Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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The use of renewable energy technologies, such as photovoltaics (PV) should be sustainable and environmentally compatible and therefore protect the environment from risks and damaging impacts. Regarding the growing number of installed photovoltaic systems, the end-of-life management of the pv-modules will become increasingly important. Thin film panels contain hazardous substances that may harm the environment if they are not recycled or disposed properly after reaching the end of their service life. Heavy metals, for example, can be toxic as well as carcinogenic or teratogenic. Processing methods for the recycling of PV thin film modules have to take these facts into account. Currently the available recycling techniques usually utilise chemicals such as acids for a wet-chemical treatment of end-of-life modules. The aim of RESOLVED was to identify and test alternative methods for a wet-mechanical treatment in order to reduce the consumption of chemicals in the recycling of thin film modules. Furthermore, the recovered Cadmium-Telluride (CdTe) and Copper-Indium-Diselenide/Disulfide (CIS) should be helping to save scare resources especially for limited elements such as tellurium and indium. The project RESOLVED investigated the recovery of semiconductors material as secondary raw material and the decontamination of the residues of the PV thin film modules. These goals were achieved by testing and optimising existing technologies for the recycling process as well as for the enrichment of the semiconductor materials. The target is to re-use the enriched recovered material in the production of new PV modules. Special efforts were made to look into life cycle analysis, process sustainability, economical aspects, and resource availability.
In dem Projekt sollten die Aufbereitung der Betonbrechsandfraktion aus Bauschutt mittels eines Nassverfahrens zu einer geeigneten Gesteinskörnung für die Betonherstellung sowie die vollständige Verwertung der bei diesem Verfahren anfallenden Reststoffe demonstriert werden.
Der im Rahmen der geordneten Vorsortierung mit zahlreichen Schritten zur Qualitätssicherung hergestellte Betonbrechsand war qualitativ hochwertig und wies nur geringe Schadstoffgehalte auf. Für die Nassaufbereitung des Betonbrechsands wurde vom Projektpartner Allmineral der Prototyp einer Sandsetzmaschine zur Dichtetrennung designt und konstruiert. Diese Sandsetzmaschine wurde für die umfangreichen Betonbrechsandversuche in die Aufbereitungsanlage der BAM integriert. Begleitend zur Aufbereitung wurden die eingesetzten Materialien, Bauschutt und Prozesswasser, sowie die Austragsprodukte chemisch-physikalisch und mineralogisch untersucht.
Die anschließenden Baustoffuntersuchungen zeigten, dass durch das im Demonstrationsprojekt angewandte Nassaufbereitungsverfahren eine deutliche Verbesserung der Materialeigenschaften des Betonbrechsandes erzielt werden konnte. Die Qualität von Natursteinkörnungen wurde (z.B. aufgrund von Kornschädigungen durch den Bruch des Altbetons und noch verbleibende Zementanhaftungen) gleichwohl nicht erreicht. Gerade die Betonprüfungen (mit Anteilen von bis zu 50% Betonbrechsand an der gesamten Gesteinskörnung) haben jedoch gezeigt, dass es dennoch sehr wohl möglich wäre, größere Mengen von aufbereitetem Betonbrechsand in der Betonherstellung zu verwerten und so im Sinne der Nachhaltigkeit den Verbrauch von natürlichen Sandvorkommen zu reduzieren.
Die bei der Nassaufbereitung des Betonbrechsands anfallenden Restsstoffe, nämlich die Fraktionen Leichtgut und Feinstfraktion wurden separat erfasst und bilanziert. Diese Materialien wurden auf die Eignung als Kompostzugabe in Hinblick auf Schadstoffanreicherungen und Pflanzenverträglichkeit untersucht (Projektpartner Deisl). Nach der Kompostierung in Rotteboxen wurden Wachstumsversuche mit dem Referenzgewächs Kresse (Kressetest nach ÖNORM) mit zufriedenstellenden Ergebnissen durchgeführt. Die Reststoffe Feinstgut und Leichtgut aus dem Nassaufbereitungsprozess könnten – sofern die Schadstoffgehalte nachweislich unter den vorgegebenen Grenzwerten liegen – als Zugabe zur Vererdung in der Kompostierung eingesetzt werden.
