Grün zahlt sich für Unternehmen aus

 

© FH Dortmund | Benedikt Reichel

Dortmund, 10. Juli 2024. Europas „Green Deal“ fordert von Unternehmen nachhaltiges Handeln. Vier Wirtschafts-Professor*innen der Fachhochschule Dortmund haben untersucht, ob Nachhaltigkeit im Vertrieb deutscher Unternehmen nur ein schönes Wort auf dem Papier oder gelebte Praxis ist. Ihr Fazit: Die Firmen haben noch einiges zu tun. Aber wenn sie jetzt handeln, zahlt es sich aus.

Der Vertrieb ist eines der größten Arbeitsfelder in Deutschland und für Unternehmen von essenzieller Bedeutung, um die angebotenen Produkte oder Dienstleistungen an Kunden zu bringen. Etwa jede*r zehnte Beschäftigte in Deutschland ist im Vertrieb tätig. „Als Schnittstelle zu Kunden kann der Vertrieb genau einschätzen, ob die steigenden Anforderungen der Nachhaltigkeits-Regulatorik an die Unternehmen umgesetzt und entscheidungsrelevant sind“, sagt Prof. Dr. Sabrina Scheidler, Corporate-Sustainability-Expertin und Mit-Autorin der Studie. Vertriebsmitarbeitenden komme daher eine „Whistleblower“-Funktion zu.

Für die erste große Studie zum Umsetzungsstand der Nachhaltigkeit im Vertrieb haben die Forschenden der FH Dortmund mehrere Hundert Vertriebsmitarbeitende aus verschiedenen Branchen und Hierarchieebenen befragt. Der überwiegende Teil sieht eine wachsende Bedeutung des Themas Nachhaltigkeit in den Unternehmen und das Potential für einen künftigen Wettbewerbsvorteil. Auch auf Kundenebene ist das Interesse hoch: 84 Prozent fordern Nachhaltigkeitsinformationen aktiv an – etwa den CO2-Fußabdruck oder Herkunftsnachweise für Materialien.

„Die Sogwirkung der Regulatorik zieht an und Aspekte der Nachhaltigkeit sind kundenseitig häufig jetzt schon formale Kriterien der Ausschreibung“, resümiert Prof. Scheidler. „Wenn es dann jedoch um die konkrete Entscheidungsfindung geht, spielen nachhaltigkeitsbezogene Aspekte bislang nur eine untergeordnete Rolle. Auch eine zusätzliche Zahlungsbereitschaft gibt es derzeit kundenseitig nur in geringem Umfang.“ Diese kundenseitig fehlende Wertschätzung für nachhaltige Aktivitäten hinterlässt im Vertrieb seine Spuren, wie ihr Kollege Prof. Dr. Fabian Kubik ergänzt. „Wir stellen in unserer Studie fest, dass eine echte Priorisierung von Nachhaltigkeit im Vertrieb und eine dementsprechende Vertriebssteuerung nur wenig stattfindet. Die Umsetzung ist hier noch zögerlich.“

Nur wenige Unternehmen hätten Nachhaltigkeit in den Vertriebszielen verankert. „Als Mitarbeitender mache ich das besonders gut und intensiv, wofür ich unternehmensseitig belohnt werde“, erklärt Fabian Kubik. Das gelte insbesondere im Vertrieb, in dem ein variabler, an konkrete Ziele geknüpfter Vergütungsanteil gang und gäbe ist. „Darum müssen Nachhaltigkeitsziele der Unternehmen auf die individuellen Mitarbeiterziele heruntergebrochen werden. Dabei könne es sich um Zielmarken beim Verkauf nachhaltiger Produkte handeln, aber ebenso um eine umsichtige Planung von digitalen oder Vor-Ort-Terminen.“ Nur so hätten Beschäftigte Klarheit darüber, wie im Sinne der Nachhaltigkeit gehandelt werden sollte und entsprechende Anreize dafür. „Andernfalls kann eine Unternehmensstrategie noch so nachhaltig sein – sie bleibt am Ende der Kette ohne Wirkung“, betont Fabian Kubik.

In der Übersetzung der Nachhaltigkeitsstrategien in sogenannte KPIs, also in die Kennzahlen für Leistung und Erfolg, sehen die Studien-Autor*innen demnach die größten Stellschrauben hin zu mehr Nachhaltigkeit im Vertrieb. Laut Studie hätten lediglich 18 Prozent der Befragten nachhaltigkeitsbezogene Individualziele. „Nachhaltigkeit muss geschäftsrelevant sein“, betont Sabrina Scheidler. Dass die frühzeitige Umsetzung nachhaltiger Vertriebspraktiken einen strategischen Wettbewerbsvorteil darstellt, glaubt nicht nur die Mehrheit der befragten Beschäftigten. Die Autor*innen der Nachhaltigkeitsstudie können dies auch mit Zahlen belegen.

Dafür haben sie Unternehmen in zwei Gruppen eingeteilt: Nachhaltigkeitsführer haben in diesem Bereich klare und tief verankerte Strategien und setzen Nachhaltigkeitsaspekte aktiv um. Zu den Nachhaltigkeitszögerern zählen Unternehmen, die nur auf Druck von Gesetzen und Vorschriften reagieren, die nur minimale Anstrengungen unternehmen oder beim Thema Nachhaltigkeit sogar blockieren.

„Bei den Nachhaltigkeitsführern sehen wir, dass sie in der betriebswirtschaftlichen Performance signifikant besser aufgestellt sind als die Zögerer“, sagt Prof. Dr. Hanaa Ryari. Sie hätten mehr Umsatzwachstum und höhere Gewinne als der Branchenschnitt, punkten mit ihren nachhaltigen Aktivitäten ebenso bei Kunden- und Mitarbeitenden-Bindung. Bei den Nachhaltigkeitszögerern plant schon jetzt jeder dritte Beschäftigte das Unternehmen im nächsten Jahr zu verlassen, bei den Nachhaltigkeitsführern ist es nur jeder zehnte Mitarbeitende. Ebenso haben die Zögerer deutlich größere Probleme in der Rekrutierung neuer Mitarbeitender. „Da im Vertrieb zunehmend Fachkräfte fehlen, sind Unternehmen gut beraten, jetzt aktiv zu werden. Nachhaltigkeit zahlt sich aus“, so Hanaa Ryari.

Originalmeldung:
https://www.fh-dortmund.de/news/nachhaltigkeit-im-vertrieb-_-studie.php

Ansprechpartnerin:
FH Dortmund
Pressesprecherin
Heike Mertins
+49 (0)231 9112 9127
heike.mertins@fh-dortmund.de

Wie Industriegebäude zu „Kraftwerken“ werden

 

© FH Dortmund | Benedikt Reichel

Dortmund, 24. Juni 2024. Gründach und Dämmung, Photovoltaik und Fassaden mit Solarthermie, Wärmepumpen – es gibt viele Möglichkeiten, Gebäude energetisch zu optimieren. Gemeinsam mit der RWTH und FH Aachen gehen Architekt*innen der Fachhochschule Dortmund einen Schritt weiter. Im Projekt „Virtueller Energiedemonstrator“ zeigen sie, wie Industriegebäude klimapositiv sein können. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz unterstützt das Vorhaben.

