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Browsing Anderes by Department "Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT"
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PublicationChallenges and Requirements in comparative Life Cycle Assessment of Plastics Recycling( 2024)Galafton, ChristinaIn position papers, the Fraunhofer Cluster of Excellence Circular Plastics Economy (CCPE) addresses issues that are currently of concern to society, science and business. As CCPE researchers, we want to take a stand and contribute our opinion to current debates. At the same time, we want to show whether and how we can contribute to solving these challenges with science-based data and facts. Our position papers are developed jointly by the employees of the Fraunhofer Cluster of Excellence Circular Plastics Economy CCPE - each position paper is the result of an opinion-forming process involving several institutes. Fraunhofer CCPE combines the competences of six institutes of the Fraunhofer Gesellschaft and cooperates closely with further Fraunhofer Institutes and industry partners. Together, we work on systemic, technical, and social innovations, focusing on the entire life cycle of plastic products. Under the leadership of the Fraunhofer Institute for Environmental, Safety and Energy Technology UMSICHT, the following research institutes have joined forces: the Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP, the Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT, the Fraunhofer Institute for Material Flow and Logistics IML, the Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging IVV and the Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability LBF. The position paper "Challenges and requirements in comparative life cycle assessment of plastics recycling" was prepared by the Fraunhofer Institutes UMSICHT, IML and ICT.
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PublicationCritical Materials for Climate Technologies in the EU. An overview of five renowned studies( 2023-01)
;Heumann, JohannesAgainst the backdrop of the climate crisis, countries worldwide agreed in the Paris agreement to keep global warming below 2°C compared to the pre-industrial era, ideally below 1.5°C. The EU set out the goal to reach carbon neutrality by 2050 - a goal for which the energy sector will play a central role, as the production and use of energy is responsible for more than 75% of greenhouse gas emissions. To transition to low carbon energy production, photovoltaic and wind turbines, coupled with energy conversion technologies such as electrolysers, fuel cells, and batteries, are believed to be key solutions. But these technologies require substantial amounts of scarce raw materials with EU import dependency and environmental and social problems connected to extraction and refining. The vulnerability of the EU energy sector became apparent in 2022 at the example of its dependency on Russian oil and gas. The supply chain for clean energy technologies could be equally vulnerable and jeopardise the achievement of EU climate targets. A plethora of studies dealing with resource scarcity has been performed. These studies, however, differ in their results regarding the most critical materials and often only provide vague recommendations on how to increase the resilience of the production and supply chains. Hence, it is of interest to synthesize the findings of major studies from renowned institutions, identify commonalities as well as differences, filter out areas with need for immediate action and create an overview of critical materials in climate technologies. -
PublicationDer Digitale Zwilling in der Batteriezellfertigung( 2023-01-10)
;Schmetz, Arno ;Pouls, Kevin Bernard ;Hülsmann, Tom-Hendrik ;Roth, David ;Gehring, Janine ;Hamacher, Nils Christian ;Jaspers, Wilhelm ;Mohring, Leon ;Brandstetter, Alexander ;Cziasto, Dennis ;Kornely, Mia J.K. ;Kraus, Sander ;Niemietz, PhilippKampker, AchimDas Konzept des Digitalen Zwillings als Abbild eines physischen Gegenstücks befindet sich zurzeit in der Entwicklung und liefert erste vielversprechende Ergebnisse. Gleichzeitig unterscheiden sich die Ziele und die Definition Digitaler Zwillinge abhängig von Anwendungsbereich und Anwendungsfall teils deutlich voneinander. Die Beschreibungen und Konzepte Digitaler Zwillinge einer konkreten Anwendung lassen sich deshalb nicht einfach auf neue Anwendungsfelder übertragen. Unterdessen ist die Batteriezellfertigung eine Schlüsseltechnologie der Energie- und