzeptanz - Technikvermittlung 8
Effiziente Mobilität 10
Energieeffizienz und Erneuerbare Energien 14
Modellbildung und Simulation 18
Nachhaltige Werkstoffe und Materialien 22
Ressourcenschonende Produkte und Prozesse 36
Campus to World 38
2 | Inhalt
Vorwort
Für das Institut war das Jahr 2018 geprägt von neuen Ideen, Kolleg*innen und Projekten. Wir freuen uns sehr,
dass unsere Tätigkeit innerhalb und außerhalb der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg (H-BRS) anerkannt und gewür-
digt wird.
Als Highlights werden sicherlich zwei Ereignisse im Gedächtnis bleiben: Einerseits wurde die H-BRS vom Bund als
„innovative Hochschule“ ausgezeichnet und TREE übernimmt hierbei im Teilprojekt „CitizenLab“ bis Ende 2022
eine tragende Rolle. Das Projekt kümmert sich um die sogenannte „Third Mission“, dem Transfer in Unterneh-
men und Gesellschaft. Dies ist uns aufgrund der Forschung an nachhaltigen Technologien ein besonderes Anlie-
gen. Andererseits wurde unser Forschungsschwerpunkt „Effiziente Transportalternativen“ beim Tag der offenen
Tür des Bundespräsidenten im Garten der Villa Hammerschmidt in Bonn präsentiert. Auch hier zeigte sich, dass
TREE sich um Themen kümmert, die die Menschen im wahrsten Sinne des Wortes „bewegen“.
Die Institutsaktivitäten werden natürlich stark von den handelnden Personen bestimmt. Hier freut es uns beson-
ders, dass unsere kooperative und interdisziplinär ausgerichtete Forschung von jungen, neuen Kolleg*innen als
attraktiv empfunden wird. Zwei von Ihnen, Prof. Dr. Tanja Clees und Prof. Dr. Christian Dresbach, möchten wir
Ihnen hier etwas näher vorstellen. Durch die Berufung von drei Forschungsbereichsleiter*innen
auf Forschungsprofessuren hat unsere Hochschule dem TREE mehr Ressourcen zur Verfügung
gestellt. Dies freut uns und ist uns Verpflichtung zugleich, auch in Zukunft an Innovationen zu
arbeiten, die in der Gesellschaft ankommen.
Prof. Dr. Alexander Asteroth und Prof. Dr. Dirk Reith
Institutsleitung
Vorwort | 3
TREE in Zahlen
Mitglieder des TREE haben im Jahr
Wissenschaftliche Mitarbeiter*innen
2018 an zahlreichen öffentlich geför-
20
derten und drittmittelfinanzierten Pro-
jekten gearbeitet und Ihre Ergebnisse
der wissenschaftlichen Gemeinschaft
24
und der Öffentlichkeit vorgestellt. Pu-
blikationen in wissenschaftlichen Fach-
zeitschriften und diverse Preise für
Vorträge und Veröffentlichungen bele-
Professor*innen
gen die Relevanz und die Qualität der
Forschung im TREE. Vollständige Publi-
kationslisten und Projektbeschreibun-
13
gen finden sich auf der Homepage des
Instituts.
Forschungsprofessuren
4
https://www.h-brs.de/
tree/personen Laufende Drittmittel-Projekte
4 | TREE in Zahlen
32 37
https://www.h-brs.de/
tree/publikationen Masterarbeiten Publikationen
28 4
https://www.h-brs.de/
tree/promotionsprojekte
Doktorand*innen Abgeschlossene
Promotionen
8 41
https://www.h-brs.de/
tree/preise Gewonnene Preise Konferenzbeiträge
TREE in Zahlen | 5
6 | Forschungsbereiche
EINBLICKE IN
UNSERE
FORSCHUNGSBEREICHE
Einblicke 2018 | 7
Nachhaltigkeit - Akzeptanz - Technikvermittlung
Nachhaltigkeit - ein ambitioniertes ihr persönliches Engagement für Nach- Projekt BiKuMedia -
Wort für viele... Im Institut TREE haltigkeit in Forschung und Lehre ver- Biokunststoffe in der Gesellschaft
„gelebter Anspruch und Vision“ deutlichen. Das Leitbild orientiert sich Medien spiegeln Diskurse in der Ge-
sellschaft ausgewogen wider und lie-
Der verantwortungsvolle Umgang mit an der Definition nach Brundtland
fern wichtige Informationen zur
Energie und natürlichen Ressourcen ist (1987), den Sustainable Development Meinungsbildung. „Über die Medien
für nachhaltiges Leben und Wirtschaf- Goals der Vereinten Nationen (2015) bekommt man Hinweise, warum be-
ten unerlässlich. Wissenschaftler*innen, und der Deutschen Nachhaltigkeitsstra- stimmte Technologien in der Gesell-
die im TREE zu technisch-naturwissen- tegie. Anhand des Leitbildes richten sich schaft nicht angenommen werden,
schaftlichen und gesellschaftlichen Fra- Forschung und Lehre im TREE aus. problematisch erscheinen oder andere
gestellungen forschen, wollen dazu Ebenso implementieren die Wissen- besonders gut angenommen werden“,
erklärt Katharina Seuser, Leiterin des
einen Beitrag leisten. Sowohl der For- schaftler*innen die Prinzipien der Nach-
Projektes BiKuMedia. Wissenschaft-
schungsprozess als auch das Ziel - Tech- haltigkeit in ihre Arbeit.
ler*innen bietet das die Möglichkeit,
niklösungen für gesellschaftliche und Probleme und Chancen einer Techno-
ökologische Herausforderungen - wer- „Wir wollen Nachhaltigkeit in unserer logie frühzeitig zu entdecken, zu nut-
den vor dem Hintergrund ihrer sozialen, Forschung und Lehre leben. Sie soll kei- zen und zu kommunizieren. Anfang
ökologischen und wirtschaftlichen Aus- ne Worthülse sein. Jeder versucht, sei- Oktober 2018 startete daher das
wirkungen reflektiert. nen Beitrag in seinem Bereich zu Projekt BiKuMedia (Biokunststoffe im
leisten“, so Katharina Seuser, Leiterin Spiegel der Medien), gefördert vom
Bundesministerium für Ernährung und
Forscher*innen geben sich ein des Forschungsbereiches Nachhaltig-
Landwirtschaft (BMEL), mit dem Ziel,
Leitbild für Nachhaltigkeit keit-Akzeptanz-Technikvermittlung. Das die verschiedenen Meinungen aus den
Die Forscher*innen des TREE wollen mit Leitbild wird von den TREE-Mitgliedern Medien reproduzierbar und standardi-
einem Leitbild, das in einem offenen fortlaufend weiterentwickelt. siert zu analysieren und somit Rück-
Diskussionsprozess entwickelt wurde, schlüsse auf die Akzeptanz in der
Gesellschaft schließen zu können.
8 | Nachhaltigkeit - Akzeptanz - Technikvermittlung
Sichtbarkeit von Nachhaltigkeit Photovoltaik-Anlagen mit Messgeräten
Energie, Mobilität, innovative Werkstof- für Wetter- und Solarleistungsprogno-
fe und Verfahren und Technikakzeptanz sen. Auf diese Weise können Ertrags-
- schon bei der Namensgebung der For- prognosen optimiert werden.
schungsschwerpunkte in TREE sind die
Bezüge zur Nachhaltigkeit sichtbar. Die Der Forschungsbereich „Nachhaltige Prof. Dr. Katharina Seuser
Zusammenarbeit über Fachbereiche und Werkstoffe und Materialien“ forscht Professorin für Journalistik und
Fachdisziplinen hinweg ermöglicht eine unter anderem daran, eine Alternative Medienproduktion
große Themenvielfalt und die Triangula- für den Bausektor zu schaffen, die kon- Leiterin des TREE Forschungsbereichs
tion verschiedener Forschungsansätze. ventionelle Kunststoffe aus fossilen Nachhaltigkeit - Akzeptanz -
Technikvermittlung
Quellen stückweit ersetzen kann. So
https://www.h-brs.de/
So befasst sich der Forschungsbereich könnte in Zukunft aus Pflanzen gewon-
emt/dr-katharina-seuser
„Effiziente Mobilität“ mit effizienten nenes Lignin kunststoffhaltige Dämm-
Transportalternativen (eTa) von der stoffe und Schäume substituieren. drängenden Probleme der Gegenwart
Entwicklung neuer Verfahren zur Nachwachsende Rohstoffe sind eine lösen zu können, muss sich das Prinzip
Strömungsmessung über Modelle für nachhaltige Alternative zu fossilen der Nachhaltigkeit in den Berufsbildern
den Ausbau der Ladeinfrastruktur bis Quellen. der nächsten Generation festigen und
hin zur Akzeptanz von Elektrofahrrä- zum Selbstverständnis reifen.