„Zeitgemäße Energiekonzepte müssen die Vielzahl an Möglichkeiten und Komponenten zusammendenken und die konkrete Wirkung im Kontext beurteilen“, erklärt Prof. Dr. Helmut Hachul vom Fachbereich Architektur der FH Dortmund. Darum gehe es im Projekt auch nicht darum, einzelne Komponenten als „besser“ oder „schlechter“ zu bewerten. „Mit dem virtuellen Energiedemonstrator entwickeln wir ein Tool, das es Planer*innen ermöglichen wird, einzelne Maßnahmen perfekt aufeinander abzustimmen.“

Der Fokus liegt dabei auf Industriegebäuden und insbesondere auf Stahlkonstruktionen. „Das sind die mittelgroßen Werkshallen, die wir hier in der Region zu Hunderten haben“, so Prof. Hachul. Der Experte für Metallbau sieht hier großes Potenzial, denn bislang werde beim Industriebau noch zu wenig auf die Gebäudeenergie geachtet. „Wir wollen aufzeigen, was bereits mit heutiger Technik und dem Stand der Forschung möglich ist“, betont Prof. Hachul. Er spricht von energieaktivieren Stahllösungen zur Energiegewinnung, -speicherung und -verteilung, von Solarthermie in den Hallenwänden, von Stahl-Energiepfählen in der Erde. „Neben dem Strom legen wir dabei einen Schwerpunkt auf die Wärmeenergie – wobei es dabei sowohl um eine Beheizung im Winter als auch um Kühlung im Sommer geht.“

Im virtuellen Energiedemonstrator wird es zwei standardisierte Mustergebäude geben: die mittelgroße Industriehalle und ein Bürogebäude. „Wir erstellen dafür 2D- und 3D-Modelle und unterfüttern die einzelnen Bauteile mit Daten – sowohl physikalischen Daten, aber auch Baukosten“, beschreibt Prof. Hachul das Ziel. Planer*innen und Baufachleute sollen dann wie ein DJ am Mischpult an den Reglern spielen. Nur dass sie nicht Bass und Tempo pegeln, sondern viel mehr Material, Dämmung und Kosten einstellen. Die komplexen Wechselwirkungen und Berechnungen übernimmt dann das digitale Tool.

„Letztlich geht es darum, die Welt grüner zu machen. Und wir können mit diesem Projekt Wege dafür aufzeigen“, sagt Prof. Hachul. Bestenfalls würden so Industriegebäude entstehen, die mehr Energie erzeugen, als sie verbrauchen.

Originalmeldung:
https://www.fh-dortmund.de/news/wie-industriegebaeude-zu-kraftwerken-werden.php

Ansprechpartnerin:
FH Dortmund
Pressesprecherin
Heike Mertins
+49 (0)231 9112 9127
heike.mertins@fh-dortmund.de

FH Südwestfalen entwickelt Konzept für nachhaltige Waldnutzung

© AdobeStock | Inga Nielsen

Soest, 16. April 2024. Der Wald ist in seiner Bedeutung für den Schutz von Klima, Wasser und Biodiversität, als wertvoller Erholungs- und Lebensraum und als Rohstoffquelle essenziell wichtige Ressource. Klimaveränderung und Schädlingsbefall haben vor allem den Fichten-Reinbeständen in der Region Südwestfalen stark zugesetzt. Im Rahmen des Verbundprojekts „ReForm-regioWald“, gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung, arbeitet ein Team der Fachhochschule Südwestfalen mit Projektpartnern jetzt daran, ein innovatives Konzept zu entwickeln, das auch neue Geschäftsmodelle für Waldbesitzer*innen erschließen kann.

Der Wald ist in keinem guten Zustand. Die Ursachen sind weitestgehend identifiziert, die nationalen Maßnahmen zum Schutz des Waldes werden aktuell teils kontrovers diskutiert. So verhandelt das Bundeskabinett eine Novelle des Waldgesetzes, die auch eine finanzielle Unterstützung für aktiven Waldschutz und Waldpflege beinhalten soll. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) greift die Thematik im Rahmen der Strategie zur Forschung für Nachhaltigkeit (FONA) auf und fördert im Rahmen der bundesweiten REGULUS-Fördermaßnahme (Regionale Innovationsgruppen für eine klimaschützende Wald- und Holzwirtschaft) seit September 2021 regionale, interdisziplinäre Innovationsgruppen.

Gemeinsam mit den drei Projektpartnern Landesbetrieb Wald und Holz NRW, Arbeitsgemeinschaft Biologischer Umweltschutz Kreis Soest und Biologische Station Hochsauerlandkreis arbeitet ein Team der Fachhochschule Südwestfalen als eine von fünf neuen Innovationsgruppen jetzt an der ganzheitlichen Betrachtung von Biodiversität, Klimaschutz, Bodenschutz und weiteren ökologischen, ökonomischen und sozialen Aspekten. Ziel ist ein innovatives Konzept, das neben der Forstwirtschaft auch alle anderen Wertschöpfungen berücksichtigt. Besonders interessant für Waldbesitzer*innen: Waldbewirtschaftung beinhaltet viele Ökosystemleistungen, die bisher in der Regel auf freiwilliger Basis und unentgeltlich erbracht worden sind. Dies soll sich nach den Vorstellungen der Projektgruppe in Zukunft ändern und neue Einkommensmöglichkeiten und Geschäftsmodelle für Waldbäuerinnen und -bauern öffnen.

Verbundprojekt „ReForm-regioWald“

Das Verbundprojekt „ReForm-regioWald“ (Resiliente Forst-/Offenland-Systeme für eine multifunktionale regional angepasste Wald-Bioökonomie) wird vom Bun­desministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der bundesweiten REGULUS-Fördermaßnahme mit insgesamt gut 3 Millionen Euro gefördert, wobei der Anteil der FH für die ersten drei Jahre 1,1 Millionen Euro beträgt. Die Gruppe um Prof. Dr. Harald Laser von der Fachhochschule Südwestfalen, Fachbereich Agrarwirtschaft, leitet das Verbundvorhaben und bringt die Forschungsfragen rund um Themenkomplexe wie Waldbodengesundheit, Steuerung und Sukzession von Pflanzenkonkurrenz, rechtliche und politische Ordnungsrahmen und Bewertungsmethoden und mehr voran. Dazu gehört eine umfassende Analyse der stark geschädigten Flächen ebenso wie der Aufbau von Wald-Freiluft-Laboren, die experimentelles Arbeiten ermöglichen, aber auch Raum für Begegnung und Diskussion mit der Bevölkerung schaffen sollen. „Ziel des Verbundprojekts ist in erster Linie die Vernetzung. Im Wald treffen viele Interessen aufeinander, es geht um Erholung, um Klima- und Naturschutz, aber auch um kommerzielle Waldbewirtschaftung. Eine so massive Schädigung, wie wir sie in den Wäldern Südwestfalens vorfinden, ist nahezu einzigartig, ein Bewusstsein für Handlungsbedarf ist bei allen Interessengruppen gegeben. Deshalb wollen wir Wiederbewaldungsstrategien für einen widerstandsfähigen und multifunktionalen Zukunftswald mit Modellcharakter aufzeigen, der ökologische Vielfalt und wirtschaftliche Tragfähigkeit vereint“, skizziert Prof. Laser das Vorhaben. Der Wald in Südwestfalen – wie hier am Möhnesee – ist massiv geschädigt. Jetzt wird an einer innovativen Wiederbewaldungsstrategie für den Wald der Zukunft gearbeitet.