In dem Projekt soll die vollständige Wiederverwertbarkeit der Schlacke und ihrer Bestandteile demonstriert werden. Dazu gehören die vollständige Rückgewinnung der metallischen Phase, die in die Edelstahlherstellung zurückgeführt werden kann, sowie die Aufwertung der mineralischen Fraktion, die ihre uneingeschränkte Verwendung als Zementzumahlstoff oder mineralischer Baustoff erlaubt. Bei geeigneter Prozessführung des elektrischen Lichtbogenofens können durch „reduzierendes Schmelzen“ die chromhaltigen Wertstoffe zusammen mit anderen Schwermetallen zu 97% in einer Metalllegierung angereichert und separiert werden. Diese kann als Rohstoff in der Metallurgie eingesetzt werden. Der Chromgehalt der mineralischen Komponte der Schlacke konnte von ca. 3% auf unter 0,1% verringert werden. Die mineralische Fraktion lässt sich durch entsprechende Zuschläge während des Schmelzbetriebes und eine anschließende Granulation der schmelzflüssigen Phase zu einem Material aufwerten, das in seiner Zusammensetzung und seinen Eigenschaften typischen Zementkomponenten entspricht und als Rohstoff in der Zementproduktion eingesetzt werden kann. Dafür müssen allerdings noch die rechtlichen Voraussetzungen geschaffen werden, da der Rohstoffeinsatz gerade im Zement strengen Auflagen unterliegt und die Zemente bestimmte Normen erfüllen müssen.
Durch die in RECARC aufgezeigte Möglichkeit der Wiederverwertung können somit Stoffkreisläufe geschlossen werden, die ansonsten zu einem Verlust wertvoller Rohstoffe führen. Vor allem die steigenden Rohstoffkosten, aber auch die immer stärker limitierten CO2-Emissionen zeigen die hohe Relevanz im Umgang mit metallurgischen Reststoffen. Eine Überführung des in RECARC demonstrierten Verfahrens in die Industrie könnte einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Schonung der natürlichen Ressourcen und der Umwelt leisten.
Effect of different sulphur-based crosslink networks on the nitrile rubber resistance to biodiesel
(2017)
Biodiesel possesses some comparable physical properties to petroleum diesel in addition to its improved environmental benefits. Nonetheless, both fuels differ greatly with respect to their chemical compositions.
Therefore, the compatibility of the materials, which are commonly employed in contact with diesel, must also be assured for biodiesel. This paper assessed the influence of sulphur-based curing systems on the resistance of nitrile rubber to soybean biodiesel. Formulations were prepared using highacrylonitrile-content nitrile rubber by employing a two-level experimental design. The amounts of two different accelerators and sulphur were varied to achieve different types of vulcanisation systems.
Thermal analyses, mechanical tests and microscopy analyses were conducted to evaluate the behaviour of the material after contact with biodiesel. The results showed that the choice of the accelerator played an important role on the resistance of the rubber to the biofuel, and crosslink density was not a key factor with respect to the resistance.
Active antibacterial and antifouling surface coating via a facile one-step enzymatic cross-linking
(2017)
Prevention of microbial contamination of surfaces is one of the biggest challenges for biomedical applications. Establishing a stable, easily produced, highly antibacterial surface coating offers an efficient solution but remains a technical difficulty. Here, we report on a new approach to create an in situ hydrogel film-coating on glass surfaces made by enzymatic cross-linking under physiological conditions. The cross-linking is catalyzed by horseradish peroxidase (HRP)/glucose oxidase (GOD)-coupled cascade reactions in the presence of glucose and results in 3D dendritic polyglycerol (dPG) scaffolds bound to the surface of glass.
These scaffolds continuously release H2O2 as long as glucose is present in the system. The resultant polymeric coating is highly stable, bacterial-repellent, and functions under physiological conditions. Challenged with high loads of bacteria (OD540 = 1.0), this novel hydrogel and glucose-amended coating reduced the cell viability of Pseudomonas putida (Gram-negative) by 100% and Staphylococcus aureus (Gram-positive) by ≥40%, respectively. Moreover, glucose-stimulated production of H2O2 by the coating system was sufficient to kill both test bacteria (at low titers) with >99.99% Efficiency within 24 h. In the presence of glucose, this platform produces a coating with high effectiveness against bacterial adhesion and survival that can be envisioned for the applications in the glucose-associated medical/oral devices.
