Häufig bestehen zu wenige Einsatzmöglichkeiten für Ersatzbaustoffe (Rezyklate), da sich diese zumeist in der Qualität von den natürlichen Rohstoffen bzw. primär erzeugten Baustoffen unterscheiden und damit die gesetzlich und normativ geregelten Baustoff- und Bauteilqualitäten teilweise nicht erfüllen. Alternative Bemessungskonzepte für Bauwerke auf der Grundlage von Recyklat- oder Sekundärbaustoffen fehlen noch weitgehend.

Wir entwickeln qualitativ hochwertige Ersatzbaustoffe und die effizienten Prozesse zu deren Herstellung. Mit umfangreichen und hochspezialisierten Analyse- und Prüfverfahren und unserem Know-how optimieren wir dabei die Produkte und Prozesse für die Anwendung, so dass sie den höchsten Anforderungen an Qualität und Gleichmäßigkeit entsprechen. Derzeit realisieren wir in diesem Arbeitsfeld folgende Projekte:

An Baustoffe der Zukunft werden immer höhere Anforderungen gestellt. Neben Mehrfeldanforderungen zu Tragfähigkeit, Dämm- und Feuchteiegenschaften müssen Baustoffe und Bauteile zunehmend mit weiteren Funktionen ausgestattet werden. Schon heute gibt es immer mehr intelligente Baustoffe, die Energie erzeugen oder helfen, sie einzusparen. Oder Baustoffe, die Schadstoffe aus der Luft für eine gesündere Wohnumgebung unschädlich machen. Durch die Integration intelligenter Sensorelemente können Bau- und Konstruktionsteile kontinuierlich überwacht, so eine sichere Nutzungsdauer verlängert und notwendige Wartungsarbeiten frühzeitig erkannt und geplant werden.

Wir entwickeln neue Generationen von Baustoffe und Bauteile mit neuartigen oder verbesserten Funktionen und Eigenschaften. Zusätzlich arbeiten wir an Lösungen, um unterschiedliche Sensoren in Bau- und Konstruktionsteilen zur Überwachung zu integrieren. Aktuelle Arbeitsbeispiele dafür sind:

Baustoffe sind sehr komplexe Systeme mit vielschichtiger Wechselwirkung, an die höchste Ansprüche in der Anwendung als Bauteil oder Bauwerk gestellt werden. Bei der Entwicklung neuartiger Baustoffe und Bauteile bedarf es neben wissenschaftlich-technischer Expertise einer umfangreichen analytischen Aufklärung der Eigenschaften, des Einsatzverhaltens und der Anwendungswirkung. Ebenso können auftretende Schadensfälle nur durch zielgerichtete Analytik in Kombination mit fachlicher Bewertung aufgeklärt werden.

Mit modernster Analyse- und Prüftechnik und standardisierter Baustoffprüfung gehen wir den Zusammenhängen zwischen Baustoffeigenschaften, Anwendungsverhalten und Schadensszenarien auf den Grund.

Abwässer sind häufig mit organischen Stoffen anthropogenen Ursprungs (so beispielsweise Antibiotika aus der Tierhaltung oder Arzneimittelrückstände) belastet. Dies erfordert zunehmend effiziente Verfahren und Technologien zur weitegehenden Elimination, um die Verseuchung von Gewässern und Grundwasser, aber auch die Rückführung in den Trinkwasserkreislauf zu verhindern.

Wir entwickeln neue und hocheffiziente Verfahren zur Abtrennung von anthropogenen Schadstoffen aus Abwässern, Grundwasser und Trinkwasser. Dazu nutzen wir adsorptive und oxidative Verfahren (Advanced Oxidation Process (AOP)), je nach Anwendungsfeld auch kombiniert. Mit von uns entwickelten hocheffizienten photokatalytischen Beschichtungen gelingt beispielweise der nahezu vollständige Abbau persistenter Schadstoffe aus Abwässern zur möglichen Anwendung in der 4. Reinigungsstufe eines Klärwerks. Einige Arbeitsbeispiele sind dazu:

Durch die Verschmutzung von Abluft, Raumluft und Stadtluft resultieren Gesundheits- und Umweltschäden im erheblichen Ausmaß. Die Photokatalyse gilt als sehr effizientes Verfahren, um im Innen- und Außenbereich umweltgefährdende und giftige Schadstoffe in der Umwelt abzubauen.

Wir konzentrieren unsere Forschungsaktivitäten in diesem Bereich zurzeit auf die Entwicklung und Erprobung hocheffizienter dauerhafter photokatalytischer Beschichtungen und deren optimale Integration in Systeme zur Raum- und Abluftreinigung. Aktuell arbeiten wir dabei unter anderem an den folgenden Projekten:

Die Schließung von Rohstoff- und Nährstoffkreisläufen gewinnt vernünftigerweise zunehmend weiter an Bedeutung. Häufig sind jedoch Prozessrückstände oder Reststoffe auch mit anthropogenen Schadstoffen wie Schwermetallen, pharmazeutischen oder antibiotischen Rückständen kontaminiert. Um diese Rückstände und Reststoffe einer Wiedernutzung zuzuführen ohne Natur und Gesundheit zu gefährden, ist es notwendig, diese Schadstoffe aus Sekundärrohstoffen abzutrennen und so aus dem Kreislauf auszuschleusen.