Mobilitätswende, die noch immer von hohen Kosten sowie Ausschussraten geprägt ist und enorm vom Einsatz Digitaler Zwillinge profitieren wird. Um eine Grundlage für die Entwicklung Digitaler Zwillinge in der Batteriezellfertigung zu schaffen, zeigt dieses Whitepaper, basierend auf bestehenden Arbeiten, eine einheitliche Definition für den Digitalen Zwilling in der Batteriezellfertigung auf. Dafür wurden drei Ausprägungen des Digitalen Zwillings identifiziert: der Gebäudezwilling, der Anlagenzwilling und der Produktzwilling. Jede dieser Ausprägungen gilt es im Detail zu betrachten, sodass Bestandteile der jeweiligen Ausprägungsformen identifiziert, exemplarische Anwendungsfälle aufgezeigt und konkrete Ziele und Herausforderungen definiert werden können. Basierend auf den in diesem Whitepaper beschriebenen Konzepten dient der Digitale Zwilling in der Batteriezellfertigung zukünftig zur Nachverfolgung, Optimierung und Steuerung von Produkten und Prozessen. Dies kann perspektivisch die Energie-, Rohstoff- und Kosteneffizienz in diesem wichtigen Zukunftsbereich deutlich verbessern. -
PublicationEnergieeffiziente und qualitätsorientierte Anlagenkonzepte für die Batteriezellfertigung( 2023)
;Heller, Marius ;Holöchter, Niels ;Miggelt, Matthias ;Niggestich, Max ;Schöne, Nele ;Janning, Florenz ;Wessel, SaskiaEin Schlüssel zu einer nachhaltigeren Gesellschaft ist die Entwicklung und Nutzung neuer Energieträger. Aufgrund der begrenzten Ressourcen und der negativen Ökobilanz ist es notwendig, fossile Energieträger langfristig zu ersetzen. Die Batteriespeichertechnologie ist dafür einer der vielversprechendsten Ansätze, insbesondere die Lithium-Ionen-Batterie, die zum Beispiel aus der Elektromobilität nicht mehr wegzudenken ist. Die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien ist in den vergangenen Jahren signifikant gestiegen, und es ist zu erwarten, dass dieser Trend sich exponentiell fortsetzen wird. Die Batterie hat gegenüber fossilen Energieträgern einen großen Vorteil in Bezug auf Schadstoff-Emissionen. Darüber hinaus gilt es allerdings, auch die gesamte Wertschöpfungskette und den Lebenszyklus einer Batterie nachhaltiger zu machen. Dazu zählen die in einer Batterie verwendeten Materialien, innovative Recyclingkonzepte und nicht zuletzt neue Technologien für die Produktion von Batteriezellen. Die Prozesse der Batteriezellproduktion sind teils sehr energieintensiv. Daher beschäftigen sich die Forschenden der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB unter anderem mit neuen Technologien, die die Produktion von Batteriezellen effizienter sowie energiesparender und auf diesem Wege nachhaltiger und ökonomischer machen. Neben Innovationen im Bereich der Anlagentechnik spielt auch die Umgebung, in der die Produktion stattfindet, eine besondere Rolle. Derzeit befindet sich die Produktion üblicherweise in Rein- und Trockenräumen. Um die klimatischen Bedingungen dieser Räume zu erzeugen, bedarf es teils sehr energieintensiver Prozesse. Eine vielversprechende Alternative stellt der Einsatz von so genannten »Mini- und Makro-Environments« dar. Das bedeutet, dass die Prozessschritte in einer kleineren Umgebung stattfinden, bis hin zur Arbeit mittels Handschuhkästen, den so genannten »Gloveboxes«. Bislang begrenzt sich die Nutzung von »Mini-Environments« auf den Labor- beziehungsweise Pilotmaßstab. Gloveboxes sind zuverlässig und langjährig in den Batteriezelllaboren im Einsatz und lassen sich durch manuelle Schritte oder durch teilautomatisierte Prozesse miteinander koppeln, um den gesamten Wertschöpfungsprozess einer Batteriezelle abzubilden. Die Forschenden der Fraunhofer FFB evaluieren in diesem Whitepaper die Möglichkeiten, »Mini- und Makro-Environments« auch im Serienmaßstab zu etablieren. Einen Durchbruch erwarten die Forschenden bereits in den kommenden Jahren. Die Mitarbeitenden der Fraunhofer FFB arbeiten durch ihre Forschung in diesem und vielen weiteren Gebieten täglich daran, Batterietechnologien effizienter und ökologischer zu gestalten. So werden diese langfristig zu einer rundum nachhaltigen Alternative zu fossilen Energieträgern. -
PublicationSkalierbare Herstellung von ATMPs( 2022)