dern als Teil einer nachhaltigen Indivi- Nachhaltiges Forschen und Lehren Forscher*innen in TREE, die sich zum
dualmobilität. inspirieren sich gegenseitig Ziel gesetzt haben, Nachhaltigkeit in ih-
Gleichbedeutend mit der Forschung ist rem Berufsfeld gezielt zu fördern, ha-
Der Forschungsbereich „Energieeffizienz der Stellenwert der Lehre und des wis- ben entsprechende Studiengänge und
und Erneuerbare Energien“ koppelt senschaftlichen Nachwuchses. Um die Studienangebote entwickelt.
Einblicke 2018 | 9
Effiziente Mobilität
eTa - effiziente sammen, um sich den Herausforderun- räder, die stromlinienförmig verkleidet
Transportalternativen gen der Mobilitätswende zu stellen. sind. Sie können sowohl mit Muskel-
Nachhaltige Mobilität und der Bedarf Unter Leitung von Professor Alexander kraft allein, aber auch in Kombination
an energieeffizienten Fahrzeugen für Asteroth erforschen die Wissenschaft- mit einem Elektromotor angetrieben
den Straßenverkehr beschäftigen Ge- ler*innen interdisziplinär die Effizienz werden. Softwaregestützt arbeitet
sellschaft, Politik und Wissenschaft. Un- von Fahrzeugen und gehen der Frage Asteroths Team daran, dass Zusam-
ter dem Dach des Forschungsinstituts nach alternativen Mobilitätskonzepten menspiel von Muskelkraft und Motor
TREE arbeiten Wissenschaftler*innen und der Akzeptanz von Technologien in sowie Steuerung zu optimieren.
aus Informatik, Ingenieurswissenschaf- der Bevölkerung nach. Das Ministerium Auch der Faktor Mensch spielt zuneh-
ten, Wirtschaftswissenschaften, Natur- für Innovation, Wissenschaft und For- mend eine Rolle. Doktorandin Melanie
wissenschaften sowie Kommunikations- schung des Landes NRW fördert das Ludwig arbeitet an Methoden, die die
expert*innen seit 2017 im Projekt „eTa Vorhaben bis Juni 2021. Herzfrequenz je nach aufgebrachter
- effiziente Transportalternativen“ zu- Kraft beim Fahren vorhersagen können.
Effiziente Fahrzeuge Diese sollen schließlich in eine Trai-
Nicht allein der Antrieb ist ausschlagge- ningsplan-Software integriert werden.
bend für die Effizienz eines Fahrzeuges. Wie man Fahrzeugkarosserien optimie-
Auch die Form und Bauweise sind ent- ren kann, den Luftwiderstand und da-
scheidend. Professor Alexander Aste- mit Energieverluste reduziert, versuchen
roth und seine Arbeitsgruppe gehen die Forscher*innen anders als im Wind-
neue Wege. Sie beschäftigen sich mit kanal bei freier Fahrt unter realen Be-
Fahrzeugen, die von bekannten und dingungen zu messen. Dafür setzen sie
klassischen Konzepten abweichen. autonom fliegende Hexacopter mit Ka-
Velomobile sind dreirädrige Spezialfahr- mera ein. „Indem wir Fahrzeuge
10 | Forschungsbereiche eTaeffizienter machen, können wir den Technik-Akzeptanz hingegen setzen auf die Befragungen
Energieverbrauch und damit die stei- Nachhaltige Forschung muss sich mit von Fokusgruppen, Einzelinterviews
genden Emissionswerte des Individual- gesellschaftlicher Akzeptanz auseinan- und Gruppendiskussionen. Sie untersu-
verkehrs senken“, sagt Asteroth. „Für dersetzen, ist das Forscherteam der eTa- chen unter anderem die Akzeptanz des
ein Umdenken muss es Alternativen zu Arbeitsgruppe „Technik-Akzeptanz“ autonomen Personentransports. Ihre
fossilen Antrieben im Individualverkehr überzeugt. Sie beschäftigten sich mit Arbeit „User Acceptance of Fully Auto-
geben“, betont er. der Frage, ob Menschen überhaupt be- nomous Public Transport“ erhielt den
reit sind, neue Mobilitätskonzepte und Best Paper Award der International
technische Entwicklungen anzunehmen. Conference on e-Business. „Um die
Professorin Katharina Seuser und ihre Akzeptanz gegenüber neuen Technolo-
Mitarbeiter*innen untersuchen die Ak- gien zu steigern, müssen Menschen be-
zeptanz durch die Analyse journalisti- reits bei der Gestaltung dieser
scher Qualitätsmedien. „Über die Technologien beteiligt werden“, beto-
Medien bekommt man Hinweise, nen Bossauer und Pakusch. Ihr Paper
warum bestimmte Technologien in der „Using Time and Space Efficiently in
Gesellschaft nicht angenommen wer- Driverless Cars: Findings of a Co-Design
den, problematisch erscheinen oder an- Study“ zeigt wie Menschen in die Ge-
dere besonders gut angenommen staltung autonomer Fahrzeuge einbe-
werden“, erklärt sie. Aus den Ergebnis- zogen werden können. Das Paper
Melanie Ludwig sen der Medienanalyse lassen sich Kom- wurde auf der weltweit führenden
Doktorandin Informatik munikationsstrategien für vertrauens- Konferenz für Human Computer Inter-
https://www.h-brs.de/ bildende Maßnahmen herleiten. action in Glasgow mit einer Honorable
inf/melanie-ludwig Christina Pakusch und Paul Bossauer Mention ausgezeichnet.
Einblicke 2018 | 11Kooperationspartner terest (POIs). Das sind geeignete Ziel, ihre Forschung der Öffentlichkeit
Mit Projektbeginn fanden sich schnell Standorte für die Platzierung der Lade- zu präsentieren. Nahezu immer zogen
Kooperationspartner aus Politik, For- stationen. Das Ziel ist ein optimales Ras- die Velomobile große Aufmerksamkeit
schung und Wirtschaft. Mit der Stadt ter für die Verteilung von Ladesäulen zu auf sich. Schon beim Museumsmeilen-
Bonn und dem Rhein-Sieg-Kreis teilen definieren, um den Anforderungen für fest im Juni 2018 zeigte sich, dass sie
die Mitarbeiter*innen des Projektes eTa die Zukunft gerecht zu werden. Mit den nicht nur für die Erwachsenen, sondern
das Bestreben, die Region als Wirt- Unternehmen „GKN Driveline“, auch für kleine Gäste große Anzie-
schaftsstandort attraktiv zu gestalten. „akkurad.com“ und „e-bility“ fand das hungsmagneten waren. Professor Klaus
Dazu gehört unter anderen der Ausbau Projekt eTa regionale Partner aus der Lehmann und Melanie Ludwig, verant-
der Ladeinfrastrukturen für elektrisch Wirtschaft. Das Fraunhofer-Institut für wortlich für die Organisation, waren
angetriebene Fahrzeuge. Die Arbeits- Naturwissenschaftlich-Technische gut vorbereitet. Die Doktorandin ge-
gruppe von Professorin Stefanie Trendanalysen (INT) kooperiert mit For- staltete eigens für die eTa-Veranstal-
Meilinger arbeitet mit ihren Kooperati- schungsergebnissen zum Thema Tech- tungsreihe ein kindgerechtes und
onspartnern eng zusammen an der op- nologievorausschau. Das Deutsche verständliches Comic-Heft, das die
timalen Verteilung von Ladesäulen im Museum Bonn lud die eTa-Mitarbei- Forschung der Wissenschaftlerin an-
Bonner Stadtgebiet und im Kreis. Um ter*innen dazu ein, die Besucher*innen schaulich erklärt. „Wir möchten beson-
den Ausbauzielen der Bundesregierung des Bonner Museumsmeilenfestes an ders Kinder frühzeitig für nachhaltige
für Elektromobilität gerecht zu werden, einem Stand mit interessanten Expona- Mobilität begeistern und ich denke,
muss die Zahl der Ladesäulen von 256 ten über ihre Arbeit zu informieren. dass wir beim bei unseren Veranstal-
im Jahr 2016 bis zum Jahr 2020 stetig tungen den Grundstein dafür legen
auf 935 erhöht werden. Um dieses Ziel eTa im Blick der Öffentlichkeit können“, sagt Ludwig.
