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Nachhaltigkeit

Innovative L?sungen entwickeln

Eine Frau stellt ein wissenschaftliches Ger?t ein
? Patrick Pollmeier / Universit?t Bremen

Von der umweltfreundlichen Zink-Ionen-Batterie bis zur partizipativen Quartiersentwicklung: Welche Technologien und Verfahren brauchen wir für eine nachhaltige Zukunft?

Eine nachhaltige Zukunft erfordert neue Ans?tze, Technologien und Verfahren, die ?kologische und soziale Herausforderungen wirksam adressieren. Technische Innovationen, wie umweltfreundliche Energiespeicher oder ressourcenschonende Materialien, werden dabei ebenso gebraucht wie soziale und organisatorische Innovationen. In zahlreichen anwendungsorientierte Forschungsprojekte arbeiten Wissenschaftler:innen der Universit?t Bremen an langfristig tragf?hig L?sungen, um den Ressourcenverbrauch zu reduzieren und positive gesellschaftliche Ver?nderungen unterstützen.

 

Beispielhafte Projekte

Eine Forscherin steht vor einem wissenschaftlichen Ger?t mit vielen Kabeln.
© Frederico Scarpioni

Die Energiewende stellt hohe Anforderungen an moderne Speichertechnologien: Durch leistungsf?hige, sichere und umweltvertr?gliche Energiespeicher l?sst sich der stetig wachsende Anteil erneuerbarer Energien stabil in das Stromnetz integrieren. Dieses Forschungsprojekt widmet sich w?ssriger Zink-Ionen-Batterien (ZIB) und will damit einen entscheidenden Beitrag zur Transformation des station?ren Energiesektors leisten.

W?ssrige Zink-Ionen-Batterien gelten als vielversprechende Alternative zu konventionellen Lithium-Ionen-Systemen. Sie basieren auf weit verbreiteten, kostengünstigen und nicht toxischen Materialien und erm?glichen somit eine ressourcenschonende und wirtschaftlich tragf?hige Speicherl?sung. Ein zentraler Vorteil liegt in ihrer hohen Betriebssicherheit. Aufgrund des w?ssrigen Elektrolyten besteht keine Gefahr von Br?nden oder Explosionen. Des Weiteren punkten ZIBs mit einer deutlich besseren Umweltbilanz über den gesamten Lebenszyklus hinweg.

Mit zunehmender Einspeisung von Wind- und Solarstrom w?chst der Bedarf an station?ren Speichern rapide. In Deutschland steigt der Anteil erneuerbarer Energien am Stromverbrauch und soll bis 2030 noch deutlich 澳门皇冠_皇冠足球比分-劲爆体育 anwachsen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden skalierbare und verl?ssliche Speicherl?sungen ben?tigt. Zink-Ionen-Batterien bieten hierfür ein gro?es Potenzial: Sie sind wirtschaftlich attraktiv und technologisch flexibel. Darüber hinaus sind ihre Nachteile, wie beispielsweise das h?here Gewicht, für diese Anwendung nicht von Bedeutung.

Obwohl die Technologie bereits einen hohen Entwicklungsstand erreicht hat, ist der Schritt zur industriellen Anwendung bislang ausgeblieben. Ein wesentlicher Engpass besteht in der fehlenden Standardisierung von Testverfahren, die den spezifischen Anforderungen station?rer Anwendungen gerecht werden. Genau hier setzt das Projekt an: Es entwickelt und erprobt praxisorientierte Testprotokolle, optimiert Materialien und Zellstrukturen und schafft damit die Voraussetzungen für eine industrielle Skalierung und den Markteintritt dieser nachhaltigen Speichertechnologie.

Langfristig tr?gt das Vorhaben dazu bei, die Abh?ngigkeit von kritischen Rohstoffen zu reduzieren, die Versorgungssicherheit im Energiesystem zu st?rken und den ?bergang zu einer klimaneutralen Wirtschaft gem?? den Zielen der Europ?ischen Union zu beschleunigen. Damit leistet das Projekt einen wichtigen Beitrag zu einer sicheren, nachhaltigen und zukunftsf?higen Energieversorgung.

