FORSCHUNGSPROGRAMM 2019 2021 - BAM
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FORSCHUNGSPROGRAMM
2019 — 2021
Bundesanstalt für Materialforschung
und -prüfung (BAM)
Unter den Eichen 87
12205 Berlin
info@bam.de
+49 30 8104-0
www.bam.de
Die BAM ist eine wissenschaftlich-technische
Bundesoberbehörde im Geschäftsbereich des
Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie.
2 Forschungsprogramm (2019 — 2021)
INHALTSVERZEICHNIS
1. Einleitung 5
2. Auftrag der BAM 6
3. Forschung für Sicherheit in Technik und Chemie 9
3.1 Themenfeld Energie 10
Erneuerbare Energien 10
Energiespeicherung 11
Thermische Kraftwerke 11
Kerntechnische Entsorgung 13
3.2 Themenfeld Infrastruktur 14
Sicherheit und Lebensdauer von Bauwerken 14
Sicherheit von Industrieanlagen und Verkehrswegen 15
Transport und Lagerung von Gefahrstoffen und –gütern 16
Fire Science 17
Security 17
3.3 Themenfeld Umwelt 18
Umweltverhalten von Materialien und Produkten 18
Umweltschadstoffe 19
Ressourcenrückgewinnung und Materialverwertung 21
3.4 Themenfeld Material 22
Life Cycle von Komponenten 22
Degradation von Werkstoffen und Materialien 24
Materialien und Stoffe 26
Nanoskalige Materialien und deren Eigenschaften 29
3.5 Themenfeld Analytical Sciences 30
Spurenanalytik und chemische Zusammensetzung 30
Oberflächen- und Grenzflächenanalytik 31
Zerstörungsfreie Prüfung und Spektroskopie 32
Strukturanalytik und Materialographie 34
Sensorik 34
Qualitätssicherung 36
4. Forschungsinfrastruktur 37
4.1 Qualität der Forschung 37
4.2 Zentrale Forschungsförderungsprogramme 37
Themenfeldprojekte 38
Innovationsprogramm „Menschen und Ideen“ 38
4.3 Doktorandenprogramm der BAM 39
4.4 Vernetzung & Internationalisierung 40
4.5 Ressourcen 40
Forschungsprogramm (2019 — 2021) 3
4 Forschungsprogramm (2019 — 2021)
1. EINLEITUNG
Die voranschreitende Digitalisierung, die Globalisierung Forschungsprogramme sind sowohl für Forschungs-
sowie die daraus resultierende beschleunigte techno- einrichtungen als auch für Mittelgeber ein wichtiges
logische Entwicklung bringen heute für die Industrie- Instrument für die Darstellung und Steuerung ihrer
länder Herausforderungen im Hinblick auf Wachstum, Aktivitäten. Dies gilt auch für die Bundeseinrichtun-
Beschäftigung und Strukturwandel mit sich, denen nur gen mit Forschungs- und Entwicklungsaufgaben,
mit einer entsprechenden Innovationsdynamik und zu denen die Bundesanstalt für Materialforschung
-dichte begegnet werden kann. Grundvoraussetzung und -prüfung (BAM) zählt. Die BAM verfügt über
hierfür ist eine leistungsfähige Forschung und Entwick- einen klaren gesetzlichen Auftrag für die Sicherheit
lung ebenso wie Wissens- und Technologietransfer zur in Technik und Chemie. Ihre Forschung ist mit der
Umsetzung von Forschungsergebnissen in marktfä- Wahrnehmung öffentlicher Aufgaben verbunden. Das
hige Produkte und Dienstleistungen. Europa hat sich Forschungsprogramm zeigt Perspektiven im Bereich
im Rahmen des Lissabon-Prozesses zum Ziel gesetzt, ihres Aufgabenfeldes sowie ihrer damit verbundenen
den Anteil der Forschungsausgaben am Bruttoinlands- Forschungsaktivitäten transparent und politisch nutz-
produkt auf 3 % zu steigern. Um die Forschungsinfra- bar auf und dient darüber hinaus der Koordinierung der
struktur in der Bundesrepublik zu stärken und global Ressortforschung. Das Forschungsprogramm der BAM
wettbewerbsfähig zu bleiben, hat die Bundesregie- wird alle zwei Jahre aktualisiert. Es gibt einen Überblick
rung mit der Hightech-Strategie 2025 einen weiteren über die aktuellen und zukünftigen Forschungsthemen
wichtigen Schritt zur Förderung des wissenschaftlich- und die hierfür erforderlichen Rahmenbedingungen.
technischen Fortschritts in Deutschland getan.
©BAM
Forschungsprogramm (2019 — 2021) 5
2. AUFTRAG DER BAM
Technologischer Wandel ist ein Garant für den Wohl- gen und Genehmigungen gehören ebenso dazu
stand unserer Gesellschaft. Neue Technologien sind wie die Politikberatung und die Mitarbeit in Gre-
die Basis für die erfolgreiche Weiterentwicklung des mien, insbesondere zur Normung, Regelset-
Wirtschaftsstandortes Deutschland und für eine zung und Standardisierung. Diese Leistungen
Wertschöpfung in globalen Märkten. Die nachhaltige erbringt die BAM zum Wohle der Allgemeinheit.
Sicherheit neuer Technologien schafft das Vertrauen
der Bürger in den Wandel und sichert unsere Zukunft.
In den Spitzen- und Schlüsseltechnologien Material-
wissenschaft, Werkstofftechnik und Chemie leistet
die BAM einen entscheidenden Beitrag zur techni-
schen Sicherheit von Produkten, Prozessen und der Wissenschaftlich-technische Dienstleistungen
Lebens- und Arbeitswelt der Menschen. Dazu forscht, Wissenschaftlich-technische Dienstleistungen sind
prüft und berät die BAM mit ihrer fachlichen Kompe- entgeltliche Leistungen, die die BAM auf der Grund-
tenz und langjährigen Erfahrung an den Schnittstellen lage von gesicherten Erkenntnissen und Methoden
von Wissenschaft, Technik, Wirtschaft und Politik. anbietet. Dadurch leistet die BAM einen entschei-
denden Beitrag zur Entwicklung der deutschen
Im Rahmen der gesetzlichen und gesellschaftspoliti- Wirtschaft. Mit der Durchführung von Prüfungen
schen Aufgaben identifiziert die BAM Anforderungen an und Analysen, der Erstellung von Gutachten, Kon-
die Sicherheit in Technik und Chemie für die Gesellschaft formitätsbewertungen sowie durch die Bereit-
von morgen. Die Leistungserbringung erfolgt in vier stellung von Referenzmaterialien, -verfahren und
Geschäftsfeldern, die die Produkte der BAM bündeln. -daten trägt die BAM zur Qualitätssicherung bei.
Forschung und Entwicklung Wissens- und Technologietransfer
Voraussetzung für die wissenschaftliche und techni- Durch Wissens- und Technologietransfer stellt die BAM
sche Leistungsfähigkeit der BAM ist eigene Forschung ihre Erkenntnisse und Arbeitsergebnisse der deutschen
und Entwicklung in hoher Qualität und Kontinui- Wirtschaft und der Allgemeinheit zur Verfügung. Der
tät. Forschung und Entwicklung ist die Basis für Transfer erfolgt über verschiedene Wege wie beispiels-
die wissenschaftlich-technischen, hoheitlichen und weise die Lizensierung von Patenten und die Bereit-
öffentlichen Leistungen der BAM sowie für den Wis- stellung von Wissens- und Expertenplattformen.
sens- und Technologietransfer. Grundlagenforschung
und angewandte Forschung fallen ebenso darunter Die BAM kommuniziert sicherheitstechnische Pro-
wie die Entwicklung neuer Produkte und Prozesse. blemlösungen und bringt diese in die Regelsetzung
und Normung ein. Beratung, Information und Mit-
arbeit in nationalen und internationalen Gremien
gehört daher zu ihren wesentlichen Aufgaben. Seit
mehr als 100 Jahren entwickelt und validiert die BAM
Analyseverfahren, Prüfverfahren und Bewertungsme-
Hoheitliche und öffentliche Leistungen thoden sowie Modelle und erforderliche Standards.