zu erreichen, ermitteln sie aus aktuellen 2018 nahmen die Projektmitglieder ak-
Verkehrsdaten sogenannte Points of In- tiv an Veranstaltungen teil, mit dem
12 | eTa im Blick der ÖffentlichkeitSchon kurz nach dem Bonner Muse-
umsmeilenfest lud Bundespräsident
Frank-Walter Steinmeier das Forscher-
team der Institutes TREE zum Tag der
offenen Tür auf das Gelände der Villa
Hammerschmidt in Bonn ein. Rund
14.000 Besucher*innen ließen sich die
Gelegenheit nicht entgehen, den zwei-
ten Amtssitz des Staatsoberhauptes und
die Stände verschiedener Wissenschaft-
seinrichtungen anzuschauen. Steinmei-
er und seine Ehefrau Elke Büdenbender
ließen sich trotz hohen Zeitdrucks viel
Zeit beim Gespräch mit Projektleiter
Alexander Asteroth und Hochschulprä- Gelegenheit für ausführliche Besucher- eTa auf dem Tag der offenen Tür
sident Hartmut Ihne. Die eTa-Exponate befragungen. „Wir freuen uns, dass wir der Villa Hammerschmidt
erregten aber nicht nur beim Bundes- das Projekt eTa mit all seinen Facetten Bundepräsident Frank-Walter
präsidenten, sondern auch bei den Be- einem interessierten Publikum vorstellen Steinmeier und seine Frau
sucher*innen und hier besonders bei durften“, sagt Asteroth. Die lokale Pres- Elke Büdenbender am eTa-Stand im
Familien großes Interesse. Es gab viele, se berichtete 2018 regelmäßig sehr po- Gespräch mit Hochschulpräsident
auch kritische Fragen, welche die eTa- sitiv, nicht nur über die Veranstal- Hartmut Ihne und Professor
Alexander Asteroth
Mitglieder gerne beantworteten. Auch tungen, sondern auch über die
die Forscher*innen nutzen ihrerseits die Arbeit der Wissenschaftler.
Einblicke 2018 | 13Energieeffizienz und Erneuerbare Energien
MetPVNet: Forschung für die Meilinger, Professorin für Nachhaltige
Energieversorgung der Zukunft Technologien, das Konsortialprojekt
Energieeffizienz ist nicht nur Bestandteil MetPVNet, das bis Oktober 2020 vom
des Institutsnamens TREE sondern eine Bundesministerium für Wirtschaft und
zentrale Thematik in Forschung und Energie mit insgesamt rund zwei Millio-
Lehre. 2012 gab der deutsche Gesetz- nen Euro gefördert wird. MetPVNet
geber das Ziel vor, bis zum Jahr 2050 steht für die „Entwicklung innovativer
mindestens 80 Prozent des Stromver- satellitengestützter Methoden zur ver-
brauchs aus erneuerbaren Energien zu besserten PV-Ertragsvorhersage auf
decken. Die Erzeugung von Photovol- verschiedenen Zeitskalen für Anwen-
taikstrom unterliegt wetterbedingten dungen auf Verteilnetzebene“ (FKZ: Prof. Dr. Stefanie Meilinger
Schwankungen. Deren genaue Vorher- 0350009A-G, Förderzeitraum: Professorin für nachhaltige
sage ist eine große Herausforderung für 01.11.2017-31.10.2020). Im Rahmen Technologien, insb. erneuerbare
den Betrieb der Stromnetze. Um Net- des Projektes arbeiten verschiedene Energiesysteme, Energieeffizienz
Leiterin des TREE Forschungsbereichs
zengpässe in Übertragungs- und Vertei- Expert*innen aus der Atmosphärenfor-
Energieeffizienz und erneuerbare
lungsnetzen zu verhindern, können schung und den Themenfeldern der Er-
Energien
Übertragungs- und Verteilnetzbetreiber neuerbaren Energien, der Energie- https://www.h-brs.de/
die Stromeinspeisung aus Photovoltaik- wirtschaft und der Energiesystemtech- prof-dr-stefanie-meilinger
anlagen reduzieren, Der Anlagenbetrei- nik zusammen. Ziel ist es wetterbeding-
ber muss darüber allerdings spätestens te Schwankungen in der Produktion Ein Verbundprojekt mit acht Part-
am Vortrag informiert werden. Dies ist und Einspeisung von Photovoltaikstrom nern*innen aus Forschung und
nur mit entsprechenden Vorhersagen besser vorherzusagen und so das Wissenschaft
möglich. Seit Ende 2017 leitet Stefanie Stromnetzmanagement zu verbessern. Im Rahmen des Projektes arbeitet die
14 | Energieeffizienz und Erneuerbare EnergienHochschule Bonn-Rhein-Sieg (Projektlei- wetterbedingter Netzschwankungen nen im Raum Kempten genutzt, um
tung) mit acht weiteren Partner*innen durch Photovoltaikeinspeisung. möglichst flächendeckend Daten zu er-
aus Forschung und Wirtschaft zusam- fassen. „Zurzeit sind zwei Projektmitar-
men. Hierzu gehören die Ludwig-Maxi- Erfolgreiche Messkampagne im beiter*innen der H-BRS mit weiteren
milians-Universität München, die Allgäu Projektpartner*innen für die zweite
Universität Heidelberg, die Fraunhofer- Im Herbst 2018 fand die erste von zwei Sommer-Messkampagne im Allgäu und
Institute für Energiewirtschaft und Ener- großen Messkampagnen im Raum wir sind alle sehr gespannt auf die Er-
giesystemtechnik IEE sowie für Solare Kempten statt. „Das war ein erster be- gebnisse“, sagt Meilinger.
Energiesysteme ISE, das Leibniz Institut deutender Meilenstein und eine gute In einem nächsten Schritt werden die
für Troposphärenforschung, das Deut- Grundlage für die Modellierer*innen. Messdaten nun als Input für Simulatio-
sche Zentrum für Luft und Raumfahrt Die Daten bilden eine wichtige Basis, nen und für die Validierung von Model-
und aus dem Unternehmensverbund mit der sie arbeiten können“, sagt Pro- len genutzt. Wieviel Energie eine
Allgäuer Überlandwerk GmbH die egrid fessorin Stefanie Meilinger, Wissen- Photovoltaikanlage erzeuge, hänge von
applications & consulting GmbH. Als as- schaftlerin des Institutes TREE und vielen Faktoren ab, erklären die Dokto-
soziierter Partner ist die BonnNetz Direktorin des Internationalen Zentrums randin Anna Herman-Czezuch und
GmbH dabei. In fünf Arbeitspaketen für Nachhaltige Entwicklung (IZNE). Aus Masterstudent Rone Yousif, die beide
werden verschiedene Teilziele verfolgt, der ersten Messreihe habe man viel ge- im Projekt mitarbeiten. Dazu zählt ins-
die miteinander verknüpft sind und im lernt und konnte die Zweite optimieren. besondere die Zusammensetzung der
Projekt zusammenlaufen. Jede*r der Neben zwei Mastermessstationen auf Atmosphäre, neben den Wolken auch
Partner*innen hat einen anderen Blick- dem Dach der Hochschule Kempten so- Aerosole, kleine Partikel in der Atmo-
winkel und nutzt andere Methoden. wie in einem südlich gelegenen Photo- sphäre, sowie Spurengase wie CO2 und
Gemeinsames Ziel ist die Entwicklung voltaik-Park haben die Wissenschaftler* Ozon. Rone Yousif beschäftigt sich im
besserer Werkzeuge für die Vorhersage innen zusätzlich ca. 20 kleinere Statio- Rahmen seiner Masterarbeit mit dem
Einblicke 2018 | 15Energie 4.0
Einfluss von Aerosolen und Wolken. Tanja Clees ist neue Professorin im schungsarbeit nun im neu gegründeten
Anna Herman-Czezuch untersucht den Institut TREE Zentrum für Angewandte Forschung
Einfluss der Variabilität des solaren Anfang 2018 wurde das Institut TREE (ZAF) der H-BRS weiterführen.