Eckdaten 

Papier hat sich aufgrund seiner Nachhaltigkeit, Umweltfreundlichkeit und vielseitigen Eigenschaften als zukunftsweisendes Material etabliert. Seine Anwendungen reichen von Leichtbaukonstruktionen bis hin zur Verwendung als umweltfreundliche Alternative zu Kunststoffen. Dennoch stellt die hohe Empfindlichkeit gegenu?ber Feuchtigkeit eine entscheidende Einschr?nkung dar, die sowohl die mechanische Stabilit?t als auch die Nutzbarkeit in feuchten Umgebungen erheblich beeintr?chtigt. Die Verbesserung der Nassfestigkeit von Papier ist daher von zentraler Bedeutung, insbesondere in Industrien wie der Bau- und Verpackungsbranche. Aktuelle Ans?tze, wie wasserabweisende Beschichtungen, sind zwar vielversprechend, erschweren jedoch das Recycling und erh?hen die Kosten. Hier setzt das Forschungsprojekt an, indem es mit einem innovativen skalenu?bergreifenden Simulationsansatz die Bruchmechanismen von Papier sowohl im trockenen als auch im nassen Zustand analysiert. Dieses Vorgehen er?ffnet die M?glichkeit, chemische Modifikationen und Optimierungsstrategien gezielt zu entwickeln, um Papier als widerstandsf?higes und nachhaltiges Baumaterial der Zukunft zu etablieren.

Eckdaten 
Blick auf das UFT - Zentrum für Umweltforschung und nachhaltige Technologien
© Harald Rehling / Universit?t Bremen

Sauberes Wasser ist für ein gesundes Leben unerl?sslich. Eines der gr??ten aktuellen Probleme im Zusammenhang mit sauberem Wasser ist die Eutrophierung, die durch eine überm??ige Anreicherung mit N?hrstoffen, insbesondere Phosphor (P), verursacht wird. Zu den herk?mmlichen Technologien zur Entfernung von Phosphat aus Abwasser geh?ren vor allem chemische und physikalische Verfahren, bei denen haupts?chlich chemische Mittel zugesetzt werden, die kostspielig sind und zu Sekund?rverschmutzung und Phosphorverlusten führen. Auf der anderen Seite versch?rft sich der Hunger in der Welt, und fehlende/teure Phosphordüngemittel sind ein wesentlicher Faktor dafür. Der weltweite Transport von Pflanzenn?hrstoffen ist teuer und verursacht Treibhausgase, was die globale Erw?rmung potenziell verschlimmert. Das Ziel dieses deutsch-brasilianischen Projekts ist eine L?sung für beide Probleme: ein neuartiges Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphor aus Abwasser und Oberfl?chenwasser mit geringen Investitions- und Betriebskosten.

Das Verfahren basiert auf der membrankapazitiven Entionisierung (MCDI), einem Elektrosorptionsverfahren zur selektiven Trennung von Ionen bei geringem Energie- und Chemikalienverbrauch. Das Phosphat kann mithilfe einer zweistufigen MCDI-Anlage abgetrennt, konzentriert und anschlie?end zurückgewonnen werden. Das zurückgewonnene Phosphat kann als Rohstoff für Phosphatdünger verwendet werden.

Die AG chemische Verfahrenstechnik (CVT) entwickelt zun?chst einen MCDI-Versuchsaufbau, der eine effiziente Trennung von Phosphaten und Natriumchlorid aus synthetischen Abw?ssern im Laborma?stab erm?glicht. Dabei werden experimentell verschiedene Einflussfaktoren wie Spannung, Volumenstrom und Geometrie analysiert. Die gewonnen Erkenntnisse flie?en in die Skalierung des Prozesses vom Labor- zum Technikumsma?stab mit ein. Mit dem innovativen Konzept wird aufgezeigt, wie eine Kreislaufwirtschaft realisiert werden kann, wobei die Investionsrendite als entscheidender Faktor dient. Durch die Anwendung spezifischer Designregeln und Betriebsparameter wird der Prozess optimiert, um ein hochskaliertes Design sowie die Errichtung einer Pilotanlage zu erm?glichen.

Eckdaten
  • Mittelgeber:in: CORNET
  • Laufzeit: 2024 bis 2026
  • Projektverantwortlicher:Dr. rer. nat. Michael Baune (für CVT)
  • Anbindung: Chemische Verfahrenstechnik (CVT) im Zentrum für Umweltforschung und nachhaltige Technologien (UFT) der Universit?t Bremen
Acelor Mittal in Bremen
© Arcelor Mittal – Kerstin Rolfes

Das Projekt besch?ftigt sich mit einem alternativen Verfahren zur Eisenherstellung aus Eisenerz. Aktuell gibt es drei Verfahren:

  1. Den etablierten Hochofenprozess, bei dem Eisenerz mittels Koks (Kohlenstoff) zu Eisen reduziert und Koks zu CO? wird. Problematisch dabei ist, dass pro Tonne Stahl 1,5 Tonnen CO? anfallen.