Wir arbeiten an Verfahren und technologischen Lösungen, um anthropogene Schadstoffe aus unterschiedlichen Reststoffen abtrennbar zu machen. Damit liefern wir einen wichtigen Baustein zur nachhaltigen Implementierung von Rückgewinnungs- und Kreislaufprozessen, um natürliche Ressourcen zu schonen und die Umwelt zu entlasten.

Schadstoffbelastungen in Luft und Wasser können hinsichtlich der Art der Schadstoffe, aber auch in ihrer Konzentration vielfältig sein. Die Detektion der Schadstoffbelastung ist Voraussetzung für die Sicherstellung einer gesunden Wohn- und Arbeitsumgebung sowie die Vermeidung von Umweltschäden. Denn nur mit der Kenntnis über Art und Konzentration der vorliegenden Schadstoffe können geeignete Maßnahmen zu deren Minimierung oder Vermeidung entwickelt bzw. getroffen werden.

Mit modernster Analyse- und Prüftechnik gehen wir der Schadstoffbelastung auf die Spur. Wir entwickeln neue Methoden zum sicheren Nachweis verschiedener Schadstoffe und deren Monitoring. Auf dieser Basis können wir effiziente Reinigungsverfahren entwickeln und deren Wirksamkeit experimentell demonstrieren.

Nach wie vor besteht erheblicher Bedarf, Herstellungsprodukte ressourcenschonend und umweltfreundlich zu gestalten. Mit zunehmender Anstrengung, Stoff- und Verwertungskreisläufe zu schließen, resultiert zudem häufig die Erkenntnis, dass viele Produkte und Bauteile zwar hinsichtlich ihrer Anwendungseigenschaften und minimalen Herstellkosten optimiert sind, Rückgewinnungs- und Nachnutzungsprozess jedoch oft daran scheitern, dass die Wert- und Rohstoffe aus den zu recycelnden Produkte und Bauteile kaum wirtschaftlich abtrennbar sind.

Wir betrachten alle material- und werkstoffbezogenen Fragestellungen für Produkte und Bauteile über die gesamte Lebensdauer der Produkte von der Rohstoffgewinnung über Material- und Bauteilherstellung, den Anwendungseigenschaften bis hin zum End of life / Second Life Cycles ganzheitlich Dadurch soll bereits bei der Material-/ Bauteilherstellung der Aspekt der Verwertung nach Nutzungsende berücksichtigt werden, wodurch Verwertungsverfahren erst ermöglicht bzw. effizient werden.

Die Ausbeutung natürlicher Ressourcen ist oft verbunden mit erheblichen Umweltbelastungen. Einige Rohstoffe verknappen sich zudem spürbar oder stammen aus geopolitisch-kritischen Regionen. Auf der anderen Seite enthalten viele industrielle und kommunale Abfälle wertvolle Wertstoffe, wovon ein großer Teil unwiederbringlich deponiert wird. Grund dafür ist, dass zumeist technologische Lösungen zur Rückgewinnung fehlen oder die vorhandenen Verfahren und Technologien unwirtschaftlich sind.

Wir entwickeln praktikable Herstellungsverfahren und Technologien mit denen zulassungs- und damit marktfähige Produkte aus Ersatz- und Sekundärbaustoffen aus Reststoffen generiert werden können. Dabei setzen wir mit unserer Konzeption Life cycle material engineering auch bereits an den zu verwertenden Produkten und Bauteilen selbst an, um diese überhaupt recycelbar zu machen.

Ersatzstoffe und Rezyklate aus Reststoffen können einen nachhaltige Alternative zu natürlichen oder künstlich hergestellten Ausgangsstoffe für unterschiedlichste Herstellungsprozesse sein. Dies schont die natürlichen Ressourcen und reduziert die Umweltbelastung. Allerdings bestehen nach wie vor zu wenige Einsatzmöglichkeiten für Rezyklate, häufig auch deshalb, weil sie sich in der Qualität von den natürlichen Rohstoffen bzw. primär erzeugten Rohstoffen unterscheiden und damit zu einer anderen Produktqualität führen oder sich in den bestehenden Herstellungsprozess aufgrund anderen Verarbeitungseigenschaften nicht identisch verwenden lassen.

Wir arbeiten deshalb an Verfahren, um die Produktqualität der erzeugten Ersatzstoffe bzw. Rezyklate zu erhöhen, so beispielsweise durch eine höhere Sortenreinheit. Zum anderen entwickeln wir technologische Verfahrenslösungen, wie die erzeugten Rezyklate in bestehende Verarbeitungsprozesse zuverlässig eingearbeitet werden können bzw. wir entwickeln dafür gänzlich neue, angepasste Prozesse.