Hoheitliche und öffentliche Leistungen sind Darüber hinaus erforscht, überprüft und bewertet
durch Gesetz übertragene Aufgaben. Zulassun- die BAM Substanzen, Werkstoffe, Bauteile, Kom-
6 Forschungsprogramm (2019 — 2021)
ponenten und Anlagen sowie natürliche und techni- —— Entwicklung und Bereitstellung von Referenzma-
sche Systeme auf sicheren Umgang und Betrieb. terialien, Referenzverfahren und Referenzdaten
insbesondere der analytischen Chemie und der
Die Kompetenzen der BAM entstehen aus inter- Prüftechnik,
disziplinärem Wissen und aus eigener Forschung —— Unterstützung der Normung und anderer technischer
in hoher Qualität und Kontinuität. Wissenschaft- Regelsetzungen für die Beurteilung von Substanzen,
lerinnen und Wissenschaftler der BAM erforschen Werkstoffen, Bauteilen, Komponenten und Anlagen
gemeinsam über unterschiedliche Größenordnun- sowie natürlichen und technischen Systemen im Hin-
gen hinweg Themen aus der Chemie, der Mate- blick auf Sicherheit, Gesundheit, Umweltschutz und
rialwissenschaft und der Werkstofftechnik. den nachhaltigen Erhalt volkswirtschaftlicher Werte,
—— Berücksichtigung von Sicherheitsbelangen in ge-
Als Kompetenzzentrum „Sicherheit in Technik und meinsamen Projekten mit Hochschulen, Forschungs-
Chemie“ leistet die BAM einen entscheidenden Beitrag einrichtungen und der Wirtschaft,
zur Entwicklung der deutschen Wirtschaft. Als Bun- —— Förderung des Wissens- und Technologietransfers in
desoberbehörde ist die BAM wirtschaftlich unabhängig ihren Arbeitsgebieten.
und fungiert als neutraler Moderator externer Entschei- In den nachfolgend angeführten Gesetzen und
dungsprozesse. Darüber hinaus ermöglicht die BAM den Verordnungen wurden der BAM übertragene
Transfer wissenschaftlicher Erkenntnisse in den öffent- Aufgaben geregelt1:
lichen Bereich für die Politikberatung und die Erfül-
lung öffentlicher Aufgaben. Die Arbeit der BAM trägt —— Gesetz über explosionsgefährliche Stoffe und
dazu bei, dass die Transaktionskosten für die Umset- Verordnungen zum Sprengstoffgesetz
zung politischer Entscheidungen verringert werden. —— Gefahrgutbeförderungsgesetz
—— Gefahrgutverordnung Straße, Eisenbahn und
In nationalen und internationalen Netzwerken betreibt Binnenschifffahrt
die BAM Technologietransfer, indem eigene Erkennt- —— Gefahrgutverordnung See
nisse aus Forschung und Entwicklung weitergeben —— Luftverkehrs-Zulassungs-Ordnung
werden. Gleichzeitig nutzt die BAM die Kompetenzen —— Strahlenschutzverordnung
und wertvollen Impulse aus den Netzwerken für die —— Chemikaliengesetz
aktuelle Arbeit und die zukünftige Ausrichtung der —— Gefahrstoffverordnung
BAM. Die BAM arbeitet für eine ausgeprägte Sicher- —— Beschussgesetz und Beschussverordnung
heitskultur in Deutschland und Sicherheitsstandards, —— Ortsbewegliche-Druckgeräte-Verordnung
die auch in Zukunft höchsten Anforderungen genügen. —— Deponieverordnung
—— Gesetz über die Akkreditierungsstelle
Mit diesem Auftrag ist die BAM zuständig für die: —— Energieverbrauchsrelevante-Produkte-Gesetz
—— Energieverbrauchskennzeichnungsgesetz
—— Weiterentwicklung der Sicherheit in Technik und
Chemie,
—— Erfüllung hoheitlicher Funktionen zur technischen Die Erkenntnisse der BAM dienen nicht nur dem
Sicherheit, insbesondere im Gefahrstoff- und Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Gefahrgutbereich, (BMWi), dem die BAM nachgeordnet ist. Die BAM
—— Beratung der Bundesregierung, der Wirtschaft sowie erfüllt auch Aufgaben für andere Ressorts, insbe-
der nationalen und internationalen Organisationen sondere für das Bundesministerium für Verkehr
im Bereich Technik und Chemie, und digitale Infrastruktur (BMVI), das Bundesmi-
—— Mitarbeit bei der Entwicklung einschlägiger gesetzli- nisterium für Umwelt, Naturschutz und nukle-
cher Regelungen, z.B. bei der Festlegung von Sicher- are Sicherheit (BMU), das Bundesministerium für
heitsstandards und Grenzwerten, Arbeit und Soziales (BMAS) und das Bundesmini-
sterium des Innern, für Bau und Heimat (BMI).
Rechtliche Grundlagen für die Aufgaben der BAM:
1
https://www.bam.de/_SharedDocs/DE/Downloads/Rechtliche-Grundlagen/bam-rechtl-grundlagen.pdf
Forschungsprogramm (2019 — 2021) 7
Diesem differenzierten Aufgabenspektrum kann die Publikation in Fachzeitschriften. Ist die Grundla-
die BAM auf hohem wissenschaftlich-technischen genforschung in einem Gebiet vorangeschritten, tritt
Niveau nur durch umfangreiche eigene Forschungs- in der BAM die angewandte Forschung an ihre Stelle.
und Entwicklungstätigkeiten gerecht werden, die Die angewandte Forschung ist auf ein spezifisches
konsequent am Bedarf von Politik, Gesellschaft Ergebnis ausgerichtet. Sie ist häufig drittmittelgetrie-
und Wirtschaft ausgerichtet sind und sich an dem ben und generiert neben Publikationen weitere Dritt-
gesetzlichen Auftrag der BAM orientieren. mittelumsätze für die Verfolgung der Ziele der BAM.
In die Themenplanung sowie in die Erstellung des Auf die angewandte Forschung folgt die Technolo-
Forschungsprogramms sind die wissenschaftlichen gieentwicklung. Sie baut auf vorhandenem Wissen
Beiräte und das Kuratorium der BAM eingebunden. In auf und ist klar auf die Entwicklung neuer Produkte
einer Zielvereinbarung mit dem BMWi wird die strate- und Prozesse ausgerichtet. Technologieentwicklung
gische Ausrichtung der BAM festgeschrieben, die im wird von industriellen Auftraggebern oder von Dritt-
Forschungsprogramm sowie in BAM-internen Zielver- mittelgebern, die den Technologietransfer fördern,
einbarungen konkretisiert wird. Die Leitlinie “Sicher- unterstützt. Zu den Ergebnissen der Technologie-
heit in Technik und Chemie“ macht die Aufgaben der entwicklung gehören auch Patente, Lizenzen oder
BAM in der Forschung und in allen anderen Tätigkei- Normen und technische Regeln. Das Ergebnis ist
ten für Auftraggeber und Partner wie für die Mitar- neben dem generierten Wissen auch die Entwicklung
beiterinnen und Mitarbeiter der BAM anschaulich. von Technologien und wissenschaftlich-technischen
Dienstleistungen (z.B. Prüfungen, Zulassungen oder
Die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten der BAM Konformitätsbewertungen) auf dem aktuellen Stand
können in einem einfachen Produktionsmodell unter- der Technik. Im Rahmen des Wissens- und Tech-
schiedlichen Stufen zugeordnet werden: Der Beginn nologietransfers finden auf dieser Stufe auch sehr
neuer Fragestellungen ist eine starke und ergebnisof- erfolgreiche Ausgründungen aus der BAM statt.
