Zum Schließen des Stoffkreislaufs sind bisher verfügbare Methoden zu langsam, kostenintensiv oder nicht für eine kontinuierliche Prozesskontrolle geeignet. Ziel ist daher die Entwicklung eines Konzepts, das Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) mit künstlicher Intelligenz (KI) verbindet. Hierfür werden Referenzproben mit definierten Gehalten hergestellt und durch Laboranalysen validiert. Anschließend erfolgen NIRS-Messungen, die eine robuste Datengrundlage für die Entwicklung von KI-Modellen liefern. Diese Modelle ermöglichen sowohl den qualitativen Nachweis als auch die quanti-tative Bestimmung von Störstoffen – auch bei komplexen Spektren.

Ziel des Vorhabens war die Entwicklung eines kostengünstigen Systems zur automatisierten Erkennung und Unterscheidung verschiedener Kunststoffe an unterschiedlichen Stellen des Stoffkreislaufs mittels eines universell einsetzbaren bildgebenden Verfahrens.

Im Projekt wurde ein Demonstrator auf Basis eines multispektralen Multi-Kamerasystems realisiert. Für dieses System wurden Datenbanken mit spektralen Fingerabdrücken verschiedener Kunststoffe aufgebaut und Algorithmen zur Bestimmung der optimalen Wellenlängen, zur Segmentierung der Bilder, zur Klassifikation der Kunststoffe und zur Gewinnung von Geometrieinformationen entwickelt. Ein Roboterarm wurde zur automatisierten Entnahme und Sortierung der klassifizierten Kunststoffe integriert.

Über verschiedene Probengemische hinweg wurde eine Klassifikationsrate von knapp 90 % erreicht. Die Ergebnisse belegen die erfolgreiche Realisierung eines robusten, flexibel einsetzbaren und wirtschaftlich realisierbaren Systems zur automatisierten Kunststoffklassifikation. Im Rahmen des Projekts entstanden sieben Publikationen und zehn studentische Arbeiten. Das Thema wurde 2024 mit dem Nachhaltigkeitspreis der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg ausgezeichnet.

Ziel des Projekts war es, eine haftfeste Diamantschicht auf einem keramischen Substrat abzuscheiden und mit dem gezeigten Strukturierungskonzept zur Wasseraufbereitung einzusetzen. Hierzu wurde der Diamantbeschichtungsprozess erfolgreich für eine speziell entwickelte Keramik angepasst. Die im Projekt geforderte Langzeitstabilität der mikrostrukturierten Elektroden von 100 h unter normalen Betriebsbedingungen konnte um ein Vielfaches übertroffen werden.

Auf Basis mehrjähriger Weiterentwicklung konnten Reinigungsmodule auf Diamantbasis bei den Industriepartnern erprobt werden. In jeder zu behandelnden Wassermatrix (u. a. Abwasser aus dem PET-Flaschen-Recycling oder mikrobiell belastetes Wasser) konnte ein grundlegend positiver Reinigungseffekt erzielt werden. Die Verhinderung der Produktion toxischer Nebenprodukte und eine anwendungsorientierte Langzeitstabilität bleiben die größten Hürden für einen erfolgreichen Forschungstransfer.

Vier zentrale Handlungsfelder werden adressiert: Optimal auf die auftretenden Lastprofile abge-stimmte Antriebs- und Nebenverbraucherkonzepte (TP1), die Entwicklung und Einsatzplanung intel-ligenter, modularer und multifunktionaler Batteriesysteme (TP2), die gekoppelte softwaregestützte Planung und Steuerung von Bauprozessen und Energieflüssen (TP3) und die dynamische Flexibilisie-rung der oft limitierenden Netzanschlüsse (TP4). Die Ergebnisse fließen in ein integriertes Planungs- und Betriebstool für komplexe emissionsfreie Baustellen ein. Über Netzwerkevents, Realdemonstration und andere Disseminationsformen werden die Ergebnisse einem breiten Interessentenkreis zur Verfügung gestellt.

Zentraler Forschungsaspekt ist das Verständnis der Wechselwirkung einer integrierten aktiven Medi-enzufuhr in einer Messkammer mit elektrochemischen Sensoren. Ein weiterer Forschungsaspekt ist eine neuartige Selbstdiagnosefunktion der Mikropumpe. Ziel ist es, ein kostengünstiges Sensormodul für Sensornetzwerke zur flächendeckenden Erfassung von Luftverschmutzung und zur Umweltüberwachung von Ballungsräumen zu entwickeln.