Originalmeldung:
https://www.fh-swf.de/de/ueber_uns/presse/article_detail_preview_4151.php

Ansprechperson:
FH Südwestfalen
Dezernatsleitung Hochschulkommunikation
Christian Klett
+49 (0)2371 566 1029
klett.christian@fh-swf.de

FH Südwestfalen entwickelt Lösungen für Ressourcenschonung

© FH Südwestfalen | Abesalom Dabakhishvili

Iserlohn, 09. April 2024. Mitte März fand am Standort Iserlohn der Fachhochschule Südwestfalen die Auftaktveranstaltung für das Projekt ZEP-Fittings statt. ZEP steht für Zinc Extrusion Products. Im Projekt geht es darum, mit innovativen Werkstoffen wie Zinkknetlegierungen insbesondere in der Sanitärbranche Lösungen für Ressourcenschonung und Energieeffizienz zu entwickeln.

Fittings sind beispielsweise T- oder Y-förmige Verbindungen von Rohrleitungen, die in Häusern für Trinkwasser verbaut werden. Üblicherweise werden diese aus Messing- oder Kupferlegierungen hergestellt, die in der Regel auch Blei enthalten. Ziel des Projektes ist es zum einen, diese bleihaltigen Legierungen zu ersetzen. Zudem ist die Herstellung von Blei- oder Kupferfittings energetisch aufwendiger. Das unter Leitung von Prof. Dr. Michael Marré und Prof. Dr. Andreas Ujma neu zu entwickelnde Verfahren auf der Basis von Zinkknetlegierungen soll hier helfen, Energie und letztlich auch CO2-Emissionen einzusparen.

„Im Projekt sollen hierzu zunächst Fittings in Zinkknetlegierung umformtechnisch in jeglicher vorstellbaren Geometrie hergestellt werden“, erklärt Professor Marré die verfahrenstechnische Idee. Hierzu wird ein gegossener Zinkbolzen geknetet, sprich durch Strangpressen umgeformt. Produkt dieses Prozesses ist ein Stab mit einem Durchmesser von zehn bis 40 Millimetern als Eingangsmaterial für den Schmiedeprozess, in dem dann der Fitting entsteht. „Im zweiten Schritt wird der Fitting dann innen mit Kunststoff beschichtet, indem er mit schmelzflüssigem Kunststoff ausgefüllt und unmittelbar danach mit Gas ausgeblasen wird“, so Professor Ujma.

So soll auf der Innenseite ein hauchdünner Kunststofffilm entstehen, damit Trinkwasser im Fitting nicht mit der Zinkknetlegierung in Berührung kommt. „Zinkknetlegierungen sind aufgrund ihres Aluminium-Anteils nicht für Trinkwasseranwendungen zugelassen“, ergänzt Werkstoffexperte Marré. Aufgabe der Kunststoffschicht sei deshalb die einer Sperrschicht, damit das Metall nicht mit Trinkwasser in Verbindung kommt. Gelingt es auf diese Weise, Fittings aus ZEP mit Kunststoffbeschichtungen für wasserberührende Flächen zu entwickeln, ermöglicht das Verfahren eine Gewichtsreduktion und steigert die Ressourceneffizienz entlang der gesamten Produktionskette im Vergleich zu herkömmlichen Materialien.

Das Projekt sehen die beiden Professoren aus dem Iserlohner Fachbereich Maschinenbau dann als einen Erfolg, wenn am Ende des Projektes ein vermarktungsfähiges Produkt steht. „Dieses muss die zulassungsrechtlichen Voraussetzungen erfüllen, zudem wirtschaftliche und ökologische Aspekte wie CO2-Einsparung und Recylingfähigkeit“, so Ujma. Nach Ansicht von Professor Marré sind letztere gerechnet auf den weltweiten Absatz von Fittings erheblich: „Wir gehen davon aus, dass der Ersatz von etwa 20 Prozent des aktuellen Marktvolumens durch ZEP-Fittings so viel CO2 einspart, wie der Autoverkehr einer Großstadt ausmacht.“

Projektbeteiligte und Förderung

Im Projekt beteiligt sind das Labor für Massivumformung und das Labor für Kunststoffverarbeitung der Fachhochschule Südwestfalen in Iserlohn, der Stifterverband Metalle e.V. aus Berlin, die Viega GmbH & Co. KG aus Attendorn, die Wittmann Battenfeld Deutschland GmbH aus Meinerzhagen, die Grillo-Werke AG aus Duisburg, die Metallpresswerk Hohenlimburg GmbH aus Hagen, die Carl Bechem GmbH aus Hagen und die Risse & Co. GmbH aus Warstein. Das Projekt wird mit rund 400.000 Euro durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt gefördert und läuft über zwei Jahre.

Originalmeldung:
https://www.fh-swf.de/de/ueber_uns/presse/article_detail_preview_4147.php

Ansprechperson:
FH Südwestfalen
Dezernatsleitung Hochschulkommunikation
Christian Klett
+49 (0)2371 566 1029
klett.christian@fh-swf.de

TH Köln entwickelt KI-Tool

© AdobeStock/stockbusters

Köln, 12. März 2024. Industriebrachen können mit verschiedenen Metallen wie Zink, Eisen, Blei oder Seltenen Erden belastet sein. Diese Rückstände schädigen die Umwelt und machen die Flächen unbrauchbar. Um sie aus dem Boden zu entfernen und zu recyceln, müssen die Betreiber*innen erhebliche Investitionen aufwenden. Um verlässliche Aussagen über die Wirtschaftlichkeit eines solchen Vorhabens treffen zu können, hat ein Team der TH Köln im Rahmen eines internationalen Forschungsprojekts eine KI-basierte Software entwickelt. Das Tool ist frei nutzbar.

„In der EU gibt es mehr als 100.000 stillgelegte und kontaminierte Industriestandorte. Bisher werden Späne, Schlämme oder Schlacken ausgebaggert und entsorgt. Dies ist jedoch teuer und die Ressourcen bleiben ungenutzt. Angesichts steigender Rohstoffpreise kann sich das Recycling lohnen, allerdings müssen dabei viele Faktoren berücksichtigt werden. Wir haben eine frei zugängliche Software entwickelt, die den Betreiber*innen eine fundierte Grundlage für ihre Entscheidung und Empfehlungen für die nötige Prozesskette liefert“, erklärt Prof. Dr. Christian Wolf vom :metabolon Institute am Campus Gummersbach der TH Köln.

Bei Industriebrachen handelt es sich häufig um großflächige Areale mit teilweise schwer zugänglichem Gelände. Ziel des Projektes „Regeneratis“ war es, diese Flächen mit weniger Aufwand als bisher zu untersuchen. Ausgangspunkt der Analyse sind grundlegende Erhebungen, etwa zur Größe und zum Höhenprofil des Geländes oder zur Art der früher dort angesiedelten Industrie. So erfahren die Betreiber*innen, ob der Standort für eine nähere Betrachtung geeignet ist. Im nächsten Schritt erfolgt eine geophysikalische Untersuchung des Bodens, zum Beispiel mit Bohrungen oder stromführenden Metallstangen, um Informationen über die Bodenbeschaffenheit sowie metallische und mineralische Ablagerungen zu erhalten. „Außerdem wird geprüft, ob gefährliche Stoffe vorhanden sind. Wir empfehlen auch, Bodenproben im Labor analysieren zu lassen, um die Menge der vorhandenen Metalle und deren Partikelgröße abschätzen zu können“, berichtet Wolf. Die ermittelten Daten werden dann mit Hilfe der KI-Software für den Entscheidungsprozess weiterverarbeitet.