fene Grundlagenforschung, da die Arbeit der BAM auf
höchstem Niveau nicht ohne eine solide Wissensbasis
möglich ist. Wird die Grundlagenforschung nicht aus
Eigenmitteln finanziert, sind öffentliche Forschungs-
träger, die keine thematische Einschränkung vorse-
hen, die wichtigsten Geldgeber. Grundlagenforschung
erzeugt neues Wissen und hat als Produktionsleistung
8 Forschungsprogramm (2019 — 2021)
3. FORSCHUNG FÜR SICHERHEIT IN TECHNIK UND CHEMIE
Die BAM integriert Forschung, Bewertung und Bera- Forschung der BAM entsprechend ihrem Auftrag von
tung in Technik und Chemie unter einem Dach. Im Rah- grundlegender Bedeutung ist. Die Themenfelder Mate-
men ihrer gesetzlichen und gesellschaftspolitischen rial und Analytical Sciences sind Schlüsseltechnologien
Aufgaben identifiziert die BAM Anforderungen an die für Sicherheit in Technik und Chemie. Sie haben über-
Sicherheit in Technik und Chemie für die Gesellschaft greifende Bedeutung für die Forschung der BAM in den
von morgen. Forschung bildet als Erzeugerin von Exper- genannten Bedarfsfeldern, sind aber auch Treiber für
tise die Grundlage für Bewertung und Beratung. Diese Innovationen und die Grundlage für neue Produkte,
kann langfristig nur mit kontinuierlichen Qualitäts- Verfahren und Dienstleistungen in anderen Schwer-
standards gewährleistet werden. Der strategischen punkten der Hightech-Strategie der Bundesregierung.
Ausrichtung dieser Vorlaufforschung wird daher ein Das vorliegende Forschungsprogramm ist grund-
besonders hoher Stellenwert beigemessen. Die Bundes- sätzlich entlang dieser Themenfelder strukturiert.
regierung hat in ihrer neuen Hightech-Strategie The-
menkomplexe identifiziert, welche für die Entwicklung Die Forschungsthemen der BAM werden in diesem
Deutschlands im Hinblick auf die Innovationsfähigkeit Forschungsprogramm anhand der Aktivitätsfel-
und zukünftige Herausforderungen von besonderer der in den Themenfeldern der BAM dargestellt. Die
Relevanz sind. Dazu gehören verschiedene Technolo- Aktivitätsfelder konkretisieren die Aktivitäten der
gien in den Bereichen Energie, Umwelt, Werkstoffe BAM in den Themenfeldern, bezeichnen längerfri-
und Sicherheit. Zudem hat die neue Regierung in ihrem stige thematische Entwicklungslinien und umfassen
Koalitionsvertrag Schlüsseltechnologien identifiziert, neben der Forschung die weiteren Tätigkeitsberei-
welche für eine nachhaltige Anschlussfähigkeit der che. Innerhalb der Aktivitätsfelder sind die Tätigkei-
Deutschen Wirtschaft entscheidend sein werden. ten der Fachabteilungen sogenannten Fachaufgaben
zugeordnet. Die Verteilung aller Fachaufgaben über
Der Fokus aller Forschung an der BAM liegt auf den die Themenfelder ist in der folgenden Abbildung
fünf abteilungsübergreifenden Themenfeldern: Ener- gezeigt. Die Forschung an der BAM in den einzel-
gie, Infrastruktur, Umwelt, Material und Analytical nen Aktivitätsfeldern wird in diesem Forschungs-
Sciences. Die Themenfelder Energie, Infrastruktur programm für jedes Themenfeld kurz beschrieben.
und Umwelt stellen dabei Bedarfsfelder mit Heraus-
forderungen unserer Gesellschaft dar, für welche die
Relative Verteilung der 25
Fachaufgaben der BAM in der 10%
thematischen Zuordnung zu den
Themenfeldern.
44
18%
26
11%
77
32%
70
29%
Forschungsprogramm (2019 — 2021) 9
3.1 Themenfeld Energie
Für den Wirtschaftsstandort Deutschland ist das Erneuerbare Energien
Thema Energie von zentraler Bedeutung. Im Themen-
feld Energie forschen Wissenschaftlerinnen und Wis- Das Gelingen der Energiewende ist ein wichtiger
senschaftler der BAM an der gesamten Nutzungskette Faktor für die Wettbewerbsfähigkeit des Industrie-
von Erzeugung über Speicherung und Verbrauch bis standorts Deutschland. Bis 2050 soll der Anteil
zur Entsorgung, zum Beispiel für die Energieträger erneuerbarer Energien an der Stromversorgung 80
Wind, Sonne und Gas. Die Forschungsaktivitäten im Prozent betragen. Das bedeutet, dass das Energie-
Themenfeld Energie gliedern sich in die Aktivitätsfel- versorgungssystem auf die neuen Anforderungen
der: Erneuerbare Energien, Energiespeicherung, ther- hin angepasst werden muss. Dabei geht es nicht
mische Kraftwerke und kerntechnische Entsorgung. nur um einen sicheren Netzbetrieb und die zuver-
lässige Versorgung mit Strom, sondern auch um
die sichere Speicherung überschüssiger Energie.
Eine bereits weitverbreitete Technologie zur Stromer-
zeugung ist die Windenergie. Die Forschungstätigkeiten
der BAM auf dem Gebiet der Offshore-Windener-
gieanlagen (OWEA) umfassen die Optimierung von
Gründungskonstruktionen, die Verknüpfung von mess-
technischen Überwachungsaufgaben mit Handlungs-
konzepten sowie Untersuchungen zur Installation
von Gründungskörpern wie Pfählen. Parallel werden
entsprechende numerische Simulationswerkzeuge
eingesetzt und weiterentwickelt. Zur langfristigen
Gewährleistung der technischen Sicherheit beinhalten
die Forschungsarbeiten auch systematische Untersu-
chungen zu der Beständigkeit und der Dauerhaftigkeit
der verbauten Stahllegierungen. Für die regelmäßige
bzw. kontinuierliche Überwachung von bestehen-
den OWEA erforscht die BAM neue thermografische
Verfahren, die die natürliche Sonneneinstrahlung als
Wärmequelle nutzen und so Fehlstellen und Inho-
mogenitäten in großflächigen Strukturen wie Rotor-
blättern aus großer Entfernung aufzeigen können.
Der sichere Einsatz neuartiger Konzepte zur Energieer-
zeugung bedarf zum Teil neuartiger Materialien, die an
der BAM betrachtet werden. So zeigen beispielsweise
moderne Hochleistungspolymere mit intrinsischer
Mikroporosität herausragende Permeationseigenschaf-
ten für die Auftrennung von Gasgemischen. Forscher
innen und Forscher der BAM entwickeln Konzepte zur
Bewertung und Verbesserung der Langzeitperformance
sowie der molekularen Dynamik und Gastransport-
eigenschaften solcher Hochleistungspolymere. Auch
glasig-kristalline Werkstoffe sind Schlüsselkompo-
nenten für Anwendungen in der Energietechnik (z.B.
©BAM
10 Forschungsprogramm (2019 — 2021)Solarglas, Glasfasern, Wasserstoffsperrschichten). Wasserstoff als Energieträger sicherer zu machen. Die
Durch die Untersuchung von thermisch initiierten Rela- Sicherheit und Degradation von Composite-Gasspei-
xations- und Transportvorgängen (z.B. thermischer chern wird statistisch bewertet und Versagensaus-
Rissheilung, Wasserstoffdiffusion oder Sinterung) wirkungen von Energiespeichern werden betrachtet.
soll zur Entwicklung von zuverlässigen Hochleistungs-
werkstoffen und Systemen für erneuerbare Energien Im Themenschwerpunkt Gasanalytik werden Her-
beigetragen werden. In Schichtsystemen können Glas stellverfahren und Analysemethoden für hochgenaue
und Polymere auch gezielt kombiniert werden, um Gasmischungen erarbeitet. Dazu gehören beispiels-
beispielsweise der abrasiven Schädigung an Photo- weise nationale Gas-Normale für Energiegase und
voltaik-Modulen durch Sand und andere Partikel vor- Automobil-Abgase sowie die Zertifizierungsanaly-
zubeugen. Auch biologisch induzierten Einbußen des tik. Die Themen umspannen die sichere Herstellung
Wirkungsgrads der Photovoltaik, wie er durch die Bil- wasserstoffreicher Erdgase für die „Power-to-Gas“-
dung von Biofilmen eintritt, kann entgegengewirkt Technologie oder den Einsatz der quantitativen
werden, sofern diese umfänglich verstanden sind. NMR-Spektroskopie als belastbare Analytik der che-
mischen Zusammensetzung von Flüssiggasen.