Projektziel ist die Entwicklung eines Nickelkatalysators in Tablettenform, der die energieintensive Zersetzung ohne teures Ruthenium (Ru) von Temperaturen über 800°C auf 400 bis 600°C senkt. Dabei wird das MgO-AlO-Trägermaterial modifiziert und mit Promotoren wie CeO und NiO ergänzt. Nach Screening und Tests im Fixed-Bed-Reaktor wird der Katalysator skaliert und mit Fokus auf Langzeitstabilität getestet.

Die Stoffgruppe der per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS) umfasst mehr als 4.700 Substanzen. Sie werden aus der Produktion von PFAS, Textilien, Papier und Druckerzeugnissen, der galvanischen Industrie, Kälte- und Treibmitteln sowie Feuerlöschschäumen in die Umwelt freigesetzt. Dort verbleiben sie als persistente Schadstoffe. Inzwischen können sie im Blut der Bevölkerung nachgewiesen werden. Die Bodenwäsche ist das einzige großmaßstäblich eingesetzte Verfahren zur Reinigung PFAS-kontaminierter Böden. Dabei werden die an den Bodenpartikeln anhaftenden Schadstoffe durch mechanische Krafteinwirkung von diesen abgelöst und in das Waschwasser überführt, aus dem sie mittels Aktivkohle entfernt und anschließend thermisch vollständig zerstört werden können.

Ziel des Projekts BoReF ist es, die Bodenwäsche so weiterzuentwickeln, dass nicht nur wie bisher die Grobfraktionen der Böden (> 0,1 mm), sondern auch der Feinanteil (< 0,1 mm) gereinigt werden kann.

Der methodische Ansatz des Projekts besteht darin, die Interaktion zwischen Wasser und Bodenpartikeln in den bestehenden Verfahrensstufen zu verbessern sowie durch zusätzliche Verfahrensstufen gezielt die Feinfraktion zu reinigen. Ein Ansatz hierbei ist die Flotation: Durch Einbringen von Luftblasen und speziellen Additiven schwimmen die PFAS mit den Luftblasen auf, während der gereinigte Boden absinkt. Ein weiterer Ansatz besteht darin, die organischen Bodenbestandteile, an denen die PFAS anhaften, zu zerstören und so deren Auswaschung zu ermöglichen. Zur Kontrolle des Behandlungserfolgs wird die innovative SICRIT-Technologie zur einfachen und schnellen Bestimmung der PFAS-Konzentration eingesetzt. Die ökologische Bewertung der entwickelten Verfahrenskombination erfolgt mittels Lebenszyklusanalyse (LCA).

Photovoltaikanlagen können den steigenden Strombedarf privater Haushalte decken, erfordern aber effiziente Batteriespeicher. Eine nachhaltige Alternative zu Lithium- Ionen-Batterien sind Vanadium-Redox-Fluss-Batterien (VRFB). Der Einsatz hochleitfähiger Kationenaustauschmembranen reduziert den elektrischen Widerstand der Batterie und steigert ihre Effizienz. Gleichzeitig erhöht sich jedoch der unerwünschte Austausch von Vanadium-Ionen zwischen den Elektrolyten. Da dieser nicht völlig symmetrisch ist, sammelt sich über die Zeit mehr Vanadium auf einer Seite an, was die nutzbare Kapazität verringert.

Um dies auszugleichen, wird eine Betriebsstrategie entwickelt, die die elektrische Polarisation der Batterie regelmäßig umkehrt. Durch dieses gezielte Umpolen gleichen sich die Konzentrationsunterschiede im Elektrolyten über mehrere Lade- und Entladezyklen wieder aus. So bleibt die Zusammensetzung beider Elektrolytseiten langfristig stabil und wartungsfrei erhalten. Zur genauen Überwachung wird eine Open-Circuit-Potential-Zelle (OCP-Zelle) zur Messung der Elektrolyt-Gleichgewichtspotenziale mit einem Beobachtermodell gekoppelt. Diese Kombination ermöglicht eine präzise Bestimmung des Lade- und Gesundheitszustands der Batterie und dient als Grundlage für die adaptive Steuerung der Betriebsstrategie.

Nach erfolgreichen Labortests werden OCP-Zelle, Beobachteralgorithmus und Betriebsstrategie in einem 2kW- 6kWh-Heimspeicher kombiniert. Ein realer Betriebstest soll zeigen, dass die Batterie durch diese Verbesserungen effizienter und wirtschaftlicher arbeitet und damit eine nachhaltige Lösung für die private Energiespeicherung darstellt.

In Motoren oder Triebwerken treten schnelle, reaktive Strömungen auf. Bei ihrer Untersuchung kommen bildgebende Messtechniken zum Einsatz. Die Verwendung von Lasern ermöglicht es, Größen wie Fließgeschwindigkeiten oder Temperaturen sichtbar zu machen. Gepulste Laser sind dafür besonders geeignet, da sie das Bild in wenigen Nanosekunden ausreichend beleuchten und so die Prozesse einfrieren.