KI-Software führt Informationen zusammen und gibt Auskunft

Um eine möglichst breite Datenbasis für das Training der Künstlichen Intelligenz zu erhalten, untersuchte das Projektteam die Böden von neun stillgelegten Produktionsstätten in mehreren europäischen Ländern. Expert*innen der Geophysik ordneten die erhobenen Daten möglichen Mess-, Rückbau- und Behandlungsverfahren für die jeweiligen Metalle und Mineralien zu. „Unsere Künstliche Intelligenz ist eine Mischung aus neuronalen Netzen und einem regelbasierten System. Nach Eingabe der Parameter durch die Betreiber*innen berechnet die KI die verschiedenen notwendigen Prozessschritte zur Rückgewinnung der Rohstoffe und bewertet diese hinsichtlich Effizienz und Kosten. Auf dieser Grundlage können die Betreiber*innen dann entscheiden, ob das Recycling der Metalle und Mineralien, die Renaturierung des Geländes oder keine der beiden Optionen in Frage kommt“, so Wolf abschließend.

Die Software kann hier heruntergeladen und kostenfrei genutzt werden.

Über das Projekt

Im Forschungsprojekt „Regeneratis – Regeneration of Past Metallurgical Sites and Deposits through innovative circularity for raw materials” arbeiteten zehn Partner*innen – darunter Hochschulen, Technologieinstitute und Abfallwirtschaftsverbände – aus Frankreich, Belgien, Großbritannien und Deutschland zusammen. Seitens der TH Köln wurde das Vorhaben von Prof. Dr. Christian Wolf vom :metabolon Institute geleitet. Das Projekt hatte eine Laufzeit von vier Jahren und wurde durch das EU-Programm Interreg North-West Europe gefördert.

Originalmeldung
https://www.th-koeln.de/hochschule/wertstoffe-aus-kontaminierten-boeden-recyceln_112549.php

Ansprechperson:
TH Köln
Sybille Fuhrmann
Leiterin Hochschulkommunikation
0221 8275 3051
sybille.fuhrmann@th-koeln.de

TH Köln und Universität zu Köln erproben Sensorik für Experimentierplattform

© Isabelle Metzen/Universität zu Köln

Köln, 05. März 2024. Der Klimawandel beeinflusst auch das Wachstum von Pflanzen und die Artenvielfalt im Boden. Um die Auswirkungen konkret erfahrbar zu machen, haben Forscher*innen der TH Köln und der Universität zu Köln (UzK) gemeinsam mit Studierenden eine technische Lösung entwickelt, mit der Experimente durchgeführt und die Ergebnisse mithilfe einer Software visualisiert werden können. Die entwickelte Software ist nach Projektende als Open Educational Resource frei nutzbar und kann zum Beispiel in der Lehre eingesetzt werden.

„Unser gemeinsamer Ansatz war es, die Auswirkungen von Dürren und Überflutungen auf Pflanzenwachstum und Biodiversität anschaulich darzustellen. Durch problemorientiertes Lernen haben wir den Studierenden die Zusammenhänge vermittelt, so dass sie selbst Experimente planen und durchführen konnten. Dazu fand ein interdisziplinärer Austausch zwischen Studierenden aus den Fachbereichen Biologie und Ingenieurwissenschaften statt“, erklärt Prof. Dr. Marcel Bucher vom Institut für Pflanzenwissenschaften der Universität zu Köln.

Auf dem gemeinsamen Versuchsstand in einem Gewächshaus der UzK bewässerte ein Roboter, ein sogenannter Farmbot, alle vier Stunden 144 Pflanzentöpfe. Um die richtige Dosierung herauszufinden, wurden die Pflanzen durch zu wenig oder zu viel Wasser unter Stress gesetzt und die Reaktion anschließend dokumentiert. Das Team der TH Köln entwickelte die Sensorik, um die richtige Wassermenge zu bestimmen.

Klimaparameter erfassen und Bewässerung optimieren

„Wir haben vor allem die Temperatur und die Bodenfeuchte erfasst und zusätzlich die Luftfeuchtigkeit und den Luftdruck gemessen. Die Daten wurden dann an Server übertragen, ausgewertet und auf der Plattform grafisch dargestellt“, erklärt Prof. Dr. Uwe Dettmar vom Institut für Nachrichtentechnik der TH Köln. Damit jeder Pflanztopf die richtige Wassermenge erhält, scannt ein am Farmbot installiertes Lesegerät einen Tag zur eindeutigen Zuordnung. „Unser am Roboter angebrachtes Pumpensystem ist in der Lage, Wasser bis auf einen Milliliter genau zu dosieren. So konnten wir die Gießstrategie optimieren“, berichtet Dettmar.

Einbindung ukrainischer Studierender

Parallel zum Aufbau der Plattform wurden praxisorientierte Lernmodule aufgesetzt, in denen die Studierenden eigene Konzepte zur Anpassung von Pflanzen an den Klimawandel entwarfen und Experimente dazu durchführten. Insgesamt wurden vier Versuchsreihen durchgeführt. Dabei wurden auch Studierende aus der Ukraine integriert. „Wir haben bestehende Kontakte zu Lehrenden genutzt, damit Gäste von vier ukrainischen Hochschulen an den Projekten teilnehmen konnten. Der Einsatz von Online-Tools war hilfreich, da junge Männer das angegriffene Land nicht verlassen durften. Immerhin konnten einige von ihnen online an Kursen teilnehmen. Rund zehn Studentinnen haben zeitweise vor Ort in Köln mitgearbeitet“, so Dettmar.

Über das Projekt

Das Forschungsprojekt „InnoBioDiv – Innovationsplattform für Bildung und Forschung zum Einfluss des Klimawandels auf die Wachstumsleistung von Pflanzen und die Biodiversität im Boden“ wurde unter der Leitung von Prof. Dr. Uwe Dettmar vom Institut für Nachrichtentechnik der TH Köln und von Prof. Dr. Marcel Bucher vom Institut für Pflanzenwissenschaften der Universität zu Köln durchgeführt. Weiterer Projektpartner war das CEPLAS – Exzellenzcluster für Pflanzenwissenschaften, auf dessen Forschungsergebnissen die Experimente aufbauten. Die erprobte Experimentierplattform ist Teil der Innovationsplattform, die ökologische Zusammenhänge aufzeigt sowie Konzepte und Ideen zur Anpassung von Pflanzen und Biotopen an den Klimawandel sammelt. Die Zukunft – Umwelt – Gesellschaft (ZUG) gGmbH förderte das Vorhaben über zwei Jahre mit insgesamt 200.000 Euro.