Als Teil des Nationalen Aktionsplans Energieeffizienz
unterstützt die BAM die Marktüberwachung bezüg- Die BAM forscht des Weiteren zur Transportsicherheit
lich der Messnormen für die vier Produktgruppen von defekten oder beschädigten Lithium-Batterien
Wärmepumpen, Klimaanlagen, Wäschetrockner und sowie deren Prototypen. Ziel ist es, Standards für
Dunstabzugshauben. Hierzu werden Ringversuche nationale und internationale Regelwerke und Gesetze
und weitere Produktprüfungen in externen Labors mitzugestalten. Darüber hinaus werden an der BAM
durchgeführt und im Rahmen von Forschungsar- Sicherheitsaspekte bei der Entwicklung und Aufstel-
beiten ausgewertet. Ziel ist die Verbesserung der lung von Hochleistungsbatterien untersucht, um diese
Prüfmethoden, so dass sie die realen Betriebsbedin- aktiv in die Normung und Regelsetzung einzubringen.
gungen möglichst realistisch abbilden und die Eig-
nung, der Prüfmethoden für die Marktüberwachung Auch alternative Ansätze zur Zwischenspeiche-
sicherstellen. Die Umsetzung der Forschungsergeb- rung wie Schmelzwärmespeicher auf Salzbasis wer-
nisse geschieht im Austausch mit den Behörden der den an der BAM erforscht. Dies beinhaltet über
Länder und den einschlägigen Normungsgremien. thermodynamische Modelle und deren experimen-
telle Validierung hinaus auch die Entwicklung und
Auswahl korrosionsbeständiger Werkstoffe.
Energiespeicherung
Um die Energie aus erneuerbaren Quellen zu speichern, Thermische Kraftwerke
braucht es geeignete und leistungsfähige Energie-
träger und -speicher. Dies gilt sowohl für den mobilen Die Energiewende stellt auch thermische Kraft-
Einsatz als auch für große Speicherkraftwerke. Aktuell werke vor neue Herausforderungen. Zukünftig sol-
sind bereits (Lithium-)Batterien und Wasserstoff als len konventionelle Kraftwerke, welche durch die
neuartige Energiespeicher und-träger im Einsatz. Diese Verbrennung fossiler Brennstoffe betrieben wer-
müssen aber nicht nur wirtschaftlich und effizient, son- den, hauptsächlich zur Netzstabilisierung einge-
dern auch sicher sein, um von Verbraucherinnen und setzt werden. Durch den damit verbundenen zeitlich
Verbrauchern akzeptiert zu werden. Die BAM beteiligt variablen Betrieb bei zum Teil sehr hohen Tempe-
sich im Bereich Energiespeicherung unter anderem raturen entstehen neue Belastungsszenarien.
an der Weiterentwicklung von wasserstoffbasierten
Verfahren und bearbeitet Sicherheitsfragen der Was- Die wesentliche Herausforderung liegt auf der Weiter-
serstofftechnologien. Composite-Druckgefäße werden entwicklung der verwendeten Werkstoffe. Dafür wer-
für den Transport und die Nutzung von Wasserstoff den die kombinierten thermischen und mechanischen
verwendet. Die BAM arbeitet an Prüfmethoden, um Beanspruchungen sowohl experimentell untersucht
die Lebensdauer von Composite-Druckgefäßen exak- als auch numerisch simuliert. Aufbauend auf den so
ter vorherzusagen und so langfristig den Transport von gewonnenen Ergebnissen werden neue Werkstoff(e)
Forschungsprogramm (2019 — 2021) 11(-kombinationen) entwickelt und vorgeschlagen. So Folien- und Multilayertechnik neuartige co-gesinterte
werden beispielsweise Stahlrohre mittels Sol-Gel Ver- thermoelektrische Generatoren aufgebaut und deren
fahren beschichtet, um einer beschleunigten Hoch- Wirkungsgrad und Zuverlässigkeit sowie das Poten-
temperaturkorrosion proaktiv vorzubeugen. Darüber zial für eine kostengünstige Herstellung bewertet.
hinaus werden numerische Modelle für die sichere Aus-
legung von zukünftigen Kraftwerken herangezogen.
Kerntechnische Entsorgung
Für die thermoelektrische Rückgewinnung von Rest-
wärme in Hochtemperaturanwendungen werden geeig- Zur Entsorgung radioaktiver Abfälle aus Kernkraftwer-
nete Oxidkeramiken entwickelt, daraus mit Hilfe der ken, Forschung, Medizin und Industrie werden Behälter
Castor Fallversuch
©BAM
12 Forschungsprogramm (2019 — 2021)benötigt, die einen dichten Einschluss im Normalbetrieb Verhalten von Brennelementen unter Unfallbeförde-
und in Unfall- bzw. Störfallsituationen gewährleisten. rungsbedingungen und das mechanische und ther-
Diese Behälter werden für Transporte, die Zwischenla- mische Verhalten von stoßdämpfenden Strukturen.
gerung sowie die Endlagerung in tiefen geologischen
Formationen eingesetzt. Nachdem sich die Errichtung Weiterhin gewinnt die Entwicklung von Anforde-
von Endlagern verzögert, verlängert sich die Dauer der rungen und Behälterkonzepten für die Endlagerung
Zwischenlagerung von einigen Jahrzehnten bis zu mög- Wärme entwickelnder radioaktiver Abfälle (bestrahlte
licherweise 100 Jahren. Die BAM leistet im Bereich der Brennelemente, verglaste hochradioaktive Abfälle
kerntechnischen Entsorgung einen wichtigen Beitrag bei aus der Wiederaufarbeitung) für alle in Frage kom-
Sicherheitsbewertungen im Rahmen von Zulassungs-, menden geologischen Wirtsgesteine (Salz, Tonstein,
Aufsichts- und Genehmigungsverfahren. Mit ihrer ana- Kristallin) im Rahmen des per Gesetz neu geregel-
lytischen, numerischen und experimentellen Kompetenz ten Standortauswahlverfahrens entscheidend an
und der ausgeprägten Interdisziplinarität entwickelt Bedeutung. Basierend auf der vorhandenen Exper-
und validiert sie Nachweisverfahren und Bewertungs- tise aus der Sicherheitsbewertung für den Transport
methoden zum Langzeitverhalten von Werkstof- und die Zwischenlagerung radioaktiver Abfälle wirkt
fen, Bauteilen, Behältern und Behälterinventaren. die BAM hier bei der Herleitung von behälterspezifi-
schen Anforderungen und Bewertungskonzepten unter
Im Mittelpunkt steht aktuell die Sicherheitsbewertung Berücksichtigung der vielfältigen Beanspruchungspa-
von Behältern für radioaktive Abfälle im Hinblick auf rameter in einem tiefen geologischen Endlager mit.
die vier wesentlichen Schutzfunktionen Ausschluss
von Kritikalität, dichter Einschluss, Abschirmung und Schließlich sind zur Bewertung der Behälterintegri-
Zerfallswärmeabfuhr und vor dem Hintergrund verlän- tät unter Betriebsbedingungen und bei Störfällen
gerter Zwischenlagerzeiträume einschließlich nach- neben experimentellen Erprobungen computerge-
folgender Transporte. Aktuelle Forschungsinhalte stützte Modelle von weiter zunehmender Bedeutung.
betreffen daher die weitergehende Untersuchung Die BAM widmet sich in diesem Zusammenhang
und Beschreibung des Langzeitverhaltens und der der kontinuierlichen Entwicklung und Weiterent-
Alterungsmechanismen von Behälterdichtsystemen wicklung numerischer Modelle und Prüfmethoden
und insbesondere von Metall- und Elastomerdich- zur Simulation und sicherheitstechnischen Bewer-
tungen, das bruchmechanische Versagensverhalten tung mechanischer und thermischer Unfallsze-
von Brennstabhüllrohren unter Berücksichtigung radi- narien von Transport- und Lagerbehältern.