  2. Die Direktreduktion per Gas (DRI), bei der por?se Eisenerz-Pellets mit Wasserstoff (H?) reagieren und dabei Eisen und Wasser als Produkte entstehen. Hierfür werden gro?e Mengen Wasserstoff ben?tigt, deren Verfügbarkeit und Kosten bisher unbekannt sind.

  3. Die elektrochemische Reduktion von Eisenerz, in diesem Projekt in w?ssrigem Elektrolyt mit hochkonzentrierter Natronlauge (NaOH). Dazu werden feine Eisenerz-Partikel in das Elektrolyt gegeben und mittels einer angelegten Spannung zu Eisen reduziert. Dabei entstehen Sauerstoff und Wasserstoff als weitere Produkte. In diesem Prozess entsteht kein CO?, der verwendete Strom muss jedoch erneuerbar sein, um CO?-armen Stahl herzustellen.

Ziel des Projektes ist die Weiterentwicklung des Prozesses. Es sollen Prozessparameter wie Partikelgr??e, Temperatur, Elektrolyt, Potential, Begleitstoffe usw. ermittelt werden, um eine effiziente, kontinuierliche und skalierbare Produktion von Eisen/Stahl zu erm?glichen.

Eckdaten
Modell mit Figuren: Eine Person sitzt in einem Fischerboot auf dem Wasser und steuert auf eine Reuse mit Fischen zu
© Patrick Pollmeier / Universit?t Bremen

Die wachsende Weltbev?lkerung und der steigende Bedarf an tierischen Proteinen stellen die globale Nahrungsmittelproduktion vor enorme Herausforderungen. Besonders die Aquakultur, die heute bereits rund die H?lfte der weltweiten Fischproduktion ausmacht, ben?tigt nachhaltige Futtermittelalternativen, um die ?berfischung natürlicher Best?nde einzud?mmen.

Das Pilotprojekt setzt auf eine innovative Technologie: die mikrobielle Elektrosynthese. Dabei nutzen spezielle Mikroorganismen elektrischen Strom und CO?, um komplexe organische Verbindungen wie Proteine oder Biopolymere herzustellen. Diese direkte Kopplung von erneuerbarer Energie und biologischer Stoffproduktion er?ffnet neue Wege für eine ressourcenschonende Kreislaufwirtschaft. Ein zentrales Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Erprobung einer hochskalierten Elektrosynthesezelle, die die Herstellung von Einzellerproteinen (Single Cell Protein, SCP) erm?glicht. SCP gilt als besonders vielversprechendes Produkt, da es als proteinreiches Futtermittel Fischmehl ersetzen kann – ein Rohstoff, dessen Gewinnung bislang stark von Wildfischbest?nden abh?ngt.

Die Vorteile dieser Technologie liegen in ihrer Nachhaltigkeit, da die Produktion von SCP den Druck auf marine ?kosysteme reduziert, und einen Beitrag zur Kreislaufwirtschaft liefert, da Abwasserstr?me und CO? als Rohstoffe genutzt werden k?nnen. Gleichzeitig leistet sie einen Beitrag zum Klimaschutz, indem erneuerbare Elektrizit?t eingesetzt wird, um CO? in wertvolle Biomasse zu überführen. Darüber hinaus er?ffnet SCP ?konomisches Potenzial, da die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ma?geblich von der Wertigkeit des Produkts abh?ngt und proteinreiche Futtermittel eine attraktive Option darstellen.

Eckdaten: 
Haptisches Modell einer Stadt
© darknightsky / Adobe Stock

Das Verbundprojekt InnovationsCommunity Urban Health (ICUH) folgt dem Leitbild der Umweltgerechtigkeit und unterstützt St?dte, gesunde und gerechte Lebensverh?ltnisse unabh?ngig von sozialen Ungleichheiten zu schaffen. Im Fokus stehen die altindustriellen Regionen Bremen/Bremerhaven und Ruhrgebiet. Besonders innerst?dtische und ehemals industriell gepr?gte Gebiete, in denen soziale Ungleichheiten stark ausgepr?gt sind, stehen vor erheblichen Herausforderungen wie ungleichen Gesundheitschancen, geringer Umweltqualit?t und eingeschr?nkter sozialer Teilhabe. Gleichzeitig bieten diese Gebiete Potenziale für sozial-?kologische Ver?nderungen und verfügen über wertvolle Erfahrungen in der Bew?ltigung unterschiedlicher sozialer und struktureller Probleme.

