Projekte Partikeltechnologie

Unsere Projekte in der Partikeltechnologie erstrecken sich über Bereiche wie  Energie- und Sicherheitstechnik, Chemie, Pharmazie und Materialwissenschaften. Wir entwickeln innovative Lösungen, um die Eigenschaften von Partikeln zu optimieren und so Produkte und Prozesse zu verbessern. Von der effizienten Wasserreinigung bis hin zur Optimierung von Solarelementen – unsere Technologien setzen neue Standards.

Das Forschungsprojekt »REDUKTION« verfolgt das Ziel, hochfrequente (HF) Induktion mit magnetischen Suszeptoren umzusetzen, um einen optimierten Heizprozess für das Heißprägen zu etablieren und so Energieeffizienz und Nachhaltigkeit in der Industrie zu steigern.
 

Trotz der hohen Reifegrade verwandter Technologien befindet sich das induktive Prägen mit Suszeptoren noch in einem frühen Entwicklungsstadium, was ein erhebliches Innovationspotenzial bietet. Die erfolgreiche Demonstration dieser Technologie könnte zu erheblichen Energieeinsparungen und erhöhter Flexibilität in industriellen Prozessen führen und gleichzeitig das Recycling von Komponenten durch lokale Energieeinbringung erleichtern.

Projektinformation

Entwicklung einer innovativen, nachhaltigen und kosteneffizienten Biohybrid-Technologie basierend auf künstlicher Photosynthese, die eine hochgradig effiziente und skalierbare Erzeugung von Solarkraftstoffen ermöglicht

Die SUNGATE-Technologie ist einzigartig, modular und anpassungsfähig und erlaubt eine flexible, defossilisierte Produktion von Solarkraftstoffen für diverse Anwendungen. Im Gegensatz zu herkömmlichen photoelektrochemischen Systemen kommen bei SUNGATE keine giftigen oder kritischen Rohstoffe zum Einsatz. Stattdessen wird ausschließlich Sonnenlicht als Energiequelle verwendet, um Wasser und CO₂ – unerschöpfliche Rohstoffe – in Solarkraftstoffe wie Methanol oder Formiat umzuwandeln.
 

Katalysatoren und ungiftige Hydrogele für nachhaltige Solarkraftstoffe

Im Rahmen des SUNGATE-Projekts ist das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC hauptsächlich mit seiner Partikeltechnologie-Gruppe beteiligt, die an der Entwicklung von Katalysatoren für neue anodische Halbzellen sowie an biologisch abbaubaren, ungiftigen Hydrogelen zur Einbettung der photokatalytisch aktiven (bio)hybriden Komponenten arbeitet. Das Fraunhofer ISC bringt zudem umfassendes Analyse-Know-how aus ihrem Zentrum für Angewandte Analytik ein, um die neuen Entwicklungen zu prüfen und zu validieren. Dabei werden auch spezielle Methoden für die Präparation und den Analyseprozess entwickelt.

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Technologieentwicklung, Zertifizierung und Capacity Building für den internationalen Markthochlauf von Grünem Wasserstoff und seiner Derivate in der SADC-Region am Beispiel des HyShiFT-Projektes in Südafrika

Das Begleitforschungsprojekt »HySecunda« zielt darauf ab, mit dem Großprojekt HyShiFT zur Herstellung von nachhaltigem Flugkraftstoff (SAF) auf Basis von grünem Wasserstoff in Südafrika und den Nachbarländern praxisnahe und skalierbare Lösungen mit großem Preissenkungspotenzial für den Markthochlauf von grünem Wasserstoff und seinen Derivaten in der gesamten SADC-Region (South Africa Development Community) zu entwickeln. Dabei wird der dringend notwendige Aufbau von Kapazitäten im Bereich der Aus- und Weiterbildung für die Produktion von grünem Wasserstoff in Südafrika und der gesamten SADC-Region vorangetrieben.
Darüber hinaus werden markt- und systemorientierte Lösungen entwickelt, u.a. für die Zertifizierung von grünem Wasserstoff und seinen Derivaten zur langfristigen Sicherung von Importen nach Deutschland und Europa. Außerdem werden ausgewählte Bedarfe der anwendungsorientierten Grundlagenforschung für innovative Materialien und Technologien aufgegriffen. Dazu gehören Entwicklungen für innovative Sensoren zur Wasserstoffdetektion und die Entwicklung von Barriere- und Funktionsbeschichtungen zur Langlebigkeit und Kostenreduktion von Wasserelektrolysekomponenten und Speichersystemen wie Tanks und Rohrleitungen.

