Posterliste CCCE 2023

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Deutschland soll bis 2045 klimaneutral werden. Das Heizen von Gebäuden macht fast 30 % des deutschen Endenergieverbrauchs aus und beruht heute noch überwiegend auf fossilen Energieträgern. Ein klimaneutrales Deutschland ist somit ohne Wärmewende nicht möglich. Die Schlüsseltechnologie zur Erreichung der Ziele ist dabei die elektrisch betriebene Wärmepumpe. Sie entnimmt der Umwelt Wärmeenergie und kann damit sehr effizient Wärme zur Gebäudeheizung zur Verfügung stellen. Da die lokalen Strom-Verteilnetze jedoch nicht für den hohen Strombedarf von Wärmepumpen ausgelegt sind, kann der Betrieb von Wärmepumpen zu Netzüberlastungen führen.

Die Auswahl der optimalen geothermischen Wärmeübertragungstechnologie ist von entscheidender Bedeutung für die effiziente Nutzung geothermischer Ressourcen. In dieser Studie wird der Vergleich der Effizienz von geothermischen Sonden und Dubletten an einem spezifischen Standort unter ähnlichen Bedingungen durchgeführt. Es wird untersucht, wie geometrische Parameter, Wärmeübergangskoeffizienten und die Art der Rohre, die Leistung beider Systeme beeinflussen. Mithilfe von mathematischen Modellen wird der Wärmetransport in den geothermischen Sonden und Dubletten analysiert. Dabei werden die geometrischen Eigenschaften, der Bodenwiderstand sowie relevante Randbedingungen berücksichtigt. Durch die Variation der Parameter werden die Auswirkungen auf die Effizienz untersucht und optimale Betriebsbedingungen ermittelt. Zusätzlich wird die Einflussnahme verschiedener Bohrlochwandbeschichtungen auf den Wärmeübergang analysiert. Dabei werden unterschiedliche Beschichtungsmaterialien untersucht und ihre Auswirkungen auf die Wärmeübertragungseffizienz der Sonden und Dubletten analysiert. Die Ergebnisse dieser Studie liefern wertvolle Erkenntnisse und tragen zur Auswahl der optimalen geothermischen Wärmeübertragungstechnologie bei. Die gewonnenen Erkenntnisse werden zur Verbesserung der Effizienz geothermischer Systeme beitragen und einen Beitrag zur wirtschaftlichen und nachhaltigen Nutzung geothermischer Ressourcen leisten. Schlüsselwörter: geothermische Sonden, geothermische Dubletten, Effizienzvergleich, Parametervariationen, Einlassdurchfluss, Wärmeübergangskoeffizienten, Bohrlochwandbeschichtungen.

The current consumer society is exerting enormous pressure on planetary boundaries through immense resource consumption and ever-increasing emissions, thus endangering the well-being of future generations. The transformation of energy supply towards renewable energy plays an important role in the transformation towards a sustainable economy. For future sustainable energy systems, there is a global awareness on hydrogen. Hydrogen produced via water electrolysis using "green" electricity is considered a climate-neutral energy carrier that can replace fossil fuels. Various technological options are available for the production of hydrogen, with water electrolysis from renewable electricity being considered the "green" technology. Currently, there are two low-temperature water electrolysis technologies established: the alkaline water electrolysis (AWE) and the proton exchange membrane water electrolysis (PEMWE).

In our work, we develop a comparison of the potential environmental impacts of the two water electrolysis technologies using life cycle assessment (LCA). The focus is on resource efficiency and the investigation of the criticality of the required raw materials. The two technologies have already been studied in terms of LCA, but there is a research gap of a detailed comparison of the environmental impacts of the entire plants from a bottom-up process engineering perspective.

In our study the entire life cycle of the plants including the balance of plant is considered (cradle-to-grave) and possible recycling potentials are identified and quantified in the context of the circular economy (cradle-to-cradle).

The central result of the investigations is the conclusion that the operation phase of the electrolysis plants generates the largest share of the environmental impacts. For the construction of the plants, large quantities of critical raw materials maybe required in the electrolysis cells, i.e. PEMWE cells contain large amounts of titanium as well as platinum and iridium as catalyst materials. On the other hand, the catalysts in AWE contain a large amount of nickel, which might be a critical metal in the future. In conclusion, the presented comparative LCA contributes to the decision support on appropriate sustainable hydrogen production technologies in the transition towards sustainable energy systems.