Trotz umfangreicher Wissensbest?nde zu gesundheitlicher Chancengerechtigkeit und Umweltgerechtigkeit kommt es oft nicht zur konsequenten Umsetzung bestehender Leitbilder wie das der Nachhaltigkeit oder gesundheitsf?rdernden Stadtentwicklung sowie bereits konzipierter Strategien und Ma?nahmen. Zentrales Ziel von ICUH ist es daher, Implementationslücken im Bereich der umweltbezogenen Verfahrens- und Verteilungsgerechtigkeit zu überwinden. In Realexperimenten und umsetzungsorientierten Projekten sollen Wissenschaft, Praxis und diverse Communities gemeinsam innovative Ans?tze zur ?berwindung von Umsetzungshemmnissen erproben, die gleichzeitig einen Beitrag zur einer sozial-?kologischen Transformation leisten.

Die InnovationsCommunity Urban Health versteht sich als offene und langfristige Plattform zur F?rderung urbaner Gesundheit und Umweltgerechtigkeit. Mit dem transdisziplin?ren Forschungsansatz werden unterschiedliche Wissensformen, z.B. Alltags- und Erfahrungswissen und Wissen aus verschiedenen Wissenschaftsdisziplinen, anerkannt und integriert.

 

Teile von ICUH sind:

Das Management-Projekt von ICUH verfolgt das Ziel, ein Netzwerk aufzubauen, das Wissenschaft, Praxis und diverse Communities vereint. Der transdisziplin?re Prozess wird durch Ver?nderungs- und Wissensmanagement unterstützt. Das Management-Team von ICUH konzipiert selbst Ausschreibungen für Community-Projekte wie die Implementationspioniere und führt den Auswahlprozess durch. Die in ICUH entwickelten sozialen Innovationen und gewonnenen Erfahrungen gehen in ein Transferkonzept für Urban Health in Kommunen ein.

Das Communityprojekt ExperimentierR?ume fokussiert die Handlungsfelder F?rderung aktiver Mobilit?t und Anpassung an Klimawandelfolgen. In ausgew?hlten Stadtquartieren werden zun?chst laufende Prozesse erfasst und Umsetzungshemmnisse systematisch analysiert, um geeignete Anknüpfungspunkte für ko-kreative Realexperimente zu bestimmen. Anschlie?end werden gemeinsam mit Akteur:innen innovative Ans?tze und Methoden entwickelt und erprobt. Die ExperimentierR?ume bieten einen Rahmen, um Ma?nahmen im Quartier schnell und mit geringem Aufwand zu testen. Ziel ist es, konkrete Handlungsempfehlungen, beispielsweise im Hinblick auf F?rderkulissen, gesetzliche Rahmenbedingungen, kommunale Strukturen und Arbeitsprozesse abzuleiten.

Implementationspioniere sind Praxis-Wissenschaft-Teams, die sich mit innovativen Projektideen erfolgreich auf die Call for Ideas von ICUH beworben haben und mit ihren Ans?tzen an der Strategie und den Zielen von ICUH mitwirken.

Das CommunityprojektLebensWelt-Expert:innen (LWE) verfolgt die inhaltliche Weiterentwicklung, Erprobung und Evaluation des LWE-Ansatzes im Kontext von Urban Health. LebensWelt-Expert:innen bringen ihr alltags- und communitybezogenes Wissen strukturiert in Forschung, Praxis und Lehre ein. Sie entwickeln kontextspezifische L?sungen und unterstützen die transdisziplin?re Wissensgenerierung.

Der Urban Health digiSpace bietet einen offenen, digitalen Informationsraum zum Thema Urban Health. Inhalte zu Themen wie z.B. alternsfreundlicher Stadtplanung, Bürgerbeteiligung oder Walkability werden für ein breites Publikum aufbereitet. Zudem unterstützt diese Plattform ein agiles Projektmanagement in ICUH, indem schlanke und effiziente Bewerbungs- und Verwaltungsprozesse für Communityprojekte sowie der Austausch zwischen Communitymitgliedern erm?glicht werden.