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Das Projekt »UnderPressure« konzentriert sich auf die Entwicklung einer neuartigen, diffusionsoffenen Kapsel für Salzhydrate, um der wachsenden Nachfrage nach thermischen Energiespeichersystemen (TES) gerecht zu werden und die Lücke zwischen Energieangebot und -nachfrage zu schließen.
 

Angesichts steigender Energiepreise und des Bedarfs an CO₂-neutralen Lösungen zielt das Projekt darauf ab, die Effizienz der Speicherung von Überschusswärme, die durch Solarthermieanlagen insbesondere in den Sommermonaten erzeugt wird, zu verbessern. Der Ansatz nutzt die hohe Energiedichte von Salzhydraten und überwindet die Herausforderungen herkömmlicher Verkapselungsmethoden durch den Einsatz einer permeablen Hülle, die ein intelligentes Gleichgewicht zwischen äußeren und osmotischen Drücken aufrechterhält. An der Entwicklung einer diffusionsoffenen Verkapselung für Salzhydrate ist das Forschungsteam des Fraunhofer ISC maßgeblich beteiligt.

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Im Projekt »AdRecBat« werden Triggermechanismen in drei Schlüsselbereichen der Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) integriert, um nach Ablauf ihrer Lebensdauer ein direktes Recycling zu ermöglichen und dabei Nachhaltigkeit in den Vordergrund zu stellen.
 

Forschungsteams des Leibniz-Institut für Neue Materialien, des Fraunhofer ISC und der FAU Erlangen bringen in diesem BMBF-Projekt ihre Fachkenntnisse zusammen. Ihr Ziel ist es, Lithium-Ionen-Batterien so zu konzipieren, dass die verwendeten Materialien am Ende ihrer Lebensdauer einfach voneinander getrennt und separat recycelt werden können. Hierzu analysieren die Partner entscheidende Stellen, an denen die Materialien während der Lebensdauer der Batterien sicher verbunden sind, sich jedoch am Lebensende leicht voneinander lösen lassen. Die Partikeltechnologie-Gruppe des Fraunhofer ISC kümmert sich dabei um die Skalierung von induktiven Triggermaterialien und der Charakterisierung des Verhaltens von LIB Materialien in induktiven hochfrequenten Feldern.

Im Rahmen des »EASI ZERo«-Projekts werden innovative Baustoffe für die Gebäudehülle entwickelt und validiert, welche eine effiziente Gebäudesanierung mit geringem CO₂-Ausstoß ermöglichen.
 

EASI ZERo entwickelt und validiert ein einfach zu installierendes globales Gebäudehüllensystem für eine effiziente energetische Sanierung mit einer Energiebilanz und CO₂-Emissionen nahe Null. Die Materialien basieren auf biologisch hergestellten und recycelten Materialien, um den Kohlenstoff-Fußabdruck zu minimieren. Die Materialquellen sind Holz, gebrauchte Holzteile, gewachsenes Myzel oder recycelte Bauabfälle. EASI ZERo entspricht somit der dringenden Notwendigkeit, die Umweltauswirkungen europäischer Gebäude zu reduzieren, indem es deren thermische Leistung auf effiziente Weise erhöht und gleichzeitig den Kohlenstoff-Fußabdruck minimiert.

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Ein interdisziplinäres Team von Fraunhofer-Forschenden hat gemeinsam ein Verfahren nach dem Vorbild einer Kaskade entwickelt, bei dem mehrere aufeinanderfolgende Synthesestufen zur Herstellung von Feinchemikalien ohne Unterbrechung durchlaufen können.
 