aler Hydrid-Ausscheidungen, sowie das mechanische
Forschungsprogramm (2019 — 2021) 133.2 Themenfeld Infrastruktur
Eine moderne, jederzeit verfügbare und technisch Die BAM forscht für eine Verbesserung der Verkehrs-
sichere Infrastruktur von Industrieanlagen, Bau- infrastruktur. Dieses Forschungsgebiet umfasst werk-
werken, Versorgungssystemen und -wegen ist ein stoffwissenschaftliche Studien wie die Alterung von
zentraler wirtschaftlicher Standortfaktor in Deutsch- Straßenbelägen durch die Alkali-Kieselsäure-Reaktion.
land. Im Themenfeld Infrastruktur arbeitet die Das genaue Verständnis dieser chemischen Bean-
BAM an der Entwicklung technisch-wissenschaft- spruchung wird hierbei in Verbindung von mechani-
licher Verfahren zur Gewährleistung einer siche- scher Beanspruchung unter Anwendung möglichst
ren und dauerhaften technischen Infrastruktur. zerstörungsfreier Methoden untersucht. Darüber
hinaus werden Fugenabdichtungen, die eine wich-
tige Funktion in Bezug auf die Dauerhaftigkeit von
Sicherheit und Lebensdauer Straßen- und Ingenieurbauwerken haben, unter Ein-
von Bauwerken wirkung der jeweils relevanten praxisnahen Bean-
spruchungen untersucht und im System bewertet. Im
Das Gebiet Bauwerkssicherheit umfasst die Entwick- Bereich des Schienenverkehrs werden die messtechni-
lung, Untersuchung und Bewertung innovativer Bau- schen und numerischen Bewertungsverfahren zu Fra-
stoffe und Bauweisen hinsichtlich ihrer Sicherheit gen des Erschütterungsschutzes weiterentwickelt.
und Dauerhaftigkeit in allen Bereichen des Hoch- und
Ingenieurbaus. Aktuelle Schwerpunkte der For- Die Schwerpunkte der BAM in der großmaßstäbli-
schung betreffen Verkehrswege, Brücken, Industrie- chen Bauteilanalyse liegen auf Untersuchungen zur
anlagen und Bauwerke für die Energieerzeugung. Ermüdungsfestigkeit von Bauteilen, insbesondere
©BAM
14 Forschungsprogramm (2019 — 2021)Schweißverbindungen, sowie auf der Untersuchung Der Stellenwert von theoretischen Simulationen und
von Schutzelementen unter stoßartiger Belastung Modellen nimmt in der Forschung der BAM stetig zu.
und der Entwicklung optimierter Schutzelemente. Im Bereich Mechanik der Baustoffe ist ein Ziel die
Entwicklung von neuen Verfahren zur Simulation des
Ein wichtiges Feld ist die Erforschung von Methoden für Betonverhaltens unter verschiedenen Belastungssze-
die Bauwerküberwachung. Für eine Dauerüberwachung narien, z.B. statische und zyklische Lasten sowie die
von verbauten Werkstoffen arbeitet die BAM an neuen Kopplung mit Multiphysics-Problemen (Feuchte, Tem-
bauteilintegrierten Sensoren und Methoden, zum Bei- peratur) und deren Kalibrierung unter Verwendung
spiel auf Basis von Ultraschall oder RFID-Technologien. stochastischer Verfahren. Im Bereich Bauwerksmoni-
Primär auf der Basis von Ultraschall und Radar werden toring, Schadensdetektion und Zustandsanalyse liegt
Verfahren zur Zustandserfassung von Bestandsbau- die wesentliche Herausforderung in der Erprobung und
ten und zur Qualitätssicherung von Neubauten ent Verbesserung von theoretisch basierten Verfahren
wickelt, validiert und in die Praxis überführt, mit denen zur Bauwerksüberwachung an Bauwerken im Betrieb.
geschädigte Bereiche lokalisiert werden können. Dar- Dazu gehört auch die Planung und Durchführung gro-
über hinaus entwickelt und nutzt die BAM verteilte ßer Messkampagnen in der Bauwerksüberwachung.
faseroptische Sensorik und Fasersensorsysteme für Spezielle Fragestellungen sind die Anwendung von
eine kontinuierliche lückenlose Überwachung von Infra- Verfahren zur Schadensdetektion für Gründungs-
strukturbauten mit einer großen räumlichen Ausdeh- bauwerke sowie Untersuchungen zur Lokalisation
nung wie Brücken, Dämme oder Tunnelwandungen. Die und zu Umwelteinflüssen bei Schadensdetektions-
unterschiedlichen Skalen, die mit der an der BAM ent- verfahren. Mittelfristiger Schwerpunkt ist die kon-
wickelten Sensorik erfasst werden können, reichen von zeptionelle Einbindung risikobasierter Verfahren.
wenigen Millimetern bis hin zu mehreren Kilometern.
Neue Applikationstechniken, z.B. 3-D Druck und Injek- Sicherheit von Industrieanlagen
tionstechniken oder Anwendungsbereiche erfordern und Verkehrswegen
neue Messverfahren und –geräte, an denen die BAM
forscht, um neuen oder geänderten Anforderun- Der sichere Betrieb technischer Industrieanlagen
gen an Baustoffe, Bauteile oder Bauwerken gerecht erfordert umfassende Kenntnisse zum Verhalten
zu werden. Darüber hinaus arbeitet die BAM an der der eingesetzten metallischen Werkstoffe in unter-
Entwicklung neuer Instandsetzungsprodukte und schiedlichen branchentypischen Anwendungen.
Instandsetzungsverfahren, da die Instandhaltung Die BAM erprobt daher kontinuierlich Werkstoffe
und Instandsetzung von Infrastrukturbauwerken bezüglich ihres Korrosionsverhaltens in technischen
ein Kernthema bei der Nutzung baulicher Infrastruk- Umgebungen und sorgt für einen unmittelbaren Ein-
tur ist. Für eine Umsetzung von Integration Buil- gang der Ergebnisse in Normen und Regelwerke.
ding Information Modeling (BIM) und Digitalisierung
werden zudem vermehrt passive und/oder intelli- Im Bereich Brandschutz betrachtet die BAM aktuelle
gente Systeme zur Bauwerksüberwachung unter- interdisziplinäre und gesellschaftlich relevante Fra-
sucht, die im Rahmen des Lifecycle-Managements gestellungen, die sich aus dem Bereich der Sicherheit
die aktuelle Bauwerksbewertung ermöglichen. von Industrie- und Verkehrsanlagen ergeben. Grundle-
gendes Ziel ist die Erforschung mathematisch-physi-
kalischer Modelle für Wärme- und Stoffübertragung,
Brand- und Rauchausbreitung, Toxizität und Licht-
schwächung für die numerische Simulation von Scha-
densereignissen, insbesondere Großschadensfeuern.
Mittelfristige Schwerpunkte liegen dabei auf der Kopp-
lung des Brandgeschehens mit dem thermo-mecha-
nischen Bauteilverhalten, auf der Verknüpfung von
Brückenmonitoring zur Bewertung, Explosionsszenarien mit Brandereignissen sowie auf
Lebensdauerprognose und Instand der numerischen Erfassung der Brandbekämpfung.
setzung von Brückenbauwerken
Forschungsprogramm (2019 — 2021) 15Im Bereich des Brand- und Explosionsschutzes und der technischen Beurteilung von Anlagenkomponenten
Störfallauswirkungsbetrachtungen werden Modelle für werden für die Untersuchung von Ausrüstungsteilen
Störfallszenarien entwickelt und experimentell über- und Ventilen im Gas-Hochdruckbereich neue Prüfap-
prüft. Dabei werden insbesondere Gasausbreitungsbe- paraturen für Drücke bis zu 1500 bar entwickelt. Damit
rechnungen mit strömungsmechanischen Methoden trägt die BAM der technischen Entwicklung der Gas-
durchgeführt und ihre Einsatzgrenzen ermittelt. Dar- speichertechnik bei den Energiegasen Rechnung.