Spektrums auf den Photovoltaikertrag. im Fachbereich Elektrotechnik, Maschi-
Die Ergebnisse dieser Arbeiten liefern nenbau und Technikjournalismus um ei- Hydrogen-Lab - Forschung für
einen Beitrag zur Entwicklung verbes- ne weitere Professur vergrößert: Power-to-Gas und
serter Vorhersagen. Tanja Clees ist seit Februar Professorin Energie 4.0
MetPVNet sei nur ein erster Schritt in für Ingenieurwissenschaften - und dabei Eine wesentliche Fra-
der Entwicklung und Anwendung von insbesondere für die Ingenieurinforma- gestellung bei der Um-
wetterbedingten PV-Vorhersagen für tik sowie die Modellbildung und Simu- setzung der
ein zukünftiges Stromnetzmanagement. lation. Zuvor war sie am Energiewende ist die
Nicht alle Fragen seien abschließend ge- Fraunhofer-Institut SCAI für die Leitung Speicherung der elek-
klärt und auch nach Ablauf des Projek- des Bereichs „High Performance Analy- trischen Energie, die
tes bedürfe es weiterer Forschung, der tics“ zuständig und unterstützt auch aus erneuerbaren
sich das Expert*innenteam auch in Zu- jetzt noch in einer Nebentätigkeit das Energien gewonnen
kunft widmen wolle. dortige Projekt „MYNTS“ (Multiphysical wurde, für solche Zei-
Bereits seit 2014 betreibt Meilinger ge- Network Simulator). Mittels MYNTS las- ten, in denen Wind
meinsam mit ihren Mitarbeiter*innen sen sich Energienetze für mehrere Ener- und Sonnenlicht nicht
die Energiemeteorologische Messstation gieformen modellieren, planen und ausreichend verfügbar
der H-BRS am Standort Sankt Augustin, simulieren, was einen wichtigen Grund- sind. Eine Möglichkeit
deren Ergebnisse viele Forschungspro- stein für die erfolgreiche Durchführung stellt Power-to-Gas
jekte der Hochschule nutzen. der Energiewende darstellt. Innerhalb (P2G) dar:
Weitere Infos: http://metpvnet.de/ des TREE kann Clees ab 2019 diese For-
16 | Energieeffizienz und Erneuerbare Energiender verfügbare Strom wird über das „Während des gesamten Prozesses wer-
Prinzip der Wasserelektrolyse in Wasser- den im Sinne von BigData & Energie 4.0
stoff (H2) umgewandelt Sensordaten gesammelt. Damit lassen
und könnte so leichter ge- sich diese kleineren Experimente zu-
speichert werden, als es künftig auf gesamte Energienetze ska-
derzeit möglich ist. lieren.“, so Clees.
Im TREE Hydrogen-Lab Spaß an Lehre und Forschung
werden daher physikali- An ihrer Arbeit schätzt Tanja Clees vor
sche wie auch simulati- allem die Abwechslung zwischen ange-
onsgestützte Experimente wandter Forschung und der Lehre. „Die
durchgeführt, um die Lehre im Fachbereich macht mir Spaß -
Energieeffizienz von Me- besonders die Projektwochen. Im Hy-
tallhydridspeichern zu un- drogen-Lab ist eine komplette Abbil- Prof. Dr. Tanja Clees
tersuchen. Auch wird der dung des Wasserstoffkreislaufs möglich Professorin für
gesamte Kreislauf - dies konnte ich zuvor nur mit rein vir- Ingenieurwissenschaften insb.
erforscht: Energieerzeu- tuellen Daten simulieren.“ resümmiert Ingenieurinformatik, Modellbildung
und Simulation, Institut TREE
gung über Solarzellen; Clees ihre bisherigen Erfahrungen als
https://www.h-brs.de/
Umwandlung in Wasser- TREE-Professorin.
emt/tanja-clees
stoff; Erzeugung von
Strom aus dem gespei-
cherten Wasserstoff.
Einblicke 2018 | 17Modellbildung und Simulation
Interdisziplinäre Forschung und Dazu werden eigenständige Methoden- Wasserstoffspeicherung - Von der
Unterstützung aller TREE- entwicklungen vorgenommen, um je- Simulation in die Praxis und wie-
Forschungsbereiche derzeit in der Lage zu sein, aktuelle der zurück: David Dreistadts
Promotionsprojekt
Der Forschungsbereich Modellbildung technische Probleme computergestützt
In Zusammenarbeit mit der Universität
und Simulation unter der Leitung von bearbeiten und lösen zu können. Er-
Hamburg sowie in enger Kooperation
Professor Gerd Steinebach ist Disziplin gebnisse aus den mit Hilfe der Simulati-
mit dem Unternehmen GKN Powder
übergreifend angelegt und unterstützt on durchgeführten Computer- Metallurgy untersucht der studierte
andere TREE-Forschungsgruppen bei experimenten und aus praktischen Ex- Maschinenbauer und Mechatroniker
Aufgaben, die komplexe Berechnungen perimenten stehen gleichberechtigt ne- David Dreistadt seit April 2018 Spei-
erfordern. Daneben werden eigene For- beneinander und erlauben oft nur chermöglichkeiten von Wasserstoff in
schungsprojekte bearbeitet, deren Fo- gemeinsam die Beantwortung komple- Metallhydrid-Speichern für moderne
kus im Bereich der angewandten und xer Fragestellungen. So ergibt sich auf Energieversorgungsnetzwerke. Dabei
numerischen Mathematik liegt. natürliche Weise eine enge Zusammen- ist er bereits auf einem vielverspre-
arbeit zwischen den Disziplinen Mathe- chenden Weg zur Erstellung eines Si-
matik, Informatik, Natur- und mulationsmodells für
pulvermetallbasierte Wasserstoff-
Ingenieurwissenschaften aus unter-
speicher in Power-to-Gas-to-Power
schiedlichen Forschungsbereichen.
Systemen. Seine Software wird
grundlegende Erkenntnisse über die
optimale Auslegung und den Betrieb
von Wasserstoffnetzwerken liefern.
Nach Messungen an realen Systemen
wird der Doktorand Optimierungsan-
sätze definieren.
18 | Modellbildung und SimulationSeminarreihe Modellbildung und Die Seminarreihe kann heute auch als
Simulation mit unseren Kooperati- Geburtsstätte des TREE-Forschungsbe-
onspartnern reiches „Modellbildung und Simulation“
2011 hatten Klaus Wolf vom Fraunho- bezeichnet werden. Alle TREE-Profes-
fer-Institut für Algorithmen und Wis- sor*innen, die in diesem Bereich for-
senschaftliches Rechnen SCAI sowie schen, sind seit den Anfangstagen
Professor Wolfgang Joppich und Profes- aktive Gestalter der Seminarreihe.
Prof. Dr. Gerd Steinebach
sor Dirk Reith (damals noch SCAI) vom
Professor für Mathematik, insb.