Möglich wird dies durch den Einsatz von neuartigen Katalysatoren, eingesetzt in speziell angepassten Durchflussreaktoren. Damit wird die Herstellung von Feinchemikalien z. B. für die Produktion von Arzneimitteln effizienter und energiesparender.
Die Partikeltechnologie-Gruppe am Fraunhofer ISC hat hierzu partikuläre Photokatalystor- und Biokatalysator-Bausteine hergestellt und diese zu sog. Hybridkatalysatoren vereinigt, an denen photochemisch-assistierte Biokatalysereaktionen als Kaskade ablaufen können.

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Die Abtrennung gelöster Wert- und Schadstoffe in niedriger Konzentration ist im Sinne einer effektiven Wasseraufbereitung und Rohstoffversorgung essentiell.
 

So müssen zwingend Lösungen zur besseren Abtrennung von Schwermetallen oder Medikamentrückständen aus industriellen/klinischen Abwässern sowie zur Li-Aufkonzentration für Batterien und zur Wasserentsalzung für grünen Wasserstoff erarbeitet werden.

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Im Leitprojekt ShaPID betreibt die Fraunhofer-Gesellschaft anwendungsnahe Vorentwicklungen, die auf eine weitere Stärkung und Etablierung grüner chemischer Prozesse ausgerichtet sind.
 

Die Bandbreite an Entwicklungen reicht dabei von neuen synthesechemischen Ansätzen durch Einsatz neuer Katalysatorkonzepte, reaktiver Spezies oder elektrochemischer Verfahren bis hin zur verfahrenstechnischen Intensivierung kontinuierlicher Syntheseprozesse sowie deren energie- und ressourceneffizienten Steuerung und Regelung mit neuen Methoden der Digitalisierung und Automatisierung.

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In diesem EU-Projekt geht es um die Entwicklung und Validierung eines photonischen Geräts sowie eines chemischen Prozesskonzepts.

Ziel ist es, mithilfe von Sonnenlicht, CO₂ und grünen Wasserstoff durch den Sabatier-Prozess in Methan (CH4)  und durch den Reverse Water Gas Shift-Prozess (rWGS) in Kohlenmonoxid (CO) umzuwandeln. Diese Gase dienen weiterhin als Basis für die Produktion von Methanol (CH3OH). Sowohl Methan als auch Methanol sind mit unserer bestehenden Infrastruktur kompatibel und bieten vielfältige Einsatzmöglichkeiten, etwa als Kraftstoff für Fahrzeuge, als Energiespeicher oder als Rohstoffe für die Herstellung hochwertiger Chemikalien.

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Im Projekt »MaNiTU« werden, basierend auf theoretischen Grundlagen, neue Materialien für hocheffiziente Tandemsolarzellen entwickelt.

Am Fraunhofer ISC führen wir zusammen mit unseren Partnern atomistische Simulationen durch, um verschiedene Absorber- und Kontaktmaterialien zu synthetisieren, zu charakterisieren und zu optimieren. Die aussichtsreichsten Materialien werden anschließend in die Solarzellenproduktion integriert und in relevanten Bauelementarchitekturen auf ihre Leistungsfähigkeit hin überprüft.

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Das OASIS-Projekt zielt darauf ab, das Marktpotenzial von nanofähigen multifunktionalen Leichtbau-Verbundwerkstoffen, insbesondere von Polymer-Matrix- und Aluminium-Verbundwerkstoffen, zu erschließen.
 

Im Rahmen von OASIS werden Produktionskapazitäten von 12 Pilotlinien für die industrielle Herstellung von nanoskaligen Strukturen in unverarbeiteter Form, Zwischenprodukten mit nanoskaligen Merkmalen und nanofähigen Produkten sowie weitere ergänzende technische (Modellierung, Charakterisierung, Toxikologie, Lebenszyklusbewertung) und nichttechnische Dienstleistungen (Innovationscoaching, Geschäftsplanung, Zugang zu Privatkapital) bereitgestellt. Diese modularen Dienstleistungen werden Unternehmen, insbesondere KMU, zur Verfügung gestellt, damit sie ohne hohe Kapitalinvestitionen Zugang zu einzigartigen Einrichtungen und Kenntnissen erhalten.