Originalmeldung
https://www.th-koeln.de/hochschule/anpassung-von-pflanzen-an-den-klimawandel-erfahren_112347.php

Ansprechperson:
TH Köln
Sybille Fuhrmann
Leiterin Hochschulkommunikation
0221 8275 3051
sybille.fuhrmann@th-koeln.de

TH Köln entwickelt Konzept für standardisierte Planung

© Prof. Dr. Eberhard Waffenschmidt/TH Köln

Köln, 30. Januar 2024. Um die Versorgung aus Erneuerbaren Energien und die Stabilität der Stromnetze zu gewährleisten, werden Speicher benötigt. Die gemeinschaftliche Nutzung dieser technischen Anlagen in einem Quartierspeicher spart Ressourcen und Kosten, scheitert in der Praxis aber häufig noch an rechtlichen Hürden. Wie der Betrieb in einem Neubaugebiet gelingen kann, untersucht die TH Köln in einem interdisziplinären Projekt. Die Ergebnisse sollen als Blaupause für zukünftige Vorhaben dienen.

„Die Energiewende soll den Bürger*innen mehr Gestaltungsmöglichkeiten bei der Stromversorgung bieten. Der Umbau des Energiesystems wird nur gelingen, wenn die Menschen stärker von den Vorteilen profitieren, also sauberen Strom vor Ort erzeugen, speichern und verbrauchen können. Die Technik dafür ist vorhanden, jedoch erschweren komplizierte Gesetze und Bürokratie noch die Umsetzung in der Praxis“, beschreibt Prof. Dr. Eberhard Waffenschmidt vom Institut für Elektrische Energietechnik der TH Köln die Ausgangslage.

Wie rechtliche und technische Herausforderungen in diesem Zusammenhang gelöst werden können, ist eine Leitfrage des Projekts. In einem Neubaugebiet im nordrhein-westfälischen Bergneustadt werden Photovoltaik-Anlagen auf den Hausdächern installiert. Zudem ist geplant, dass der erzeugte Strom direkt verbraucht, in das öffentliche Stromnetz eingespeist oder in einen Batteriespeicher geleitet wird, um ihn bei Bedarf zu einem späteren Zeitpunkt zu nutzen.

„Insbesondere die Abrechnung der Energieflüsse kann kompliziert werden, wenn die Haushalte genau wissen wollen, wer wann wieviel Strom in den Quartierspeicher eingespeist und aus ihm entnommen hat und wie hoch der Eigenverbrauch der Solaranlage ist. Davon hängen viele weitere Aspekte ab. Welche Messtechnik muss installiert werden? Wie verhält es sich mit Steuern und Netzentgelten für den Strombezug aus dem öffentlichen Netz und aus dem Speicher? Unser Ziel ist es, den administrativen und technischen Aufwand so gering wie möglich zu halten“, sagt Waffenschmidt.

Praxishandbuch und Blaupause für Speicherlösungen

Dazu erarbeiten die Forscher*innen unterschiedliche Abrechnungs- und Messkonzepte in Abstimmung mit den Stadtwerken Solingen, die den Speicher in dem Neubaugebiet betreiben sollen. Anschließend werden die Konzepte auf ihre rechtliche Anwendbarkeit geprüft und die Betriebsdaten des Speichers über einen längeren Zeitraum erfasst. Die aus der Datenanalyse gewonnenen Erkenntnisse sollen später in einem praxisorientierten Handbuch enthalten sein, wie Waffenschmidt erläutert: „Bisher werden kaum Quartierspeicher realisiert, weil die Umsetzung aufwändig erscheint und die Wirtschaftlichkeit oft unklar ist. Wir erwarten daher, dass eine beispielhafte Planung mit Best-Practice-Anwendungen zur Standardisierung von Speicherlösungen als Blaupause für weitere Projekte dient.“

Über das Projekt

Das Projekt „Quartierspeicher für eine Klimaschutzsiedlung“ wird von Prof. Dr. Eberhard Waffenschmidt vom Institut für Elektrische Energietechnik der TH Köln geleitet. Projektpartner sind der Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. und die Kanzlei „Gaßner, Groth, Siederer & Coll. Partnerschaft von Rechtsanwälten mbB, Herr Rechtsanwalt Dr. Markus Behnisch“, die für die energierechtliche Beratung zuständig ist. Als assoziierte Partner agieren die Eikamp GbR als Projektentwickler und Erschließungsträger sowie die Stadtwerke Solingen GmbH, die das Strom- und Wärmekonzept des Quartiers in der Praxis umsetzen wird. Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt fördert das Vorhaben über die zweijährige Laufzeit mit rund 120.000 Euro.

Originalmeldung
https://www.th-koeln.de/hochschule/quartierspeicher-fuer-eine-klimaschutzsiedlung_111329.php

Ansprechperson:
TH Köln
Sybille Fuhrmann
Leiterin Hochschulkommunikation
0221 8275 3051
sybille.fuhrmann@th-koeln.de

TH Köln arbeitet an biobasierten Chemikalien

© Thilo Schmülgen/TH Köln

Köln, 10. Januar 2024. Tenside für Seifen oder Waschmittel sind mit einer weltweiten Jahresproduktion von über 18 Millionen Tonnen nach Kunststoffen die zweitgrößte Klasse chemischer Produkte. Die TH Köln arbeitet schon seit mehreren Jahren an biobasierten Chemikalien, um diesen Industriezweig nachhaltiger zu gestalten. Zwei neue Projekte widmen sich nun der Erforschung umweltfreundlicher Tenside.
„Die überwiegende Mehrheit der heute verwendeten Tenside wird petrochemisch hergestellt, stammt also aus Erdöl. In unseren Vorhaben arbeiten wir daran, Pflanzenöle als Ausgangsmaterial zu nutzen“, sagt Prof. Dr. Ulrich Schörken, der die beiden Projekte leitet. Dies leiste einen Beitrag zur Transformation in eine CO2-neutrale Gesellschaft und sorge dafür, dass weniger umweltschädliche Chemikalien in die Natur gelangen.

Projekt „BioTense“: Neue Tensidformulierungen für Kosmetik und Pharmazeutik

Tenside sind allgegenwärtig: In Shampoos und Kosmetika sorgen diese Moleküle beispielsweise dafür, dass sich Verunreinigungen lösen und keine statischen Ladungen aufgebaut werden. „Biobasierte Tenside haben das Potential, die Nachhaltigkeit von Kosmetik- und Pharmaprodukten deutlich zu verbessern, sind jedoch bislang nur in Nischenanwendungen zu finden“, sagt Prof. Dr. Ulrich Schörken. Dies liege im Wesentlichen daran, dass sie im Vergleich zu erdölbasierten Produkten unterschiedliche Eigenschaftsprofile aufweisen. In etablierten Produktformulierungen können Einzelkomponenten daher nur schwer ausgetauscht werden. „Es besteht also sowohl Bedarf an neuen, maßgeschneiderten biobasierten Tensiden als auch an einem tiefgehenden Verständnis der Wechselwirkungen in Formulierungen zur Entwicklung verbesserter nachhaltiger Produkte“, ergänzt Prof. Dr. Birgit Glüsen.

In der Synthese biobasierter Tenside entstehen häufig Substanzgemische. Aus ökonomischer Sicht soll auf eine aufwändige Aufreinigung dieser Gemische nach Möglichkeit verzichtet werden. „Eine detaillierte Analytik von Zusammensetzung und Eigenschaften dieser komplexen Produkte ist daher essentiell für die Erstellung belastbarer Struktur-Eigenschaftsbeziehungen“, führt Prof. Dr. Viktoriia Wagner aus. Diese Erkenntnisse sollen einen schnelleren und gezielteren Ersatz von erdölbasierten durch biobasierte Verbindungen erlauben und somit einen Weg für effiziente Produktentwicklungen und -anpassungen bereiten.