Eckdaten: 

 

Ziel dieser Teilarbeiten innerhalb des Gro?forschungsprojekts ?hyBit - Hydrogen for Bremen’s industrial Transformation“ ist die Weiterentwicklung von mikrobiellen Elektrolysezellen zur Wasserstofferzeugung aus Abw?ssern und biogenen Reststoffen. Dabei wird zur Leistungssteigerung das patentierte Konzept der filtrierenden mikrobiellen Anode verfolgt, bei dem die filtrationsaktive Schicht eines Membranfilters zur Abwasserreinigung gleichzeitig als Anode der mikrobiellen Elektrolysezelle dient. Die Arbeiten umfassen neben der Identifikation geeigneter kommunaler und industrieller Abwasserstr?me auch den Betrieb eines Laborreaktors im 5-L-Ma?stab mit Realabwasser und die eingehende Charakterisierung und Bewertung des Konzepts.

Eckdaten: 
  • Mittelgeber:in: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
  • Laufzeit: 2022 bis 2026
  • Projektverantwortliche:r: Prof.Dr. Sven Kerzenmacher
  • Strukturelle Anbindung / Institut: Fachgebiet Umweltverfahrenstechnik

Das Projekt ist ein Unterprojekt des Forschungsbereich ?Metallgewinnung“ im Exzellenzcluster ?Die Marsperspektive“, in dem die elektrolytische Gewinnung von Metallen (und die Produktion von Sauerstoff) aus Metalloxiden entwickelt werden sollen. Bei diesem Prozess werden weder Treibhausgase emittiert noch fossile Brennstoffe verwendet, was neben dem Einsatz in der Weltraumforschung auch Nachhaltigkeit auf der Erde bringen kann. Die Nachteile der typischen Prozesse zur Gewinnung von reaktiven Metallen, wie der hohe Energieverbrauch, die geringe Effizienz und die massive Umweltverschmutzung, machen die Einführung von nachhaltigen grünen Prozessen unumg?nglich. Daher soll eine Elektrolysezelle entwickelt werden, die bei Temperaturen von ca. 900 °C (weit unter dem Schmelzpunkt von Mars-Regolith) arbeitet und eine Sauerstoff-Ionen-Leiter-Salzschmelze als Elektrolyt verwendet. In diesen Salzschmelzen sollen die Metalloxide aus dem Mars-Regolith zun?chst gel?st und die gel?sten Metallionen anschlie?end elektrochemisch an der Kathode abgeschieden werden. Die Sauerstoffionen k?nnen zur inerten Anode diffundieren und dort gleichzeitig zur Sauerstoffbildung dienen. Die Betriebsparameter einschlie?lich der Polarisationsbereiche, Reduktionszeiten und -Temperaturen sowie verschiedene andere Faktoren wie die Elektrolytzusammensetzung und die M?glichkeit einer endkonturnahen Metallurgie sollen in dieser Arbeit untersucht werden.

Eckdaten: 

 

Neurowissenschaftliche Forschung liefert wichtige Informationen über die Psyche des Menschen und kann zum menschlichen Wohlergehen beitragen. Allerdings kann sie erhebliche negative Auswirkungen auf die Umwelt haben. Neurowissenschaftliche Methoden sind besonders ressourcenintensiv und potenziell sch?dlich – von der CO?-Bilanz von MRT-Ger?ten bis hin zum langfristigen ?kologischen Fu?abdruck von Rechenzentren, die Datens?tze dauerhaft zug?nglich für wissenschaftliche Wiederverwendung aufbewahren. Dieses Positionspapier diskutiert die Spannung zwischen wissenschaftlicher Forschung, Prinzipien der offenen Wissenschaft und verantwortungsvollem wissenschaftlichen Umgang in Zeiten der Klimakrise. Wir erl?utern, wie nach dem ARIADNE-Rahmenwerk nachhaltige Praktiken der offenen Wissenschaft in der Neurowissenschaft in jeder Phase des Forschungszyklus umgesetzt werden k?nnen. Insbesondere schlagen wir vor, 

  1. neue Daten durch offene Daten zu ersetzen,
  2. Methoden zu verfeinern, um sie nachhaltiger zu gestalten, und
  3. die CO?-Emissionen bei der Durchführung von Studien durch pr?zise Bestimmung von Stichprobengr??en und Forschungsprotokollen zu reduzieren.

Das Projekt erstellt Empfehlungen zur Nachhaltigkeit in der Neurowissenschaft mit und durch Open Science.

Eckdaten 
Aktualisiert von: Content-Redaktion
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