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Das Projekt »SafeVulca« konzentriert sich auf die Entwicklung eines innovativen Füllstoffsystems aus ZnO-NP@SiO₂-NP, das sowohl als Vernetzer als auch als verstärkender Füllstoff in der Gummiproduktion dient.

Dieses System wird mithilfe eines umweltfreundlichen und leicht skalierbaren Sol-Gel-Verfahrens von der Arbeitsgruppe Partikeltechnologie des Fraunhofer ISC hergestellt. Nach der Synthese wird das ZnO-NP@SiO₂-NP-Füllstoffsystem in verschiedene Gummiverbundwerkstoffe integriert und deren Leistungsfähigkeit getestet.

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Das Ziel des Projekts CREMA ist die Entwicklung einer funktionalisierten Pulveraktivkohle mit katalytischen Eigenschaften, die sich effizient in Abwasser verteilen, magnetisch gesammelt und chemisch regeneriert werden kann, um somit einen kostengünstigen Prozess für eine vierte Reinigungsstufe in Kläranlagen zu schaffen und gleichzeitig die Umweltauswirkungen zu minimieren.
 

Die Ergebnisse des CREMA-Projekts tragen erheblich zu den förderpolitischen Zielen des Förderprogramms bei, indem sie die Grundlage für die Entwicklung neuartiger innovativer Produkte und Prozesse im Bereich der Abwasserbehandlung schaffen, insbesondere durch die Erprobung neuartiger magnetisch abtrennbarer Pulveraktivkohlen zur Spurenstoffentfernung in kommunalen Kläranlagen. Ein zentrales wissenschaftlich-technisches Ergebnis ist die Entwicklung einer wirtschaftlichen Syntheseroute für magnetische Aktivkohlen, die erfolgreich demonstriert und hochskaliert wurde, einschließlich der Validierung von Methoden zur Partikelregeneration. Das Projekt integriert verschiedene Teilergebnisse, wie die Synthese magnetischer Nanopartikel, die Entwicklung einer kontinuierlichen oxidativen Reifung, die Anbindung von magnetischen Partikeln an Aktivkohle, die Optimierung des induktiven Heizverhaltens und die detaillierte Analyse des Adsorptions- und Desorptionsverhaltens in Abhängigkeit vom Magnetitgehalt.

Abschlussbericht Projekt Crema

Das Fraunhofer-Projekt »TOXIG« zielt auf die Entwicklung eines hochmodernen Sensorsystems ab, das selbst geringste Konzentrationen reaktiver Gase schnell und zuverlässig direkt vor Ort erfassen kann.

Die herausragende Zuverlässigkeit des TOXIG-Sensors ergibt sich aus der innovativen Kombination optischer und elektrischer Messverfahren. Dieses duale Messprinzip identifiziert Querempfindlichkeiten und ermöglicht eine präzise Gasdetektion, wodurch etwa bei kritischen Gaskonzentrationen sofort Alarme ausgelöst werden können. Mit seinen neuartigen Sensormaterialien reagiert der Sensor nicht nur außerordentlich schnell, sondern ist auch energieeffizient und für die Massenproduktion geeignet.

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Im Rahmen des Projekts »NanoStrahl«, unterstützt durch die Alfred-Kärcher-Förderstiftung, haben wir uns der Entwicklung und Erprobung eines innovativen Reinigungskonzepts gewidmet, das auf der Nutzung multifunktionaler Strahlmittel basiert.

Durch eine innovative Bottom-up-Synthese mittels Sprühtrocknung kombinieren wir mikroskalige Strahlmittel aus nanopartikulären Bausteinen. Dieses modulare Konzept eröffnet ein breites Spektrum an anpassbaren Eigenschaften und ermöglicht es uns, die Effizienz in bestehenden Anwendungen der Strahlmittelreinigung deutlich zu steigern und gleichzeitig neue Anwendungsfelder zu erschließen.
 

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