Projekt „CombiOne“: Neue Linker-verbrückte Tenside auf Basis nachwachsender Rohstoffe

Im Forschungsprojekt „CombiOne“ sollen Tenside entstehen, deren Komponenten über neuartige Linker verbunden sind. „Auch hier arbeiten wir vollständig mit nachwachsenden Rohstoffen: Jedes Tensid besteht aus einem wasserabweisenden Teil und einem wasserliebenden Teil, für den wir natürliche Aminosäuren oder Zucker verwenden. Gekoppelt wird dies über Linker, zum Beispiel auf Basis von Zitronensäure, die beide Teile miteinander verbinden können“, so Schörken.

Beim wasserabweisenden Teil setzt das Forschungsteam neben Fettsäuren aus Pflanzenölen auch auf Terpene, die bisher für diesen Zweck nur selten verwendet wurden. Dabei handelt es sich um ätherische Öle, die zum Beispiel aus Lavendel, Kiefer oder Wacholder gewonnen werden. So soll eine neue Tensid-Klasse entstehen. „Für jede der drei Komponenten unseres Tensids stehen uns eine Auswahl potenzieller Substanzen zur Verfügung und damit eine große Anzahl möglicher Kombinationen. Wir möchten verschiedene dieser Kombinationen herstellen und charakterisieren, so dass am Projektende ein Substanzkatalog neuer Tenside mit vielversprechenden Eigenschaften steht“, sagt Schörken. Untersucht wird unter anderem, wie gut die neuen Substanzen reinigen, schäumen oder emulgieren, wie sie die Oberflächenspannung von Wasser reduzieren und ob sie eine antibakterielle Wirkung haben.

Über die Projekte

Das Projekt BioTense ist eine Forschungskooperation von Prof. Dr. Ulrich Schörken, Prof. Dr. Birgit Glüsen und Prof. Dr. Viktoriia Wagner. Fördermittelgeber ist das Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen über das Programm FF HAW-Kooperation (Förderkennzeichen 005-2302-026).

CombiOne wird über drei Jahre vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft im Förderprogramm „Nachwachsende Rohstoffe“ gefördert (Förderkennzeichen 2221NR005X) unter Beteiligung von Prof. Dr. Ulrich Schörken und Prof. Dr. Birgit Glüsen gemeinsam mit den Industriepartnern BASF Personal Care & Nutrition GmbH und Henkel AG & Co. KGaA.

Originalmeldung
https://www.th-koeln.de/hochschule/nachhaltige-tenside-auf-pflanzenoelbasis_110809.php

Ansprechperson:
TH Köln
Sybille Fuhrmann
Leiterin Hochschulkommunikation
0221 8275 3051
sybille.fuhrmann@th-koeln.de

Internationales Forschungsprojekt an der TH Köln optimiert Energy Harvesting

© TH Köln/Thilo Schmulgen

Köln, den 09. Mai 2022. Erzeugen technische Geräte oder Prozesse ungenutzte Energie wie Abwärme oder Vibration, kann diese durch so genannte Energy Harvesting-Systeme in Elektrizität umgewandelt werden. Die Technik dafür ist derzeit allerdings teuer und unzuverlässig. Im internationalen Projekt FAST-SMART werden daher preiswerte und nachhaltige Materialien und Systeme für das Energy Harvesting entwickelt, die einen höheren Wirkungsgrad erzielen sollen. Die TH Köln ist im Vorhaben für die Implementierung der neuen Komponenten in konventionelle Photovoltaiktechnik zuständig.

Beim Energy Harvesting werden Energiequellen wie Licht, Umgebungstemperatur oder Vibration mit Hilfe von geeigneten Wandlern in elektrische Energie umgesetzt. Die dafür notwendigen Materialien und Strukturen enthalten jedoch je nach Art des Wandlers seltene Rohstoffen wie Hafnium oder umweltkritische Substanzen wie Blei. „Es fehlen bisher effiziente Fertigungsprozesse, um für das Energy Harvesting zuverlässige Werkstoffe ohne seltene Elemente preiswert herzustellen“, sagt Prof. Dr. Christoph Hartl vom Institut für Produktion der TH Köln. Zudem arbeiteten aktuelle Systeme aufgrund von Ausfällen, etwa durch Feuchtigkeit oder Korrosion, noch recht unzuverlässig und ineffizient.

In FAST-SMART arbeiten deshalb insgesamt 13 internationale Kooperationspartner an neuen Werkstoffen und Komponenten mit höherer Leistungsfähigkeit, für die keine seltenen Elemente benötigt werden und die zudem zuverlässig sowie wiederverwertbar sind. Darüber hinaus werden neue hocheffiziente Herstellungsverfahren erprobt und Energy Harvesting-Prototypen entwickelt.

Hybride Photovoltaiksysteme für mehr Effizienz

Das Projektteam der TH Köln ist für die Implementierung der neuen Materialien und Komponenten in konventionelle Photovoltaiktechnik zuständig. Die Schwerpunkte liegen hierbei auf der Gestaltung seriennaher Fertigungs- und Montagekonzepte. „Eine besondere Herausforderung ist es, kostengünstige, aber langlebige und effiziente Fertigungslösungen zu liefern“, so Hartl.

Photovoltaik alleine erlaube es nach neuesten Studien bereits heute, Strom zu Kosten von etwa 3,1 bis 11 Cent je Kilowattstunde zu erzeugen und zähle damit zu einer der günstigsten Energieerzeugungsformen, erläutert Hartl. „Solarpanels erwärmen sich aber im Betrieb, wodurch deren Wirkungsgrad verringert wird. Diese Erwärmung wird durch die Integration der Energie Harvesting-Systeme abgebaut. Das führt zu einer Steigerung der Energieeffizienz des Gesamtsystems in der Größenordnung von voraussichtlich 20 bis 25 Prozent und gibt Spielraum für Investitionen in hybride Ergänzungen.“

Prototypentests verdeutlichen Potential der Technik

Erste Tests an Prototypen, die klassische Solarzellen mit Energy Harvesting-Komponenten zur Nutzung der Restwärme verbinden, verdeutlichen das Potential der hybriden Technik: „Wir konnten dabei bereits einen um etwa 20 Prozent gesteigerten Ertrag an elektrischer Energie nachweisen“, sagt Hartl. Die Technologie soll nun in weiteren Schritten optimiert werden.

Zudem ist vorgesehen, dass IoT-Elemente (Internet of Things) mit Sensoren zur Überwachung von Photovoltaikanlagen und Elemente zur Datenübertragung integriert werden, die mit Hilfe des Energy Harvestings autonom versorgt werden können. „Das ist ein enormes Potential dieser Technologie: Durch die Möglichkeit, Anwendungen mit geringem Energiebedarf selbstständig mit Elektrizität aus dem Energy Harvesting und damit vollständig kabel- und batterielos zu betreiben, werden Systeme unkomplizierter und vor allem auch nachhaltiger“, so Hartl.