Fachbereich EMT die Idee, eine gemein- Simulationskonsortium aus vier mathematische Modellbildung und
same Seminarreihe ins Leben zu rufen, starken Partnern der Region numerische Simulation
mit dem Ziel, Projektergebnisse regel- Die Dr. Reinold Hagen Stiftung stieß im Leiter des TREE Forschungsbereichs
mäßig zu präsentieren und gemeinsam Jahr 2014 dazu. Mitarbeiter und Stu- Modellbildung und Simulation
zu diskutieren. Mit ihrer Idee rannten denten der Stiftung präsentieren ihre https://www.h-brs.de/
sie offene Türen ein und schnell eta- Simulationsarbeiten aus der Kunststoff- emt/prof-dr-gerd-steinebach
blierte sich die Seminarreihe zu Simula- forschung. Seit 2018 gehören auch das
tionsthemen. Insbesondere Bachelor- Institut für Simulations- und Software- Sankt Augustin, des Fraunhofer SCAI
und Masterstudierende des Fachbe- technik des Deutschen Zentrums für am Schloss Birlinghoven und des DLR in
reichs, die am SCAI ihr Praxissemester Luft- und Raumfahrt (DLR) zu den Part- Köln-Wahn statt. Externe Redner*innen
absolvierten oder ihre Abschlussarbei- nern und bereichern das Seminar mit werden sehr gerne gehört. Der Leiter
ten schrieben, fanden Gelegenheit, ihre Themen zur Raumfahrt und zur Aerody- des Forschungsbereiches Professor Gerd
Ergebnisse einem größeren Publikum zu namik. Die Seminare finden wechselnd Steinebach beantwortet gerne Fragen
präsentieren. an den Standorten der Hochschule in bei Interesse an der Seminarreihe.
Einblicke 2018 | 1920 | Forschung und Lehre
FORSCHUNG UND
LEHRE AUF
ZUKUNFTSKURS
Auf Zukunftskurs | 21Nachhaltige Werkstoffe und Materialien
Steffen Witzleben erhält Neue Großgeräte für die reitung, ein Feldemissions-Elektronen-
Forschungsprofessur Forschung mikroskop mit Computertomografie-
Seit dem 20. November ist Steffen Seit Ende des Jahres stehen drei neue System zur Erfassung von Oberflächen-
Witzleben, Professor für Anorganische Geräte in den Forschungslaboren am strukturen im Nanometerbereich und
und Analytische Chemie, Forschungs- Campus Rheinbach: ein Cross-Section ein X-Ray Microtomograph zur Ermitt-
professor an der Hochschule Bonn- Polisher zur optimierten Probenvorbe- lung innerer Materialstrukturen.
Rhein-Sieg. Durch diese besondere
Wertschätzung seiner bisherigen For-
schungsaktivitäten kann Witzleben sei-
ne derzeitige Arbeit im Projekt
„Hybrid-KEM“ intensivieren. Ziel des
Projektes ist ein neues Knochenersatz-
material zu entwickeln, das in seiner
Zusammensetzung dem natürlichen Ge-
webe nachempfunden ist und den Me-
tabolismus (ggf. Stoffwechsel) positiv
beeinflusst. Gefördert mit einer halben
Million Euro vom Bundesministerium für
Bildung und Forschung (BMBF) für vier
Jahre und drei neuen Großgeräten,
freut sich Witzleben über die Mittel, die
seiner Forschung zur Verfügung stehen.
22 | Nachhaltige MaterialienDie neuen Geräte ermöglichen dabei schung (ISF), als auch
deutlich höhere und bessere Auflösun- Nachwuchswissenschaft-
gen gegenüber den bisherigen Geräten. ler*innen und kooperie-
„Es bestand schon seit längerer Zeit der rende Unternehmen von
Wunsch und der Bedarf, neue Geräte Forschungsprojekten
anzuschaffen.“ teilte Witzleben mit, der profitieren durch die
die Geräte in seinen Forschungsprojek- Geräte. Die Geräte eröff-
ten nutzt. „Die hochauflösende elektro- nen neue Wege der
nenmikroskopische Analyseplattform Kooperation zwischen den
mit integrierter Computertomografie Forschungsinstituten der
unterstützt nicht nur sehr erfolgreich Hochschule und Unternehmen der nung, Detektionstechnologien und
die laufenden Forschungsarbeiten, son- Region. Witzleben teilt diese Sichtweise: Sicherheitsforschung.
dern stellt vielmehr eine strategische In- „Eine Vielzahl von laufenden Projekten
vestition zur Weiterentwicklung wird von den innovativen analytischen
mehrerer Forschungsschwerpunkte der Technologien dieses elektronenmikro- Prof. Dr. Steffen Witzleben
H-BRS dar“. Die Geräte wurden im Rah- skopischen Systems profitieren“. Professor für Chemie, insb.
men der Fördermaßnahme FHInvest Anorganische und Analytische Chemie,
vom BMBF finanziert. Die Investition trägt auf diese Weise Forschungsprofessur,
nicht nur der Forschung und Leiter des TREE Forschungsbereichs
Investition fördert Kooperationen Forschungskooperationen bei, sondern Nachhaltige Werkstoffe und
mit Unternehmen ebenfalls der strategischen Weiterent- Materialien
Sowohl Professor*innen im Institut wicklung der Forschungsschwerpunkte https://www.h-brs.de/
TREE, im Institut für Sicherheitsfor- Materialforschung, Ressourcenscho- anna/prof-dr-steffen-witzleben
Auf Zukunftskurs | 23Ressourcen der Zukunft - Nachwachsende Rohstoffe
Lignin mit neuem Ansatz Biomasse aus Hölzern bzw. Gräsern be- sucht Lignin als Kunststoff-Additiv. Xu-
entschlüsseln steht hauptsächlich aus Lignin und Cel- an-Tung Do und Rene Burger forschen
Etwa 95 Prozent aller Kunststoffe wer- lulose. Lignin, der „Klebstoff“ dieser an der Entwicklung einer chemometri-
den aus Erdöl, Erdgas bzw. Kohle her- Biomassen, könnte auf Grund seiner schen Methode zur Lignin-Analyse und
gestellt. Um diese fossilen Ressourcen Struktur als nachwachsender Rohstoff zukünftigen Qualitätskontrolle. Zudem
durch nachwachsende Rohstoffe (Grä- erdölbasierte Bestandteile in der Kunst- evaluieren sie gemeinsam mit einem In-
ser, Hölzer, Abfälle) substituieren zu stoffindustrie ersetzen. dustrie-Partner das Potential eines neu
können, forscht Professorin Margit installierten NMR-Benchtopgerätes für
Schulze an neuen Materialien im Projekt Erst mit der strukturellen Aufklärung die quantitative Analyse von Biopoly-
„Biobasierte Produkte“. Kerngedanke ist verschiedener Lignine mittels moderner meren. Diese neuen Tischgeräte sind
es, nachwachsende Rohstoffe stofflich analytischer Methoden (u.a. Kernreso- mit einem Permanentmagneten ausge-
zu verwerten. „Wir arbeiten an der Her- nanzspektroskopie, NMR), sind Rück- rüstet und benötigen, im Gegensatz zu
stellung neuer Polymere und Verbund- schlüsse auf deren Eigenschaften und großen NMR-Geräten, keine Kühlung -
werkstoffe. Dazu nutzen wir Biomassen Verwertung für unterschiedliche An- ein großer Vorteil gegenüber den ho-
wie Gräser oder Abfall, die weder in der wendungsbereiche möglich. Im Team hen Betriebskosten konventioneller
Lebensmittel- noch Futterindustrie ver- von Professorin Schulze untersuchen NMR-Geräte. Das Benchtop-NMR wird
wendet werden können“, so Schulze. Doktorand*innen verschiedenste in Forschung und Lehre eingesetzt und
Der steigende Bedarf an Kunststoffen Aspekte: Stephanie Klein forscht an Li- fördert so die kooperative Zusammen-
bei gleichzeitig schwindenden fossilen gnin-basierten Materialien für Oberflä- arbeit Studierender aller Semester mit
Ressourcen, lässt nachwachsende Roh- chenversiegelungen und Lacke, Jessica Doktorand*innen und internationalen
stoffe immer wichtiger für die chemi- Rumpf arbeitet an Lignin als Bindemittel Stipendiat*innen im Labor.