über hinaus erfolgen experimentelle Untersuchun-
gen und Simulationen zur Ermittlung thermischer Im Rahmen der Bewertung von Druckbehältern, Tanks
Sicherheitsabstände für Feuerbälle organischer Per- und Rohrleitungen und deren Beständigkeitsbewer-
oxide. Der Einfluss von Feuerbällen beim Brand von tung werden die Kriterien zur sicherheitstechnischen
organischen Peroxiden auf die freiwerdende Wärme- Bewertung von Gefahrguttanks unter auslegungsüber-
strahlung und deren Gefährdungen auf die Umgebung schreitenden Belastungen weiterentwickelt. Hierbei
werden bestimmt. Neue Produktionsverfahren werden werden neben den thermohydraulischen Lastannahmen
hinsichtlich der sicheren Durchführung exothermer auch Umgebungsrandbedingungen berücksichtigt.
Reaktionen untersucht, um hier ggf. über das techni-
sche Regelwerk den Stand der Technik zu definieren.
Transport und Lagerung von
Auf dem BAM Testgelände Technische Sicherheit Gefahrstoffen und –gütern
(BAM TTS) werden Maßnahmen des konstruktiven
Brand- und Explosionsschutzes, welche die Auswir- Die BAM untersucht und bewertet Behälter für den
kungen von Explosionen auf ein unbedenkliches Maß Transport und die Lagerung von Gefahrstoffen und
vermindern oder die Explosionsausbreitung räumlich -gütern. Dazu gehören zum Beispiel Chemikalienbe
beschränken, im Technikums- und Realmaßstab unter- hälter, Fässer, IBC (Intermediate Bulk Container),
sucht. Darüber hinaus werden Turbulenzeinflüsse auf Druckgasflaschen bis hin zu Tankwagen und Lager-
Druckentlastungen in großen Volumina untersucht tanks. Anhand von sicherheitstechnischen Fragen
sowie eine standardisierte Prüfmethode für instabile wie Konstruktionsmerkmalen, Materialeignung und
Detonationssicherungen erarbeitet. Zur sicherheits- Schädigungsmechanismen werden Prüfverfahren und
Methoden entwickelt und Maßnahmen zum Trans-
port und zur Lagerung von Gefahrstoffen und -gütern
abgeleitet. Die Forschung rund um die Verfahren zur
sicheren Verwendung und Zulassung von Druckgefä-
ßen dient insbesondere auch der Beantwortung von
Fragestellungen aus der Politikberatung unter ande-
rem zu Treibgasspeichern aus dem Bereich Mobilität.
Der Transport und die Lagerung gefährlicher Güter erfor-
dern eine Einstufung der Korrosivität der Werkstoffe
von Tank- und Lagerbehältern. Die BAM führt daher
systematische Untersuchungen zur Klassifizierung der
Korrosivität von Medien und zur Qualifizierung neuer
Werkstoffe für spezielle Einsatzgebiete durch und ver-
ankert die Erkenntnisse in aktuellen Regelwerken.
Brandversuch auf dem BAM
Testgelände Technische Sicherheit
©BAM
16 Forschungsprogramm (2019 — 2021)Fire Science Mechanismen werden untersucht. Ferner werden
Prüfmethoden für das Abplatzverhalten von Beton
Der Brand- und Explosionsschutz in komplexen Indu- entwickelt und der Einfluss der Geometrie und Größe
strieanlagen, beim Transport gefährlicher Güter oder von Versuchskörpern auf das Abplatzen untersucht.
in Infrastrukturbauwerken aber auch der Flammschutz
von neuen Werkstoffen und der Feuerwiderstand von Rauch beeinflusst aufgrund seiner Toxizität und Sicht-
Bauteilen und Strukturen sind wesentliche Bausteine trübung die Fluchtmöglichkeit von Personen im Brand-
für das Sicherheitsniveau und die nachhaltige Wett- fall. An der BAM wird die Rauchgaszusammensetzung
bewerbsfähigkeit des Technologiestandorts Deutsch- in anwendungsrelevanten Brandszenarien sowie der
land. Im Aktivitätsfeld Fire Science erforscht und Einfluss von alten und neuen Materialien auf die Rauch-
bewertet die BAM die wissenschaftlich-technischen entwicklung untersucht. Hierzu werden im Labormaß-
Zusammenhänge von Bränden und Explosionen und stab die freiwerdenden toxischen Gase und Partikel
deren Verlauf. Außerdem werden die Pyrolyse von untersucht und bewertet. Ziel ist es, die Simulation des
Werkstoffen, ihr Brandverhalten, Flammschutz und Evakuierungsverhaltens zu verfeinern, insbesondere die
Rauchentwicklung, der Brandschutz von Bauteilen, Kombination der Raumbrandsimulation mit der Simu-
Gefahrstoff-/-gutumschließungen und industriel- lation des Fluchtverhaltens. Weitere Schwerpunkte von
len Anlagen, die Branddetektion, die Brandbekämp- Betrachtungen stellen die Brandfrüherkennung und
fung und die Evakuierung erforscht und bewertet. linear-gerichtete Brände wie z.B. Fassadenbrände dar.
Die BAM führt unter kontrollierten Bedingungen
Brandversuche im Groß- und Realmaßstab durch. Security
Diese dienen als unersetzliche Grundlage für die
numerische Modellentwicklung und die Bereitstel- Im Bereich Security arbeitet die BAM an der Entwick-
lung und Validierung von Versuchs- und Bewer- lung technischer Konzepte zum Erhalt der öffentlichen
tungsverfahren auf kleineren Skalen. Ferner lassen Sicherheit und zur Risikominimierung. Eine wichtige
sich Aussagen zum Feuerwiderstand unmittel- Thematik im Bereich Security besteht in experimen-
bar aus den Versuchsergebnissen ableiten. tellen und numerischen Untersuchungen an kritischer
Infrastruktur gegenüber Detonationswirkungen. Die
Untersuchungen des Feuerwiderstands von Konstruk- BAM verfügt mit dem Testgelände Technische Sicher-
tionen mit neuen Baustoffen bzw. neuen Kombinatio- heit (BAM TTS) über eine einmalige Infrastruktur, um
nen von Baustoffen erfolgen auf versuchstechnischer Spreng- und Brandszenarien, wie sie bei gezielten
(thermomechanische Beanspruchung) und auf rech- Angriffen auftreten würden, im Realmaßstab nach-
nerischer (Simulationsberechnungen mittels FEM) zustellen. Anhand von Versuchen wird die Wirkung
Grundlage. Konkrete Beispiele sind das Brandverhalten, von Detonationen auf Bauteile wie Fassaden, Fenster
der Flammschutz sowie die Flammschutzmechanis- und Türen bestimmt und für numerische Simulatio-
men von zukünftigen Polymerwerkstoffen, aktuellen nen verwendet. Der erzeugte Datensatz wird dar-
Werkstoffentwicklungen sowie neuen Flammschutz- über hinaus herangezogen, um die Skalierbarkeit der
konzepten. Dabei stehen nachhaltige Materialien (nach- Experimente zu überprüfen. Darüber hinaus beschäf-
wachende Rohstoffe), Leichtbaumaterialien (Schäume tigt sich die BAM mit der experimentellen Untersu-
und Composite) und synergistische Multikomponen- chung möglicher Brand- und Explosionsauswirkungen
ten-Flammschutzsysteme im Vordergrund sowie der im Realmaßstab, wenn unkonventionelle Spreng-
Einsatz von maßgeschneiderten Untersuchungsme- und Brandvorrichtungen zum Einsatz kommen.