Das Vorhaben

Die Arbeiten zu dem hybriden Solarsystem werden im internationalen Forschungsprojekt „FAST and Nano-Enabled SMART Materials, Structures and Systems for Energy Harvesting“ (FAST-SMART) an der TH Köln von Prof. Dr. Christoph Hartl geleitet. Projektpartner sind die University of Strathclyde (Konsortialführer), die National Technical University of Athens, die University of Birmingham und die Université Savoie Mont Blanc sowie die Unternehmen Cedrat Technologies SA, Durante Space Tech s.l., GAE Engineering, Innovation in Research and Engineering Solutions (IRES), MBN Nanomaterialia S.p.A, Pascoe Engineering Ltd. und AVNIR Engineering und die Forschungseinrichtung National R&D Institute for Nonferrous and Rare metals. Das Vorhaben wird von der Europäischen Union im Rahmenprogramm Horizon 2020 mit etwa sieben Millionen Euro bis März 2024 gefördert. Die TH Köln erhält davon rund 250.000 Euro.

Originalmeldung:
https://www.th-koeln.de/hochschule/th-koeln-entwickelt-hybride-solarkollektoren_94299.php

Ansprechpartner:
TH Köln
Sybille Fuhrmann
Leiterin Hochschulkommunikation
0221-8275-3051
pressestelle@th-koeln.de

Die FH Bielefeld arbeitet an einer Solarzelle im Sinne einer Circular Economy

© FH Bielefeld/P. Pollmeier

Bielefeld, den 07. April 2022. In Zeiten, in denen wir die Auswirkungen des Klimawandels mehr denn je zu spüren bekommen, wird die Notwendigkeit für nachhaltige, erneuerbare Energien immer dringender. Wind- und Sonnenenergie sind dabei die Schlüsseltechnologien. Doch auch bei der Produktion von Photovoltaik- und Windkraftanlagen wird viel Energie verbraucht und es werden Materialien eingesetzt, die nur schwer oder gar nicht recycelt werden können.

Ungiftige, wiederverwendbare Farbstoffsolarzelle

Um wirklich unschädlich Energie zu produzieren, sollten im besten Fall gar keine giftigen Stoffe verwendet und sämtliche Materialien und Werkstoffe rückstandslos wiederverwendet werden können – ganz im Sinne einer zirkulären Wertschöpfung. An der Fachhochschule (FH) Bielefeld wollen Forscherinnen und Forscher im Institut ITES daher eine zirkuläre Farbstoffsolarzelle entwickeln. Zirkulär bedeutet mehr als nur recyclingfähig: Alle Bestandteile sollen als solche wiederverwendet werden können, ohne, wie zum Beispiel bei Glas, erst aufgeschmolzen werden zu müssen. Farbstoffsolarzellen sind zwar in ihrem Wirkungsgrad und der Stabilität den herkömmlichen siliziumbasierten Solarzellen weit unterlegen. An der FH Bielefeld sieht man in den Zellen dennoch ein großes Potenzial, den grünen Energiemix zu ergänzen.

So funktionieren Farbstoffsolarzellen

Farbstoffsolarzellen sind dem photoelektrischen Effekt nachempfunden: Sie wandeln Licht in elektrische Energie um. Der Farbstoff absorbiert Licht, dadurch ‚löst sich‘ ein Elektron – ein Stromkreislauf entsteht. Die Zellen bestehen aus zwei leitfähigen Elektroden, von denen mindestens eine durchsichtig sein muss, um Licht in die Zelle eindringen zu lassen. Dazu wird meist Glas als Trägermaterial genutzt. Die Frontelektrode, die dem Sonnenlicht ausgesetzt ist, wird mit einem Halbleiter, typischerweise Titandioxid, beschichtet. Darauf wiederum wird der Farbstoff abgelagert. „Wir nutzen in unserem Projekt pflanzliche Farbstoffe und Titandioxid als Halbleiter“, erklärt Fabian Schoden, der das Projekt als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der FH Bielefeld verantwortet. Er schreibt seine Doktorarbeit über das Thema und ist Teil eines multidisziplinären Teams aus Professor*innen, wissenschaftlichen Mitarbeiter*innen und Studierenden. Schoden erläutert weiter: „Die Farbstoffmoleküle absorbieren das Licht und regen so Elektronen im Farbstoff an, die sozusagen in das Leitungsband des Halbleiters ‚wandern‘. Durch den Halbleiter und die Frontelektrode gelangen die Elektronen in einen äußeren Kreislauf, wo sie die Energie abgeben können.“ Den Wiedereintritt in die Solarzelle über die Gegenelektrode unterstützt eine Platin- oder Graphitschicht als Katalysator. Mit der Rückkehr des Elektrons in den Farbstoff wird der Kreislauf geschlossen. Der Farbstoff kann dann erneut Licht absorbieren und in elektrische Energie umwandeln.

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten denkbar

Farbstoffsolarzellen werden nach Ansicht des Wissenschaftlers aufgrund ihres geringeren Wirkungsgrads und ihrer kürzeren Lebensdauer nicht die herkömmlichen Photovoltaik-Systeme ersetzen. „Der große Vorteil ist aber, dass sie viel leichter herzustellen sind und somit die Chance aufkommt, beispielsweise in Entwicklungsländern solche Technologien herzustellen und lokal zu nutzen“, nennt Fabian Schoden eine Anwendungsmöglichkeit. Zudem können Farbstoffsolarzellen auch in der Dämmerung oder in Innenräumen, unter dem Licht einer Lampe, Strom erzeugen. Sie könnten also in Alltagsgegenstände wie Smartphone oder Laptops integriert werden, um diese zu laden. Es sind auch transparente Farbstoffsolarzellen möglich, die in Fenstern von Gebäuden oder Fahrzeugen eingebaut werden könnten, um unsichtbar grünen Strom zu produzieren.

Circular Economy als Prinzip für die Entwicklung einer neuartigen Farbstoffsolarzelle

Im Projekt der FH Bielefeld haben sich die Forscher*innen um Fabian Schoden eindeutige Ziele gesteckt: Sämtliche Materialien, die für die neue Farbstoffsolarzelle genutzt werden, müssen ungiftig und reichlich verfügbar sein. Denn bei „klassischen“ Farbstoffsolarzellen kommen häufig giftige Materialien zum Einsatz, beispielsweise giftige Farbstoffe, die den Wirkungsgrad erhöhen sollen. Aber: sie erschweren das Recycling. „Zwar ist der Wirkungsgrad mit toxischen Materialien wie Ruthenium oder Kobalt höher. Wir möchten aber, dass alle Materialien in einen Kreislauf gehen und unbedenklich weiter genutzt oder recycelt werden können, und wir möchten keine seltenen Rohstoffe verwenden, sondern gut verfügbare. Wir wollen weg vom ‚Müll-Konzept‘ hin zur Circular Economy“, erklärt Projektleiter Fabian Schoden. „Bei unseren Zellen verwenden wir deshalb ausschließlich ungiftige Komponenten wie pflanzenbasierte Farbstoffe, ganz konkret: Hibiskusblüten“, so Schoden. „Das verwendete Halbleitermaterial Titandioxid ist auch in handelsüblicher Zahnpasta als CI 77891 zu finden, es sorgt dafür, dass die Zahnpasta schön weiß ist. Man kann also theoretisch recht leicht zuhause selbst eine Zelle bauen. Man braucht: Zahnpasta, Früchtetee, einen Ofen und zwei leitfähige Glasplättchen – die kann man tatsächlich recht einfach im Internet kaufen.“