sche Industrie werden. in Verpackungsmaterialien wie Papier
und Karton, Abla Alzagameem unter-
24 | Nachhaltige Werkstoffe und MaterialienForschungsprofessur für warb die Doktorwürde. Der
Margit Schulze Titel seiner Dissertations-
schrift ist: „Einfluss von
Am 18. Juli wurde Margit Schulze zur Miscanthus-Genotyp und
Forschungsprofessorin an der Hoch- Erntezeit auf Gehalt und
schule Bonn-Rhein-Sieg ernannt. Damit Struktur von Lignin aus Or-
hat sie mehr Zeit für ihre Forschung. ganosolv-Verfahren“. Im For-
Schulze sieht dies als Chance, ihre Lehre schungsteam von Schulze
zu verbessern: „Interessante, aktuelle untersuchte er, ob Genotyp
Lehre wird inspiriert durch Forschung.“ und Erntezeit einen Einfluss
Den wissenschaftlichen Nachwuchs zu auf Ligninstruktur und
fördern - möglichst vom ersten Semes- -gehalt von Miscanthus-Grä-
ter an - und idealerweise in einer inter- sern haben. Mit seiner Doktorarbeit Die Miscanthus Pflanze
national zusammengesetzten Gruppe, hat Bergs wichtige neue Ergebnisse Symbol für die erfolgreiche Forschung
der Arbeitsgruppe „Nachhaltige
ist Schulze ein zentrales Anliegen. So für die Ligningforschung erzielt. Zu
Materialien“
waren in 2018 zwei Stipendiatinnen aus promovieren kann er nur weiteremp-
Jordanien bzw. den USA (finanziert fehlen: „Mir hat die Promotion große Kontakt:
über das DAAD-RISE-Programm) zu Freude gemacht, gerade auch die Prof. Dr. Margit Schulze
Gast in der Arbeitsgruppe. Leute, mit denen ich zusammengear- Professorin für Industrielle Organische
beitet habe: Margrit Schulze, mein Dok- Chemie und Polymerchemie
Michel Bergs: Magna cum Laude torvater Ralf Pude. Ich habe immer Forschungsprofessur, Insitut TREE
Am 20. Dezember schloss Michel Bergs Rückmeldung bekommen, wenn ich sie https://www.h-brs.de/
erfolgreich seine Dissertation ab und er- brauchte.“ anna/prof-dr-margit-schulze
Auf Zukunftskurs | 25Christian Dresbach - Neuer Profes- me“ des Instituts für Werkstoff-For- Expertise verstärkt Dresbach die For-
sor bei TREE schung. Seit Februar 2018 ist er wieder schungsbereiche „Modellbildung und
an der HBRS - diesmal als Professor. Der Simulation“ sowie „Nachhaltige Mate-
Seit Ende 2018 verstärkt Christian Dres- Schritt weiter in der Forschung aktiv zu rialien“. Letzterem kamen seine prakti-
bach das Institut TREE als Professor für bleiben, führt ihn nun zum TREE: „Ich schen Forschungserfahrungen im
Materialwissenschaften, insbesondere habe sowohl bei Fraunhofer als auch Fraunhofer-Institut zu Werkstoffcharak-
Struktur- und Funktionswerkstoffe so- am DLR gerne geforscht und möchte terisierung kleiner Dimensionen bereits
wie Simulation. Einigen der alteingeses- mich jetzt an der H-BRS auch weiter in zugute.
senen Professor*innen dürfte der Name der Forschung engagieren. Da passte
Dresbach noch in guter Erinnerung sein, TREE für mich am besten.“ Im Wesentlichen beschäftigt sich Dres-
da er bereits 2004 mit Bestnote sein bach mit Lösungen zu der Frage, wie
Studium als Diplomingenieur für Werk- Expertise in Werkstoffcharakteri- man knappe Ressourcen möglichst effi-
stofftechik an der HBRS abschloss. Im sierung kleiner Dimensionen er- zient und gleichzeitig nachhaltig nutzen
Anschluss daran forschte er am Fraun- weitert Forschungsteam kann. Ziel ist im Allgemeinen ein gerin-
hofer-Institut für Werkstoffmechanik Dresbachs Spezialisierung im Feld gerer Energieverbrauch. Dies erfolgt
(IWM) an Komponenten der Mikroelek- „Werkstoffmechanische Bewertung“ entweder durch bessere Energieeffizi-
tronik und Mikrosystemtechnik, wäh- umfasst zwei wesentliche Aufgaben: enz - wie zum Beispiel mit leichteren
rend er zeitgleich an der Die Ermittlung von mechanischen Ei- Bauteilen - oder indem eine höhere
Martin-Luther-Universität promovierte. genschaften von Werkstoffen und die Leistung aus dem System erzielt wird.
Ab 2010 arbeitete Dresbach beim Deut- Vorhersage über das Verhalten von
schen Zentrum für Luft- und Raumfahrt Bauteilen durch Simulationen. Mit sei- Wird von einem Bauteil Material weg-
(DLR) in der Abteilung „Metallische ner langjährigen praktischen For- genommen, um Ressourcen und Ener-
Strukturen und hybride Werkstoffsyste- schungserfahrung und fachlichen gie zu schonen, muss es trotzdem
26 | Nachhaltige Werkstoffe und MaterialienProf. Dr. Christian Dresbach
Professor für Materialwissenschaften
dieselben Belastungen wie zuvor aus- mulationen beschreiben können. Im insb. Struktur- und
halten. Dresbach ermittelt unter ande- Speziellen interessiert mich hier die me- Funktionswerkstoffe sowie Simulation,
rem die maximale Belastungsgrenze für chanische Charakterisierung in kleinen Institut TREE
ein Bauteil und trifft Vorhersagen, wie Dimensionen, wo es keine Standardan- https://www.h-brs.de/
dünn ein Bauteil minimal sein darf, da- wendungen gibt.“ anna/christian-dresbach
mit es den Belastungen dauerhaft
standhält. „Im Prinzip ist es entschei-
dend, dass das System und das entwi-
ckelte Material nachhaltig sind.“, so
Dresbach.
Zukunftsperspektive Forschen
Zu seinen Zukunftsplänen bei TREE äu-
ßerte Dresbach: „Ich möchte zum einen
im Bereich Zuverlässigkeit und Lebens-
dauervorhersage von Bauteilen weiter
forschen, damit wir belastbarere und
langlebigere Bauteile erhalten. Dazu ha-
be ich einige Theorien entwickelt, die
ich gerne weiterentwickeln möchte.
Und zum anderen möchte ich moderne
Werkstoffe charakterisieren, sodass wir
deren Verhalten in Bauteilen mittels Si-
Auf Zukunftskurs | 27Ist Plastik so schlecht wie sein Ruf?
Ein Statement von Dr. Johannes M.Sc. „Materials Sciences and Sustaina- Vorweg:
Steinhaus, Geschäftsführer des bility Methods“ sowie B. Eng. „Nach- Kunststoffe sind eine Werkstoffklasse,
TREE haltige Ingenieurwissenschaften“ ist, die aus unserem industrialisierten Leben
Seit geraumer Zeit setzen wir uns inten- den Studierenden zu vermitteln, dass weder wegzudenken noch wegzudis-
siv mit der nachhaltigen aber auch in- nicht alles technisch Machbare auch kutieren sind. Sie ermöglichen Anwen-
novativen Erzeugung und Verwendung nachhaltig und sinnvoll für die Gesell- dung in der Mobilität (Luft- und
von Kunststoffen auseinander. schaft und die Umwelt ist. Genauso ist Raumfahrt, Fahrzeugtechnik, etc.), dem
das im Falle der Kunststoffentwicklung, Leichtbau, in der Architektur und Bau-
Ein wesentlicher Grundgedanke unserer -herstellung, -verarbeitung und -an- wirtschaft, dem Maschinenbau, der
Ausbildung in den Studiengängen wendung. Unterhaltungselektronik und fast allen
Bereichen der produzierenden Industrie,
in denen wir ohne den innovativen Ein-
satz von Kunststoffen auf einem tech-
nischen Stand von vor ca. 100-150
Jahren wären.