thoden. An der BAM wird zudem die Schutzwirkung
von reaktiven Brandschutzsystemen auf Tragstruk-
turen zur Verbesserung des Feuerwiderstands unter-
sucht. Ziel ist neben der Optimierung des Einsatzes
der reaktiven Brandschutzsysteme insbesondere die
Entwicklung einheitlicher Prüf- und Bewertungsme-
thoden. Das Abplatzen an Betonoberflächen infolge
von Brandeinwirkung sowie die zugrundeliegenden
Forschungsprogramm (2019 — 2021) 173.3 Themenfeld Umwelt
Wirtschaftliches Wachstum fördern und dabei Res- beispielsweise biogene Veränderungen auf Gestei-
sourcen schonen und ökologische Schutzziele einhalten nen, Fassaden und Solaranlagen quantitativ nachge-
– das steht im Fokus der Aktivitäten im Themenfeld wiesen. In Laborexperimenten mit Modellbiofilmen
Umwelt der BAM. Materialien und Produkte stehen über klärt die BAM Mechanismen der Verwitterungspro-
ihren gesamten Lebenszyklus – von der Herstellung zesse auf. Das erhaltene Wissen um die genomi-
über die Nutzung bis zur Entsorgung – in Wechselwir- sche Beschaffenheit der materialbesiedelnden und
kung mit der Umwelt (Wasser, Boden, Luft). Dabei sind -zerstörenden Organismen bildet die Grundlage für
sie Umwelteinflüssen ausgesetzt und beeinflussen eine weiterführende Biodeteriorationsforschung.
durch Emissionen Umwelt, Mensch und Gesundheit. Die BAM setzt markierte genetisch manipulierbare
Modellpilze ein, um das Verständnis der Material-
besiedlungsprozesse zu verbessern und nachhaltig
Umweltverhalten von Materialien innovative Bekämpfungsmethoden zu entwickeln.
und Produkten
Die Biofilmbildung in technischen Anlagen führt zu
Im Bereich Umweltverhalten von Materialien und Pro- einer verminderten Produktion und Effizienz, oft sogar
dukten entwickelt die BAM Messmethoden, mit denen zu unvermitteltem Versagen mit gefährlichen Konse-
solche Wechselwirkungen qualitativ und quantitativ quenzen. Die Untersuchungen der Mechanismen von
bestimmt werden können. Darüber hinaus charak- mikrobiell induzierter Korrosion sollen dazu dienen,
terisieren Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der BAM die Faktoren, die die Anfälligkeit von Materialien und
Schäden durch Umwelteinflüsse, klären Entstehungs- Oberflächen für mikrobielle Besiedlung und mikrobiell
mechanismen auf und zeigen Ansätze für Verbesserun- induzierte Korrosion bestimmen, besser zu verstehen
gen und Schutzmaßnahmen. Sie leisten damit einen und geeignete Gegenmaßnahmen zu entwickeln.
wichtigen Beitrag zur Verbesserung des Umweltver-
haltens und der Umweltverträglichkeit von modernen Ein weites Forschungsgebiet zur Biokorrosion sind
und zukunftsfähigen Materialien und Produkten. medizinische Implantate. Die Arbeiten tragen zu
einem Verständnis bei, inwiefern die Mikroorganis-
Durch Einsatz molekularbiologischer, mikroskopi- men, die Korrosion verursachen, auch Krankheitser-
scher und geochemischer Analysemethoden werden reger sein können. Darauf basierend führt die BAM
©BAM
18 Forschungsprogramm (2019 — 2021)Untersuchungen zur Entwicklung von Biozidresi- Schadstoffen in Boden und Grundwasser betrachtet.
stenzen bei Bacteria in Kombination mit Antibiotika Dafür werden Verfahren zur Ableitung des Gefährdungs-
durch, um etwaige Kreuzresistenzen besser zu ver- potentials aus dem experimentell bestimmten Quell-
stehen. Die breite Expertise der BAM im Umgang term für mittelfristige Zeiträume weiterentwickelt.
mit Mikroorganismen wird auch genutzt, um solche Ein Schwerpunkt sind Untersuchungen in Systemen
in technischen Systemen wie Kühlkreisläufen, Kühl- mit neuartigen Schadstoffen, sogenannte emerging
schmiermitteln, Treibstoffversorgungen und ähn- pollutants wie z.B. perfluorierte Verbindungen.
lichem zu quantifizieren und charakterisieren.
Im Bereich der Baustoffgewinnung wird die Ressourcen-
Die BAM verwendet materialschädigende Insekten schonung und Nachhaltigkeit betrachtet. Die Baustoff
im Rahmen ihrer Forschungsarbeiten und betreibt industrie umfasst die aktuell größten Massenströme
die Zucht und Bereitstellung von Insekten als Refe- und den größten Verbrauch an primären Rohstoffen. Die
renzorganismen für Prüfungen. Dies beinhaltet Verwendung von Massenreststoffen zur Nutzung als
Untersuchungen zur biologischen Bekämpfung Ausgangsstoffe für die Baustoffe kann bei gleicher oder
von Materialschädlingen, gelbe Biotechnologie zur gesteigerter Leistungsfähigkeit einen wichtigen Beitrag
Entwicklung von neuartigen Substanzen, wie z.B. zur Ressourcenschonung liefern. Hierfür kommen alle
antimikrobielle Stoffe und die Isolierung neuer Mikro- umweltverträglichen Massenreststoffe in Frage, die als
organismen insbesondere mit Hilfe von Termiten. dauerhaftes Material in Bauprodukten einsetzbar sind.
Die BAM betreibt Auslagerungsversuche in natür-
lichen und künstlichen Klimaten. Materialien wer- Umweltschadstoffe
den dabei unterschiedlichen Beanspruchungen in
der Luft, im Boden und in Gewässern ausgesetzt, Innovative Produkte und Materialien können neue,
die mittel- und langfristigen Veränderungen unter- umweltfremde Stoffe freisetzen. Jeder dieser neuen
worfen sind. Diese Veränderungen sowie der Ein- Stoffe bringt erwünschte und oftmals unerwünschte
satz neuer Materialen in innovativen technischen Wirkungen mit sich. Ein Forschungszweig fokussiert
Lösungen in globalen Märkten erfordern fortlau- sich auf die Entwicklung chromatographischer Ana-
fende Untersuchungen zum Materialverhalten. Die lyseverfahren für organische Kontaminanten in der
erhaltenen Datensätze werden BAM-intern zur Vali- Umwelt und in Lebensmitteln mit dem Ziel, diese
dierung von Alterungskammern für eine künstliche Verfahren für die Qualitätssicherung bzw. nationale
Beschleunigung dieser Prozesse herangezogen. und internationale Normung nutzbar zu machen. Im
Mittelpunkt dieser Arbeiten steht die spurenanalyti-
In Modellversuchen werden die Schadstoffausträge aus sche Quantifizierung klassischer Target-Analyten und
Materialien und Produkten ermittelt. Die Modellsze- emerging pollutants. Darüber hinaus können die Gas-
narien in Klimakammern und in mikrobiell hochaktiven und Flüssigkeitschromatographie eingesetzt werden,
Böden werden mit Freilandszenarien verglichen, um um die Konzentrationen von Umweltschadstoffen
Wege zu einer beschleunigten Testung zu finden. Bei- direkt in Umweltmatrices (Wasser, Boden, Luft) zu
spielhaft werden so Austräge von Flammschutzmitteln bestimmen. Auch Reinstoffanalysen werden im Rah-
und Monomeren als Abbauprodukten aus Polymermate- men der Teilnahme an Ringversuchen durchgeführt.
rialien untersucht. Darüber hinaus wird die Mobilität von
Die BAM nimmt eine Bewertung der Nachhaltigkeit
von Materialien bezüglich technischer Sicherheit vor.
Hierzu erfolgt eine Abwägung der technischen Sicher-
heit gegenüber vertretbaren toxischen und ökoto-
xischen Auffälligkeiten und Nachteilen. Ergibt sich
durch Umweltgesetzgebungen eine Substitution von
Stoffklassen, so erarbeitet die BAM werkstoff- und
schmierstofftechnische Lösungswege für die Substi-
tuenten durch die Erstellung tribologischer Profile.