Die Farbstoffsolarzelle hält Schoden aus einem weiteren Grund für ein ideales Produkt: „Noch sind sie kein Massenprodukt, haben aber das Potenzial dazu“, so Schoden. „Wenn wir jetzt an einer wirklich sauberen, nachhaltigen Version arbeiten, kann das einen großen Beitrag für die Energieversorgung der Zukunft leisten“, ist sich der Wissenschaftler sicher. Doch wie schafft man es, ein solches Produkt zu entwickeln? „Wir denken bei der Entwicklung vom Ende her und nicht nur für eine vielleicht relativ kurze Nutzungsdauer“, so Schoden. Gestartet ist er mit einer Literaturrecherche: „Ich habe herausgefunden, dass es zwar sehr viele wissenschaftliche Publikationen zu Farbstoffsolarzellen gibt, Stand März 2021 habe ich über 24.000 gefunden. Bei den meisten standen jedoch technische Aspekte im Vordergrund. Der Begriff Nachhaltigkeit wurde in nur 35 Veröffentlichungen erwähnt. Daher ist meine These, dass Nachhaltigkeit noch keine besonders große Rolle bei der Forschung zu spielen scheint.“

Im nächsten Schritt hat er sich einen Überblick verschafft, welche Ansätze es in der wissenschaftlichen Literatur zur Verwendung von recyceltem Material für Farbstoffsolarzellen gibt. So hätte beispielsweise Carbon aus Batterien einen recht hohen Wirkungsgrad, aber der Recyclingprozess könnte wiederum zu teuer sein. Bleistiftabrieb zu nutzen, ist verbreitet, der Wirkungsgrad aber gering. Auch ausgediente Handydisplays und Computerbildschirme wurden bereits untersucht. „Hier sind wir zu der Annahme gekommen, dass noch weiterer Forschungsbedarf besteht, wie die recycelten Materialien miteinander agieren. Dabei darf man die Wirtschaftlichkeit nicht aus dem Blick verlieren. Denn wenn das Recycling eines Materials teurer ist als der Rohstoff, wird die Variante keine Zukunft haben“, fasst Professorin Dr. Hildegard Manz-Schumacher zusammen, die die Wirtschaftlichkeit des Projekts im Auge behält.

Ein Knackpunkt in der Forschung: Die Lebensdauer der Solarzellen zu verlängern

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist, die Lebensdauer der Farbstoffsolarzellen zu verlängern. „Häufig endet die Funktion der Zelle mit dem Austrocknen des Elektrolyts. Um das zu verhindern, könnten die Zellen verkapselt werden oder man könnte Gel-Elektrolyte verwenden. Anstatt Erdöl-basierter Elektrolyte könnten welche auf der Basis von Biopolymeren verwendet werden. Andererseits führt die Verkapselung wieder zu einem weiteren Rohstoff, was das Recycling erschwert.“ Eine andere Möglichkeit wäre eine Zelle, bei der regelmäßig Flüssigkeit nachgefüllt werden könnte, durch Regen oder manuelles Gießen. Schoden arbeitet an einer Möglichkeit, dieser Schwachstelle der Farbstoffsolarzellen zu begegnen. „Das ist aber noch nicht reif für eine Veröffentlichung“, so der Wissenschaftler.

Von den Glas-Recyclern lernen

Seine Recherchen führten Schoden zur Firma Reiling in Marienfeld bei Gütersloh, wo das Recycling von PV-Modulen schon lange professionell durchgeführt und stetig an Optimierungen geforscht wird. Schoden: „Die wissen, was schiefläuft und warum das Recycling dieser Module so schwer ist. Daraus wollen wir lernen.“ Wirtschaftsingenieur Malte Fislake, Produktmanager bei Reiling: „Bei herkömmlichen Photovoltaik-Modulen auf Siliziumbasis ist der Materialverbund das Hauptproblem. Der Alu-Rahmen kann gut getrennt und recycelt werden. Das Glas ist aber mit Folie und Silizium verklebt. Das Ganze ist äußerst schwer zu trennen und es gibt zurzeit noch keinen Prozess im industriellen Maßstab, der hochwertigstes Glas daraus zurückgewinnen kann.“ Derzeit wird das Endprodukt überwiegend für alternative Glasanwendungen im Bau- und Dämmstoffsektor, beispielsweise für Mineralwolle, eingesetzt, „obwohl das Glas für die PV-Anwendung sehr hochwertig ist. Es enthält wenig Eisenoxid und lässt viel Licht durch, was gut ist, wenn man Licht in Strom umwandeln möchte“, stellt Fislake fest. Ansätze, um die Recyclingfähigkeit der konventionellen PV-Module zu verbessern, wären andere Konstruktionsweisen oder andere Materialien zu verwenden, die sich leichter auftrennen und separieren lassen.

Aus den Erfahrungen von Reiling will Fabian Schoden lernen und Farbstoffsolarzellen bauen, die besser und leichter zu recyceln sind. „Im Labormaßstab hat das schon funktioniert“, so Schoden, der für diesen Schritt mit dem Institut für Glas- und Rohstofftechnologie in Göttingen kooperiert. Dort wurden die Glasbestandteile zunächst durch optische Emissionsspektrometrie analysiert, und die Oberfläche wurde mit rasterelektronenmikroskopischer Röntgenstrahlung untersucht. „Danach haben wir das Glas in einem Ofen geschmolzen und mit einem Standard-Glasrecyclingprozess verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Farbstoffsolarzellen für das Glasrecycling geeignet sind und somit potenziell ohne Downcycling-Prozess gemäß einer Circular Economy wiederverwendet werden können“, resümiert Schoden. Materialeigenschaften wie Chemikalienbeständigkeit, Transparenz oder Viskosität wurden jedoch nicht untersucht und bedürfen weiterer Forschung.

Das Ziel: Remanufacturing statt Recycling

Nachdem Schoden die Recyclingfähigkeit der Farbstoffsolarzellen unter die Lupe genommen hat, arbeitet er zurzeit am Remanufacturing, also der Wiederverwendung der Materialien: „Remanufacturing ist noch besser als Recycling, da ich das Glas als solches wiederverwende und es nicht erst aufschmelzen muss, um neues Glas daraus herzustellen. Ich nutze quasi ohne komplexe Arbeitsschritte und weiteren Energieeinsatz die alten Farbstoffsolarzellen und mache daraus neue.“ Auch dazu laufen Experimente.

Circular Design

Der nächste Schritt ist das Circular Design einer Farbstoffsolarzelle. Die Circular Economy ist ein Thema, das am Institut für Technische Energie-System (ITES) immer mehr an Bedeutung gewinnt. Prof. Dr. Eva Schwenzfeier-Hellkamp ist die Institutsleiterin und treibt das Thema in der Forschung an, zudem begleitet Sie Fabian Schoden auf dem Weg zur Promotion. Gemeinsam versuchen sie im finalen Schritt einen Prototyp einer Farbstoffsolarzelle zu entwickeln, der wirklich zirkulär ist. Dabei fließen die Erkenntnisse aus allen vorangegangenen Experimenten zusammen.

Originalmeldung:
https://www.fh-bielefeld.de/presse/pressemitteilungen/ungiftige-wiederverwendbare-farbstoffsolarzelle

Ansprechpartner:
FH Bielefeld
Hochschulkommunikation
Verena Kukuk
+49 (0)521 106 70835
grewe-koenig@fh-bielefeld.de