Aber wie so oft, wenn der Mensch
forscht und entwickelt ohne nachhaltig
zu agieren, sind viele Produktinnovatio-
nen zu kurzfristig gedacht. So fehlte in
der Vergangenheit in den Forschungs-
und Entwicklungsabteilungen gewinn-
orientierter Unternehmen dieser Welt
28 | Nachhaltige Werkstoffe und Materialiender Sinn für umweltgerechtes, nachhal- in Form strengerer Umweltgesetze, gen Dichte (ca. 0,9-1,5 kg/l) und guten
tiges Entwickeln von Produkten. Dem Schadstoffgrenzwerte, Recyclingquoten Festigkeiten. Zudem sind sie vergleichs-
technischen Nutzen und der Kosteneffi- etc. Kurz: Immer wenn die Politik ein- weise leicht und günstig zu verarbeiten,
zienz wurde stets ein wesentlich höhe- greift und sich mal nicht zu sehr von in- da sie die niedrigsten Verarbeitung-
rer Stellenwert eingeräumt. dustrienahen Lobbyist*innen stemperaturen aller Materialklassen be-
beeinflussen hat lassen. Unternehmen sitzen (ca. 160 - 350 °C).
In den letzten 10 Jahren erkennen wir schauen auf Umsatz- und Gewinnstei-
zumindest in Europa einen deutlichen gerungen und die wenigsten (insb. AGs) In Summe ergeben sich daraus
Trend zu nachhaltigerem und umwelt- fühlen sich nennenswert der Gesell- folgende Vorteile:
bewussteren Entwickeln (dieses Be- schaft, bzw. der Umwelt verpflichtet, 1. Sehr günstige Einzelteilkosten (häu-
wusstsein versuchen wir bereits in den wenn es sich nicht gerade gut verkau- fig nur wenige Cents)
Köpfen unserer Studierenden zu stär- fen lässt. Sie müssen also gezwungen 2. Geringes Bauteilgewicht und damit
ken). Doch gerade in kapitalgetriebenen werden! auch geringe Transportkosten
Unternehmen, die in einem harten 3. Vergleichsweise einfache Herstellung
Wett- und vor allem Preiskampf stehen Basierend auf diesem Hintergrund las- aus Erdöl.
mit aufstrebenden Industrienationen, sen sich meines Erachtens die bisherige Auch wenn Erdöl eine endliche Res-
wie China, Indien, etc. kommen Nach- Entwicklung und der Einsatz von Kunst- source ist, so ist der prozentuale Anteil,
haltigkeits- und Umweltaspekte in der stoffprodukten einordnen. Kunststoffe der in die Kunststoffproduktion geht
Regel zu kurz. Die effektivsten Verbes- sind eine äußerst günstige Materialklas- mit anteilig ca. 14 Prozent gering. Der
serungen in der Nachhaltigkeit und se (ca. 1-10 EUR pro kg, da Kosten für Rest wird verbrannt bzw. zu Treib- und
Umweltverträglichkeit sind unser Beob- Folgeschäden, Abbau fossiler Rohstoffe, Schmierstoffen etc. verarbeitet. Zieht
achtungen nach fast immer ein Resultat CO2 Bilanz, etc. nicht berücksichtigt man nun in Betracht, dass alleine aus
neuer politischer Rahmenbedingungen werden) bei einer vergleichsweise gerin- Kostengründen viel zu wenig
Auf Zukunftskurs | 29Kunststoff recycelt wird und zudem die Flüsse schließlich ins Meer gespült.
mittlerweile pflanzliche Quellen für die Gerade bei sehr flachen und häufig
Kunststoffproduktion zur Verfügung durch Monsun überfluteten Ländern,
stehen, so wird es im Falle von Kunst- wie Kambodscha und Bangladesch, in
stoffen wohl nicht so schnell zu einer denen der Plastikmüll meistens in der
Rohstoffverknappung kommen. Landschaft landet, tritt dieses Problem
auf. (Info: von etwa 300 Mio. Tonnen
Nachteile, denen in der Vergan- Kunststoffen, die weltweit jährlich pro-
genheit leider viel zu wenig Auf- duziert werden, gehen 100 Mio.
merksamkeit geschenkt wurde: Tonnen in die Produktion von Verpa-
Viele Kunststoffe (sowohl synthetische ckungen. Man schätzt, dass wiederum
als auch biobasierte) bauen sich in der bis zu 10 Prozent davon jährlich im
Natur in der Regel schlecht bis kaum Meer und sogar in unseren Böden lan-
ab. Da Kunststoffverpackungen aller- den.) Einmal ins Meer gelangt, zerbricht
dings extrem günstig sind und deren der Kunststoffmüll unter Sonnenein-
auffälliger, verkaufsfördernder Formge- strahlung sowie Kontakt zu (Salz-)Was-
bung kaum Grenzen gesetzt sind, wird ser in immer kleinere Partikel und wird
immer mehr und unnötig verpackt. Die von Meereslebewesen verzehrt. Da der
meisten Verpackungskunststoffe sind Kunststoff i.d.R. nicht verstoffwechselt
leichter als Wasser. Viele Verpackungen werden kann, verhungern die Tiere, die mentieren Teile des Kunststoffmülls, die
(Flaschen, Behälter etc.) haben Luft in zu viel Kunststoff verzehren. Leider gibt schwerer sind als Wasser, auf den Mee-
sich und schwimmen daher auch. Müll, es in manchen Regionen der Welt schon resgrund. Aber auch große Kunststoff-
der in der Landschaft landet, wird über mehr Mikroplastik als Krill. Zudem sedi- behälter
30 | Nachhaltige Werkstoffe und Materialienzen und verenden. Kunststoffe beinhal- Blätter, Naturfasern, etc. Diese sind in
ten häufig Additive und Restchemi- der Regel biologisch abbaubar, wenn
kalien, die über eine längere Zeit aus ih- sie nicht aufwendig farbig bedruckt
nen herausgelöst werden können und oder sogar mit Kunststoff beschichtet
dem Organismus, der sie an Stelle von sind. Bei Wegwerfverpackungen, die
Nahrung aufnimmt, schaden kann. häufig unsachgemäß entsorgt werden,
ist der Einsatz sicher sinnvoll. Allerdings
Zudem neigen Mikroplastik-Partikel in sind sie nicht durchsichtig und geben
Gewässern dazu, chemisch ähnliche dadurch nicht den Blick auf das ver-
Giftstoffe wie PAK (Polyzyklische Aro- packte Produkt frei. Zudem sind sie
matische Kohlenwasserstoffe) an sich zu empfindlich gegen Feuchtigkeit und
binden. Auf die Weise wird das Wasser entsprechen häufig nicht den hohen
zwar gereinigt, die Meeresbewohner, Anforderungen bezüglich Festigkeit,
die Mikroplastik mit Nahrung verwech- Dichtheit bzw. Permeabilität der Verpa-
seln allerdings zusätzlich geschädigt. ckungsindustrie.
Am Ende landet diese Umweltver-
schmutzung dann wieder konzentriert Aktueller Stand der Forschung im
im Speisefisch auf unseren Tellern. Hinblick auf Abbaubarkeit oder
Optimierung von Kunststoff
werden von größeren Meeresbewoh- Wie lassen sich Kunststoffe durch Beides gibt es schon seit langem! Es
nern mit Nahrung verwechselt und füh- andere Stoffklassen substituieren? verkauft sich allerdings schlechter an
ren nicht selten zum Tod. Ebenso Durch Papier, Pappe und andere natür- den Verpacker, weil erhöhter Aufwand
verfangen sich Tiere in alten Fischernet- liche Materialien, wie Holz, getrocknete in der Herstellung sowie schlechtere
Auf Zukunftskurs | 31Schutzeigenschaften die Verpackung mer beliebter wird. Doch auch hier ist
verteuert. Wenn also ein Kilogramm die Triebfeder der gesellschaftliche oder
Verpackungskunststoff dann zum politische Zwang.