;Gebken, Natalie ;Kleine-Wechelmann, Sarah ;Puls, Sebastian ;Lengen, Rolf Hendrik van ;Schmidt, Andreas ;Braun, Dennis ;Brehmer, Annika ;Dürre, Gregor ;Dluczek, Sarah ;Franz, PaulTradler, ThomasDie Entwicklung von Arzneimitteln für neuartige Therapien (ATMPs; Advanced Therapy Medicinal Products) schreitet schnell voran. Erste Produkte haben bereits die Marktzulassung erhalten und sind kommerziell erhältlich. Ihre Produktion ist jedoch von komplexen manuellen Abläufen, hochspezialisierten Geräten und den damit verbundenen hohen Produktionskosten geprägt. Aufgrund der Neuartigkeit und der hohen Komplexität bei der Produktion kann das volle klinische Potential von ATMPs in Zukunft unter den bestehenden Produktionsbedingungen nicht ausgeschöpft werden. Darüber hinaus nehmen die am Markt zugelassenen Produkte und die klinischen Anwendungsgebiete von ATMPs stetig zu, was langfristig nicht nur zu einem Engpass in der Produktion, sondern auch zu einer hohen finanziellen Belastung des Gesundheitssystems führen wird. Um die Herstellkosten von ATMPs zu senken und sie vielen Patientinnen und Patienten zur Verfügung stellen zu können, sind neue Konzepte entlang der gesamten Wertschöpfungskette erforderlich. Dafür muss die Produktion insbesondere stärker automatisiert und digitalisiert werden. Unterschiedliche Konzepte sind hier vielversprechend für eine vollautomatisierte Produktion, im Sinne einer vollintegrierten Automatisierung oder eines modularen Aufbaus der Produktionsumgebung. Die Implementierung dieser Konzepte setzt neue Entwicklungen voraus, von der Entnahme der Zellen bei der Spenderin oder beim Spender über die Produktionstechnologien an sich bis hin zur finalen Formulierung und Abfüllung des Produkts. Neben Änderungen im Bereich der Hardware werden auch neue Softwarelösungen notwendig, beispielsweise zur Planung und Auswahl geeigneter Produktionsszenarien. Auch für die eigentliche Produktion von ATMPs und die damit verbundenen Daten müssen zukünftig neue Technologien, wie bspw. integrierte Prozesskontrollen, die Prozessbegleitung mittels Digitalem Zwilling oder die Analyse sowie Prozesssteuerung mittels Künstlicher Intelligenz (KI) berücksichtigt werden, um das volle Automatisierungspotential ausschöpfen zu können. -
PublicationUD-Tape basierte Bauteile in kurzer Zykluszeit. Strahlungsinduzierte Vakuumkonsolidierung beschleunigt UD-Tape-Verarbeitung( 2019)Der Einsatz von faserverstärkten Thermoplasten in der automobilen Serienproduktion in Form von gewebten Halbzeugen ist bereits Stand der Technik. Dabei bieten unidirektional faserverstärkte Thermoplastbänder, sogenannte UD-Tapes, wesentliche Vorteile im Vergleich zu gewebten Halbzeugen und könnten diese in Zukunft ersetzen. Entscheidend hierfür ist eine großserientaugliche Prozesstechnologie zur Herstellung UD-Tape basierter Bauteile. In einer neuen Anlage beseitigt die strahlungsinduzierte Vakuumkonsolidierung den Engpass in der Prozesskette des Thermoplast-Tapelegens.
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PublicationVon der Müllhalde zur Autobahn: Ecopals stellt Asphalt aus Plastikmüll her( 2023-10-05)Varga, JonasPlastikmüll ist ein globales Übel. Aber was, wenn Plastik der Schlüssel zu einer nachhaltigeren Zukunft in der Infrastruktur ist? Jonas Varga war Teil eines Vereins in Nepal, der nach dem verheerenden Erdbeben 2015 mit einer Vielzahl von Projekten half. Eines davon konzentrierte sich auf das Recycling von Plastikmüll. "Die Herausforderung vor Ort war die fehlende Infrastruktur für das Sammeln, Sortieren und Aufbereiten von Müll", sagt Varga - und auch fehlende oder schlechte Straßen. Genau hier setzt er mit seinem Startup Ecopals an: Varga will Altplastik im Straßenbau nutzen und damit Straßen haltbarer machen. "Wir haben 2010 schon ein Projekt dazu gehabt", erzählt Torsten Müller von der Fraunhofer-Gesellschaft. Müller beschäftigt sich im "Fraunhofer Cluster Plastics Economy" mit der Vielfalt von Kunststoffen und wie diese im Kreislauf geführt werden können. Als Varga und sein Team ihre Asphalt-Idee vorstellten, war Müller sofort dabei: "Wir brauchten ein Geschäftsmodell und das hat Jonas entwickelt", sagt der Forscher. Ihm zufolge ist es keine neue Idee, Kunststoff im Straßenbau einzusetzen, allerdings handelt es sich meistens um Neuware. Anfangs stieß die Idee jedoch auf Skepsis. "Das Regelwerk, nach dem wir in Deutschland Straßen bauen, ist nicht besonders offen", erklärt Varga. Auch Müller weiß: "Der Beamte richtet sich am Regelwerk aus. Das ist das Problem." Gemeinsam müssen sie also nicht nur eine Technologie entwickeln, sondern auch bürokratische Hürden überwinden. Mittlerweile gebe es 25 größere und kleinere Projekte, berichtet Varga. Wie er und sein Team die Hürden überwinden wollen und ob Asphalt aus altem Plastik irgendwann die Regel wird, erzählen Jonas Varga und Torsten Müller in der neuen Folge von "So techt Deutschland".