Welding is the most important joining technology. In the steel construction
industry, e.g. production of windmill sections, welding accounts for a
main part of the manufacturing costs and resource consumption. Moreover, social
issues attached to welding involve working in dangerous environments. This aspect
has unfortunately been neglected so far, in light of a predominant focus on economics
combined with a lack of suitable assessment methods. In this chapter,
exemplary welding processes are presented that reduce the environmental and
social impacts of thick metal plate welding. Social and environmental Life Cycle
Assessments for a thick metal plate joint are conducted for the purpose of
expressing and analysing the social and environmental impacts of welding.
Furthermore, it is shown that state-of-the-art technologies like Gas Metal Arc
Welding with modified spray arcs and Laser Arc-Hybrid Welding serve to increase
social and environmental performance in contrast to common technologies, and
therefore offer great potential for sustainable manufacturing.
Die BAM-Liste - Anforderungen an Tanks für die Beförderung gefährlicher Güter – mit den Beständigkeitsbewertungen metallischer und polymerer Werkstoffe ist Grundlage für die stoffbezogenen Baumusterzulassungen für Tankcontainer und ortsbewegliche Tanks zur Beförderung gefährlicher Güter durch die BAM seit der Herausgabe der 1. Auflage 1989. Diese Beständigkeitsbewertungen werden nicht nur bundesweit, sondern weltweit als Erkenntnisquelle genutzt. Für die Zulassung von Kesselwagen und Tankfahrzeugen werden diese Daten auch herangezogen. Die Werkstoffbeständigkeitsdaten und der damit verbundene Informationsservice der BAM haben mit Sicherheit dazu beigetragen, Leckagen von Tanks aufgrund des Einsatzes von Tanks/Kesselwagen aus einem gegenüber dem Füllgut unbeständigem Tankwerkstoff oder Dichtungswerkstoff zu vermeiden.
In-situ ED-XRD und Radiographie während eines Zugversuchs an wasserstoffbeladenem Supermartensit
(2017)
Die Ergebnisse von in-situ Experimenten am Berliner Elektronenspeicherring (BESSY II) werden vorgestellt. Es wurden Zugversuche an wasserstoffbeladenen und wasserstofffreien supermartensitischen Proben durchgeführt und Diffraktionsspektren und radiographische Bilder aufgenommen. Die energiedispersive Röntgendiffraktion ermöglichte dabei die dehnungsinduzierte Phasenumwandlung von Restaustenit zu Martensit in-situ zu beobachten. Die Radiographiebilder der zerreisenden Probe gaben Einblicke in das Bruchverhalten in Abhängigkeit vom Wasserstoffgehalt des Supermartensits.
Mn0.75Ga0.25As crystallites, partially embedded on and fully embedded within a single crystalline matrix of GaAs formed during metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) of Mn-rich (Mn,Ga)As on (001) oriented GaAs wafers. Phase and orientation analysis of these crystallites were performed with scanning nano beam electron diffraction (SNBED). The investigation of plan-view specimens using a liquid nitrogen cooling stage enabled the phase and orientation analysis of partially embedded ferromagnetic a-phase particles. In all specimens the following two orientation relationships (O) between the a-phase particles and the GaAs matrix were determined:
O1:
[1-2.0] Mn0.75Ga0.25As || [110] GaAs and
[10.2] Mn0.75Ga0.25As || [-110] GaAs
O2:
[10.2] Mn0.75Ga0.25As || [110] GaAs and
[1-2.0] Mn0.75Ga0.25As || [-110] GaAs.
The study of cross-sectional specimens enabled the analysis of fully embedded crystallites. It could be unambiguously detected that a fully embedded crystallite has the structure of the atomically ordered monoclinic β' phase. The β' phase crystallite consists of two domains which are related in twin positions to each other. The orientation relations of the different particles are illustrated by color coded stereographic projections.
The main aim of the research was the development of a first valid database for material parameters of earth block masonry (EBM) with particular regard to statistical characteristics. A solid database is needed for the determination of the materials partial safety factor. Therefore, compressive strength tests were carried out with two types of earth blocks and two types of prefabricated earth mortar.
The evaluation has shown that the mean variation of the compressive strength was remarkably less than expected, which indicates high quality standards of the components earth block and mortar with regard to industrial production. Using the reliability method, a partial safety factor for EBM subjected to compression was determined on the basis of these test results. The findings have shown that a common calculation method for EBM based on partial safety factors following the valid masonry construction standard is feasible.