Beispiel 1,40 EUR statt 1,20 EUR kostet
(bei einem typischen Verpackungsge- Grundsätzlich gilt aber bei Kunst-
wicht zwischen 10-50 g macht das stoffverpackungen:
einen Preisunterschied für die Verpa- Wenn sie ordnungsgemäß wiederver-
ckung von max. 1 Cent aus), dann geht wendet oder entsorgt, sortiert und re-
dieser 1 Cent vom Profit ab. cycelt werden, müssen sie nicht
unbedingt abbaubar sein. Auch das
Bei Millionen verpackten Einheiten Verbrennen von Kunststoffmüll anstelle
kommt dann häufig eine hohe Summe von frischem Rohöl muss nicht zwin-
zusammen, für die viele Unternehmen gend schlecht sein, vorausgesetzt es Dr. Johannes Steinhaus
die Umweltaspekte gerne außer Acht wird konsequent vorgegangen. Leider Geschäftsführer Institut TREE
lassen. Gleiches gilt häufig für recycelte agieren weder die Verpackungsunter- Koordination und Lehrkraft für
besondere Aufgaben, M.Sc. Materials
Verpackungskunststoffe. Auch sie sind nehmen noch wir Konsumenten beson-
Science and Sustainabilty Methods
häufig etwas teurer bzw. erreichen ders gut darin. Geht man davon aus,
Kompetenzplattform Polymere
nicht ganz die guten Eigenschaften der dass wir Menschen schlicht nicht in der Materialien
originären Ware. Es ist allerdings ein Lage sind, den gesamten (nicht nur https://www.h-brs.de/
Trend zu beobachten, dass nachhaltige 90 Prozent) Müll zu entsorgen, ist es anna/johannes-steinhaus
Verpackungslösungen nicht zuletzt auf- unerlässlich anzustreben, ausschließlich
grund erhöhter Aufmerksamkeit in der biologisch abbaubare Verpackungen zu
Öffentlichkeit auch bei der Industrie im- produzieren.
32 | Nachhaltige Werkstoffe und MaterialienLösungsansätze: industrie und die Hälfte aller Industrie- nungsgemäß entsorgt wird. Hierzu
1. Nicht nachhaltige Verpackungslösun- verbände Sturm laufen werden und den zählen übrigens auch Zigarettenstum-
gen hart besteuern (z.B. 1 Cent pro Untergang des Abendlandes heraufzie- mel.
Gramm); sobald ein ökonomischer Nut- hen sehen, da das ja schlicht unbezahl-
zen besteht, nachhaltig zu Verpacken bar wäre. Und die Umwelt und die 3. Die Forschung an nachhaltigen Ver-
und Müll - insb. schlecht biologisch ab- Weltmeere haben halt leider nicht so packungslösungen sollte gestärkt und
baubarer Müll - zu vermeiden, werden eine einflussreiche Lobby... der Transfer in die kunststoffproduzie-
Unternehmen es umsetzen und z.B. un- rende und -verarbeitende Industrie über
nötige bzw. unsinnige Verpackungen 2. Es müssen langangelegte Verbrau- den Zwang seitens der Politik gefördert
weglassen. Ein Gegenargument, wel- cher-Kampagnen gestartet werden, die werden, die nachhaltigeren Technolo-
ches die Unternehmen immer gerne an- die öffentliche Wahrnehmung der gien auch tatsächlich einzusetzen.
führen ist, dass es an anderen Orten auf Kunststoffmüllproblematik
der Welt keine Besteuerung gäbe, und (insbesondere in den Weltmeeren)
es dadurch einen Wettbewerbsnachteil grundlegend verändern. Mit dem Ziel,
gäbe. Von daher wäre eine Europäische die Konsument*innen nicht nur hin-
Lösung wünschenswert, so dass die Be- sichtlich ihres Kaufverhaltens zu sensibi-
steuerung immerhin auf alle in der EU lisieren, sondern auch was das
abgesetzten, verpackten Waren erho- ordnungsgemäße Entsorgen absolut
ben würde. JEDES einzelnen gebrauchten Verpa-
ckungsproduktes angeht. Notfalls muss
Es wäre bei einem solchen Lösungsan- das so weit gehen, dass auch der acht-
satz allerdings zu erwarten, dass die lose in der Landschaft hinterlassene
Verpackungslobby, die Lebensmittel- Müll Anderer eingesammelt und ord-
Auf Zukunftskurs | 3334 | Innovationsoffensive
INNOVATIONS-
OFFENSIVE
Innovationsoffensive | 35Ressourcenschonende Produkte und Prozesse
ROFEE - Elektroroller mit dem sen sich Bauteile mit hohem Im Projekt ROFEE - „Ressourcenopti-
3-D-Drucker nachhaltiger Individualisierungsgrad oder mit kom- mierte Fahrzeugteile für die Elektromo-
gestalten plizierten Geometrien herstellen. Doch bilität durch den Einsatz generativer
3-D-Drucker gewinnen in der Industrie lässt sich die Herstellung von Bauteilen Fertigung“ - unter Leitung von Welf
zunehmend an Bedeutung. Durch addi- mit 3-D-Druckern in Hinblick zur Wawers, Professor für Konstruktion,
tive Verfahren wie dem 3-D-Druck las- Nachhaltigkeit noch optimieren? CAD und Bionik im Maschinenbau,
wird der Herstellungsprozess und die
Bauteilgeometrie von Bauteilen eines
Elektrorollers hinsichtlich einer verbes-
serten Ressourceneffizienz untersucht.
„Die konventionelle Fertigung ist
grundsätzlich ein Kompromiss aus den
Bauteilanforderungen und der Herstell-
barkeit. Die nahezu unbegrenzte Geo-
metriefreiheit der additiven Fertigung
verschiebt diese Balance zugunsten an-
forderungsoptimierter Bauteile.“, erklärt
Wawers. Durch den Einsatz additiver
Fertigung, 3-D-Druck im Laserschmelz-
Verfahren (SLM-Verfahren), sollen der
ROFEE Projektteam Herstellungsprozess und die Bauteil-
V.l.n.r: Thomas Hilger (Lightway GmbH), Christhoph Thurn (H-BRS-Student),
Prof. Dr. Olaf Bruch, Prof. Dr. Welf Wawers, Gereon Stotz (H-BRS-Student im geometrien optimiert werden, sodass
Praxissemester bei e-bility), Jannic Oschwald (e-bility GmbH) auf den gesamten Produktlebenszyklus
36 | Ressourcenschonende Produkte und ProzesseRessourcen und Energie in hohem Ma- Industrie- & praxisnah:
ße eingespart werden. Zudem soll die Kooperationen fördern Forschung
technische Güte der Bauteile verbessert, Kooperationen zwischen Unternehmen
Montagezeit reduziert und somit die und Hochschule sind für beide Seiten
Wirtschaftlichkeit aller beteiligten klei- von Vorteil, da sie praxisnahe und an-
nerer und mittlerer Unternehmen wendungsorientierte Forschung bein-
(KMU) gesteigert werden. haltet. Zusammen mit den Unter-
nehmen e-bility GmbH, ein in Remagen
Die im Projekt entwickelten Baugrup- ansässiger Hersteller von Elektrorollern,
pen sollen als Vorbild für weitere Pro- und der Firma LIGHTWAY GmbH & Co.
jekte dienen, um auch dort Ressourcen KG, Ansprechpartner für Additive Ferti-
einsparen zu können. Grundlage der gung von Metallteilen in Niederzissen, Prof. Dr. Welf Wawers
neu zu gestaltenden Bauteilgeometrien wird an der Ressourcen- und Energie- Professor für Grundlagen des
Maschinenbaus, Konstruktionstechnik,
sind in der Natur vorkommende biologi- einsparung von Elektrorollern geforscht,
CAD und Bionik
sche Strukturen, die durch den Einsatz die über einen besseren Herstellungs-
Leiter des TREE Forschungsbereichs
von Methoden der Simulation und ma- prozess sowie optimierte Bauteilgeome-
Ressourcenschonende Produkte und
thematischer Optimierung an die An- trie erfolgt. So erhalten Wawers und Prozesse
forderungen des Elektrorollers sein Forschungsteam durch die Zusam- https://www.h-brs.de/
angepasst werden. Das Projekt reiht menarbeit zum Beispiel Zugang zu den emt/prof-dr-welf-wawers
sich in weitere TREE-Forschungsaktivitä- technologischen Kompetenzen und Ein-
ten zu den Themen ressourcenoptimier- richtungen der Projektpartner. „Die an- Wawers. Gefördert wird das Projekt
te Produkte und Prozesse sowie nach- wendungsorientierte Forschung öffnet von der Deutschen Bundestiftung Um-
haltigere und effiziente Mobilität ein. die Laborgrenzen der Hochschulen“, so welt (DBU).
Innovationsoffensive | 37Sie können auch lesen