Glasträger mit Modellbiofilmen
Forschungsprogramm (2019 — 2021) 19An der BAM werden Referenzverfahren für die qua- schaffen und Minderungsmöglichkeiten aufzeigen. Die
litative und quantitative Bestimmung der Emission Entwicklung und Bereitstellung von Referenzatmo-
aus Materialien und Produkten in die Luft, Immission sphären und Emissionsreferenzmaterialien ermöglicht
und deren Wechselwirkung mit Material und Umwelt eine praxisnahe Überprüfung und Kalibrierung und ide-
entwickelt. Emissionen aus Materialien und Produk- alerweise Rückführung bestehender Referenzverfah-
ten, wie Bedarfsgegenständen, 2D- und 3D-Druckern ren auch in Multikomponenten-Zusammensetzungen.
und Nanomaterialien, wie auch deren Immission und Hiermit lassen sich auch neue, möglicherweise sehr
Wirkung auf Material und Umwelt werden bisher nur einfache Messverfahren (z.B. Citizen Science, Pas-
unzureichend untersucht und charakterisiert. Daher sivsammler, Sensoren) untersuchen und bewerten.
werden an der BAM leistungsfähige Verfahren erar-
beitet, auch für neue, bisher nicht näher untersuchte Die Einbringung von Bioziden in Kulturgut ermöglicht
Luftschadstoffe, die eine umfassende qualitative und den Schutz vor Insekten- und Schimmelbefall. Die ein-
quantitative Erfassung und Bewertung unter pra- gebrachten Substanzen stellen jedoch auch eine Gefahr
xisnahen Bedingungen ermöglichen, Referenzwerte für Mensch und Umwelt dar und können zudem Kunst-
©BAM
20 Forschungsprogramm (2019 — 2021)werke schädigen. Die BAM arbeitet an der qualitativen
und quantitativen Bestimmung der Biozide und ermög-
licht dadurch die Bewertung des Gefahrenpotentials
und die Erstellung von Konzepten zur Detoxifizierung.
Ressourcenrückgewinnung
und Materialverwertung
Die Erhöhung der Rohstoffproduktivität ist erklärtes
Ziel der Bundesregierung. Dieses ist insbesondere durch
eine konsequente Weiterentwicklung der Kreislauf-
wirtschaft unter Einbeziehung von Massenreststoffen
erreichbar. Im Bereich der Gewinnung und Verwertung
von Sekundärrohstoffen befasst sich die BAM mit der
Rückgewinnung von Wertstoffen aus großen Rest-
stoffströmen der industriellen Produktion, Baurestmas-
sen, sowie Aschen und Schlacken. Für die Verwertung
solcher Reststoffe entwickelt und bewertet die BAM
Verfahren der Stofftrennung. Es werden thermochemi-
sche Verfahren mit dem Ziel entwickelt, anorganische
industrielle Reststoffe und Abfälle umweltfreundlich
und ressourcenschonend zu behandeln. In vielen Fällen
steht die Rückgewinnung ökonomisch und technolo-
gisch bedeutender Wertstoffe im Fokus. Unter anderem
werden pyrometallurgische Prozesse im kleintechni-
schen Lichtbogenofen bei Temperaturen oberhalb von
2000°C untersucht. Darüber hinaus wird die Rückge-
winnung von Sekundärrohstoffen aus Abfällen mit
nassmechanischen Verfahren in einer halbtechnischen
Aufbereitungsanlage untersucht. Schwerpunkt bil-
den Aschen aus der thermischen Abfallbehandlung.
Aluminium aus Hausmüllverbrennungsasche
Forschungsprogramm (2019 — 2021) 213.4 Themenfeld Material
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik sind Schweißverbindungen spielen als Fügetechnik wei-
essenzielle Schlüsseltechnologien einer modernen, terhin eine Schlüsselrolle im Konstruktions- und Fer-
wirtschaftlich starken Gesellschaft und bilden die tigungswesen. Die BAM arbeitet zu dem Einsatz des
klassische Kernkompetenz der BAM. Das Themen- Laserstrahl- und Laserstrahlhybridschweißverfahrens
feld Material führt die materialwissenschaftlichen zum Schweißen von dickwandigen Konstruktionen vor
und werkstofftechnischen Erkenntnisse aus allen dem Hintergrund der Herstellung qualitätsgerechter
Themenfeldern zusammen und beleuchtet Lebens- Schweißverbindungen. Die Mechanismen der Heiß
dauer, Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit von Mate- rissentstehung beim Laserstrahlschweißen werden
rialien und den Life Cycle von Komponenten. unter dem Aspekt des Zusammenwirkens zwischen
dem Werkstoff, der Konstruktion und dem Schweiß
prozess untersucht. Die Arbeiten zur Heiß- und Kaltriss-
Life Cycle von Komponenten bildung an Fügeverbindungen und deren Vermeidung
konzentrieren sich auf die Quantifizierung von spezi-
Der sichere Betrieb von technischen Systemen und Pro- fischen Einflussgrößen und auf die Entwicklung von
zessen ist von grundlegender Bedeutung für die öffent- Strategien zur Heißriss- und Kaltrissvermeidung beim
lich-technische Sicherheit. Die sicherheitstechnischen Schweißen von Bauteilen. Es erfolgen Untersuchun-
Anforderungen müssen von der Konzepterstellung und gen zu konstruktiven und werkstofflichen Einflüssen
der Konstruktion über die Fertigung und Montage sowie auf das Kaltrissverhalten (Wasserstofftransportver-
die Betriebsphase einschließlich Überwachung und halten) von innovativen hochfesten Stählen unter
Reparatur bis hin zur Demontage und Recycling reali- Anwendung moderner Heiß- und Kaltrissprüfver-
siert werden. Im Zuge der Globalisierung der Märkte und fahren. Warmfeste Stähle sind vielfältig eingesetzte
den damit einhergehenden verkürzten Entwicklungszei- Werkstoffe in der Energiebranche und Industrie. Zur
ten kommt es verstärkt darauf an, das hohe Niveau der Unterdrückung der Rissbildung beim Schweißen von
technischen Sicherheit in Deutschland und der in unse- warmfesten Stählen erfolgen Untersuchungen zur
rem Land gefertigten Produkte zu erhalten, um die- Vermeidung von Spannungsrelaxationsrissen unter
sen Standort- und Wettbewerbsvorteil zu sichern und Einspannung und Simulationen von Wärmeeinflusszo-
weiter auszubauen. Dies verlangt von der Wirtschaft nen-Gefügen sowie thermodynamische Berechnungen.
und den Überwachungsorganen zuverlässige, aussa-
gekräftige und realistische Prüfverfahren und Simula- Zur Untersuchung der wasserstoffunterstützten
tionstechniken. Die BAM hilft bei der Entwicklung und Rissbildung und Risskorrosion in metallischen Struk-
Anwendung solcher Verfahren zur sicherheitstechni- turwerkstoffen liegt der Fokus auf der Degradation
schen Bewertung und interdisziplinärer Schadensana- mechanischer Eigenschaften von metallischen Struk-
lyse technischer Systeme und ihrer Komponenten. turwerkstoffen für sicherheitsrelevante Komponen-
ten durch Wasserstoff während der Fertigung und im
Additiven Fertigungsverfahren wird in der digita- Betrieb. Mit Hilfe von Experimenten unter Abbildung
len vernetzten Industrieproduktion der Zukunft eine realitätsnaher Beanspruchungen lassen sich kritische
große Rolle beigemessen. Die BAM arbeitet an der Bedingungen für die Entstehung wasserstoffunter-
Verfahrensentwicklung und Beurteilung additiver Ferti- stützter Risse ermitteln. Über begleitende numerische
gungsverfahren für Metalle. Verschiedene additive Fer- Simulationen werden die Schädigungsmechanismen
tigungstechnologien für metallische Werkstoffe werden erörtert und geeignete Maßnahmen zur Vermeidung der
zur Schaffung eines Verständnisses für die Zusammen- Rissbildung erarbeitet sowie neue Werkstoffe für den
hänge zwischen Prozessparametern und resultierenden Einsatz unter kritischen Bedingungen qualifiziert. Aktu-
mechanisch-technologischen Eigenschaften und Defekt elle Forschungsvorhaben beschäftigen sich mit der
erscheinungen genutzt. Dadurch soll eine Grundlage für zeitlichen Entstehung wasserstoffunterstützter Risse
den zukünftigen Einsatz additiv gefertigter Bauteile für in Schweißnähten von Komponenten für Offshore-
sicherheitsrelevante Anwendungen geschaffen werden. Windenergieanlagen sowie mit der Entstehung
22 Forschungsprogramm (2019 — 2021)Sie können auch lesen