Intensive Landwirtschaft benötigt auf der einen Seite eine Vielzahl von Nährstoffen für ein ertragreiches Pflanzenwachstum. Auf der anderen Seite fallen unzählige nährstoffreiche Reststoffe insbesondere aus der Massentierhaltung, die Biogaserzeugung oder der Abwasserklärung und -aufbereitung an. Diese nährstoffreichen Reststoffe wurden zwar bisher zu großen Teilen in der Landwirtschaft verwertet. Allerdings war diese Verwertung wenig an den Nährstoffbedarf der Pflanzen angepasst, so dass eine zusätzliche Düngung mit fehlenden Nährstoffen weiterhin notwendig war und zu viel eingetragene Nährstoffe Böden und Gewässer verseuchen.

Wir holen aus organischen Reststoffen gezielt die wertvollen Nährstoffe heraus oder wandeln diese Reststoffe in standardisierte Düngemittel mit einer boden- und pflanzenspezifischen Nährstoffzusammensetzung um. Neben den wirtschaftlichen Aspekten solcher Rückgewinnungsverfahren steht dabei auch insbesondere die Trennung der Wertstoffe von den Schadstoffen bei uns im Fokus.

Höhere Leistungs-Kostenanforderungen und die zunehmende Forderung nach mehr Funktionalität stellen die größte Herausforderung in der derzeitigen Materialentwicklung dar. Kosteneffiziente Anwendungslösungen werden dabei immer dann erzielt, wenn eine Integration von Funktionen direkt in den Werkstoff oder eine Modifikation der Oberfläche zur Eigenschaftsverbesserung der Bauteile realisiert wird.

Wir entwickeln funktionalisierte Materialien und Werkstoffe und erarbeiten deren technologische Herstellungsprozesse. Durch diese Materialien und Werkstoffe werden neuartige Eigenschaftskombinationen erzielt, die letztlich zu neuen bzw. verbesserten Material-, Verfahrens- und Bauteilentwicklungen führen. Die von uns entwickelten neuartigenr Beschichtungs- und Bearbeitungsverfahren verbessern bereits heute in vielen Anwendungen die Funktionalitäten der Bauteile und Oberflächen.

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Die Anforderungen an Bauteile steigen unaufhörlich. Dabei müssen die Bauteile immer mehr Funktionen übernehmen und dabei sollen aber auch die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit steigen. Daraus ergeben sich immer komplexere und umfangreichere Aufgabenstellung an die Forschung und Entwicklung sowie die Prüfung und Überwachung der Bauteile.

Wir entwickeln gemeinsam mit unseren Partnern hochleistungsfähige Bauteile und integrieren dabei häufig neuartige Werkstoffe mit verbesserten Eigenschaften für eine höhere Bauteilperformance. Zudem stehen wir für qualifizierte Untersuchungen und umfassende Analysen von Bauteilen und Werkstücken. Unsere Labor bieten zahlreiche chemische, mineralogische und physikalische Prüfmethoden und Versuchsstände zur Bearbeitung komplexer Prüfaufträge. Bei vielen dieser Methoden sind wir ein akkreditiertes Prüflabor.

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Die Aufgabe von Ingenieuren ist die Entwicklung und Erstellung technischer Systeme und Prozesse mit denen vorgegebene Nutzungsanforderungen erreicht werden. Für die Entwicklung technischer Systeme werden heute in allen Ingenieurdisziplinen Prognosemodelle erstellt, mit denen das Verhalten der zu entwerfenden technischen Systeme und Prozesse durch Computersimulationen vorhergesagt werden kann. Die Validierung und Kalibrierung der Prognosemodelle erfolgt durch Experimente an Prototypenmodellen oder durch die Beobachtung realer Systeme und deren Abgleich mit den Simulationsergebnissen.

Unsere Möglichkeiten zur Modellierung und Simulation ergänzen die material- und bauteiltechnischen Prüfungen. Schwerpunkte sind: Versuchsdesign, statistische Versuchsplanung und Parameteridentifikation. Wir führen numerische Simulationen (z:B. mit der Finite Elemente Methode (FEM)) und Untersuchungen im Bereich des Bauteilverhaltens, der Bauteilfestigkeit und Optimierung von Bauteilen von der statischen und dynamischen Mechanik über (in)stationäre Wärmeleitung bis hin zur Strömungsmechanik durch.

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Für eine lange Beständigkeit müssen Bauteilen explizit angepasst an deren Einsatzbedingungen konstruiert werden. Die verwendeten Werkstoffe sind ebenfalls an die Umgebungsbedingungen anzupassen. Vorhersagen zur Beständigkeit können in der Regel nur nach umfangreichen Tests dieser Bauteile unter realen Nutzungsbedingungen erfolgen.

In unserem umfangreich ausgestatteten Umweltsimulationszentrum können wir unterschiedlichste klimatische Umwelt- und Korrosionsprüfungen sowie Lebensdaueruntersuchungen durchführen und im Bedarfsfall die notwenige Sensorik zur kontinuierlichen Überwachung von Bauteilen und Strukturen im realen Einsatz planen und umsetzen.

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