Die Zeitauflösung der Untersuchungen soll immer größer werden. Laser müssen die Anforderung erfüllen, mit hoher Frequenz einzelne, kurze Pulse mit hoher Energie abzugeben.

Neodym-dotierte Yttrium-Aluminium-Granat-Laser (Nd: YAG-Laser) sind Beispiele für Laser, die hochenergetische Pulse produzieren. Sie arbeiten typischerweise mit einer Frequenz von 10 Hz. Hochgeschwindigkeitslaser, die beispielsweise mit 10 kHz emittieren, erreichen nur kleine Pulsenergien.

Ein Zwischenweg sind Burst-Laser. Ein Burst ist eine sehr schnelle, zeitlich begrenzte Folge von Pulsen. Nach Abgabe eines Bursts benötigt der Laser eine gewisse Zeit, in der er kein Licht emittiert. Heutige, teure Systeme erzeugen einen Burst mit kleinen Energien, den sie in mehreren Stufen verstärken.

Im Projekt „InnoBurst“ wird ein neuer Ansatz verfolgt. Ein Nd:YAG-Pulslaser läuft in seinem Grundtakt von 10 Hz. In dieser Phase werden einzelne, 10 ns lange Pulse abgegeben. Dazu pumpt eine Blitzlampe das Lasermedium und Q-Switching erzeugt den Puls. Für einen Burst bleibt die Blitzlampe im 10 Hz Rhythmus, der Q-Switch wird aber mehrfach schnell hintereinander geöffnet. Es entstehen 20 Pulse mit hoher Energie bei einer Frequenz von 20 kHz. Das Projekt umfasst die Entwicklung und Umsetzung des Lasers, begleitet von Tests und einer Simulation der Laserphysik. Außerdem wird seine Eignung in einem Experiment an nachhaltigen Flugkraftstoffen auf Wasserstoffbasis demonstriert.

Ein wichtiges Element im modernen Wärmepumpensystem ist der Wärmetauscher. Dieser beeinflusst Effizienz und Kosten. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines Technologiekonzepts zur Herstellung kosten- und energieeffizienter Wärmetauscher auf Kunststoffbasis, die die klassischen Wärmetauscher aus Edelstahl- oder Kunststoffrohren ersetzen.

Dieses Projekt umfasst die Untersuchung und gezielte Steuerung aller relevanten Materialeigenschaften, Auslegung und Konstruktion von Wärmetauscherplatten sowie Konstruktion von Werkzeugen, Vorrichtungen und Hilfsmitteln zur Herstellung der Wärmetauscherplatten.

Zukünftig soll diese Technologie einen Baustein für leistungsstärkere Rechenzentren bilden. Um dies zu ermöglichen, entwickelt das Projektteam nicht nur die optischen Bauteile, sondern auch intelligente Regelungssysteme. Ein speziell konzipierter Embedded Controller sorgt dafür, dass die hochdynamischen Prozesse in Echtzeit geregelt werden können. Damit leistet das Projekt einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung moderner Kommunikationstechnologien und unterstützt den Ausbau digitaler Infrastrukturen.

Kunststoffplatten haben im Vergleich zu bisherigen röhrenförmigen Wärmetauschern einen um ein Vielfaches geringeren CO₂-Fußabdruck. Sie sind kostengünstiger in Bezug auf Herstellung, Transport und Installation und anschließend leichter recycelbar. Ihre Funktion im Wärmetauscher stellt jedoch hohe Anforderungen an die Materialeigenschaften der Kunststoffplatten. Sie müssen mechanisch stabil und gleichzeitig robust gegen äußere Einflüsse wie Hitze, Kälte, Feuchtigkeit und UV-Belastung sein. Zudem muss die geringe Wärmeleitfähigkeit solcher Materialien erhöht werden, um eine möglichst hohe Entzugsleistung zu erzielen. Es wird der Einsatz von „postconsumer“- und „postindustrial“-Rezyklaten untersucht.

Ziel ist die Entwicklung eines recycelbaren Polymers mit hoher Wärmeleitfähigkeit, das für die nächste Generation von Wärmetauscherplatten wie für die Polymerindustrie eine bahnbrechende Entdeckung sein wird. Am Projektende steht ein Technologiekonzept zur Herstellung von kosten- und energieeffizienten Plattenwärmetauschern auf Kunststoffbasis, das durch einen Demonstrator für den Einsatz in Wärmepumpen Heizungssysteme geprüft und validiert ist. Die entscheidenden Vorteile gegenüber dem aktuellen Stand der Technik sind Flexibilität und Einfachheit.