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Begleitend zu der konstruktiven und wirtschaftlichen Optimierung eines neuartigen Stacks durch das Konsortium des Projektes „StaR - Stack Revolution“ werden Elektrolyseure in Form von Shortstacks in einer industrienahen Umgebung am Forschungszentrum Energiespeichertechnologien der TU Clausthal charakterisiert und validiert. Die industrienahe Umgebung wird durch ein systemoffenes Testfeld mit einer Anschlussleistung von 150 kW DC verwirklicht, bei dem bis zu 25 Zellen mit bis zu 4000 A betrieben werden. Es ist damit eines der größten Testfelder für die alkalische Wasserelektrolyse in Deutschland und wurde innerhalb eines Jahres ausgelegt, konstruiert und am Standort Goslar aufgebaut. Die möglichst industrienahe Abbildung aller operierenden Anlagenteile eines alkalischen Wasserelektrolysesystems war eines der wichtigen Punkte in der Auslegung der Anlage, darüber hinaus ist eine verstärkte Sensorik und eine galvanische Trennung zum Erdpotential verwirklicht worden. Seit Fertigstellung im Juni 2022 fokussiert sich der kontinuierliche Betrieb der Anlage auf die Bewertung der Stabilität und Performance der Shortstacks. Neben den anwendungsnahen Daten aus dem kontinuierlichen Betrieb werden auch forschungsrelevante Daten zum dynamischen Verhalten und zu verschiedenen Betriebsweisen von alkalischen Elektrolyseanlagen erhoben. Weitere Forschungsaspekte sind die auftretenden Streuströme, Erdungskonzepte und die elektrotechnische Integration in das Energiesystem, die in den nächsten Jahren weiter in Fokus rücken.

Die Kosten der Wasserstoffproduktion durch Wasserelektrolyse sind oft mit Unsicherheiten behaftet. Dies kann ein Hindernis für die nachhaltige Entwicklung sauberer Energie darstellen, jedoch ist es kein unüberwindbares Hindernis. Jede Anlage durchläuft verschiedene Lebenszyklusphasen: die Bauphase, die Betriebsphase und die Entsorgungsphase. Jede Phase verursacht ihre eigenen Kosten, einschließlich Kosten für Ausrüstung, Energie, Recycling und Entsorgung.

Mithilfe von Python wurden die Kosten durch einen Bottom-up-Ansatz in Kombination mit einem Kapitalwertberechnungsmodell und einem Prophet-Algorithmus für die Energiekostenprognose geschätzt, um die Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership, TCO) für eine 5 MW Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyse (PEM) zu ermitteln. An diesem Punkt kam das auf Python basierende Programm "Monaco" zum Einsatz, um die Auswirkungen dieser Unsicherheiten auf die Kosten der Wasserstoffproduktion durch Monte-Carlo-Simulationen zu bewerten.

Gleichzeitig wurden mithilfe der Sobol-Sequenz klare Kostenbereiche für jede Lebenszyklusphase und für die Niveaukosten des Wasserstoffs (Levelized Cost of Hydrogen, LCOH) abgegrenzt. Letztendlich wurden die Quellen der Kostenunsicherheit für jede Lebenszyklusphase identifiziert, darunter Ausrüstung und Arbeitskosten während der Bauphase, Energieverbrauch und Arbeitskosten während der Betriebsphase und Recycling während der Entsorgungsphase.

Mit diesem Tool können unsichere Kosten effektiv verwaltet werden, sodass Unsicherheit in kontrollierte Veränderungen umgewandelt wird. Dieses Ergebnis vertieft nicht nur das Verständnis für die wirtschaftliche Tragfähigkeit der Wasserstoffproduktion durch Wasserelektrolyse, sondern bietet auch neue Perspektiven und Werkzeuge zur Verbesserung von Anlagen und zur Kostensenkung.

Engineered artificial minerals (EnAM) are designed scavenger compounds with high potential for the recovery of critical elements from slags. LiAlO₂ is a promising EnAM for the recovery of lithium from Li-ion battery pyrometallurgical processing. It can be obtained through the addition of aluminum to the recycling slag melt. The formation of compounds in the slag is governed by phase separation. Depending on the temperature, "solid-melt" or melt "liquid-liquid" separation can occur. The separation gives rise to gradients in composition, ion diffusivity and viscosity. The latter two parameters are of high importance as they influence compound formation from slags which in large parts is kinetically controlled. Accordingly, in this study we determine high temperature properties spanning from below to above the liquidus temperature of three stoechiometric LiAl-Oxides: Li₅AlO₄, LiAlO₂ and LiAl₅O₈ using molecular dynamic simulation. The obtained viscosity is validated experimentally, from compounds synthesised via the sol-gel route. The Li⁺ ion exhibits the largest diffusivity. They are quite mobile already below the liquidus temperature, i.e. for LiAlO₂ at T = 1700 K the diffusion coefficient of the lithium ion equals D= 2.7*10⁻⁹ m²s⁻¹. The other ions Al³⁺ and O²⁻ do not move considerably at that temperature.

Die Circular Economy benötigt neben Elektrizität weiterhin physische Energieträger (Gase). Eine wichtige Option bietet Wasserstoff, hergestellt auf Basis erneuerbarer Energien oder ggf. in Verbindung mit CCU oder CCS. Zudem besteht Wasserstoffbedarf auch für die stoffliche Nutzung vor allem in der chemischen Industrie. Erforderlich ist daher der Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft einschließlich der zugehörigen Erzeugungs-, Transport- und Speicherinfrastruktur. Hierfür muss ein geeigneter Rechtsrahmen geschaffen werden, die geltenden Vorschriften für die Erdgasversorgung sind nur eingeschränkt als Vorbild geeignet. Auf dem Poster werden zum einen die Vorgaben zur Unternehmensstruktur einer zukünftigen Wasserstoffwirtschaft dargestellt („Unbundling“). Das Unbundling betrifft in vertikaler Hinsicht die Trennung der Wertschöpfungsstufen im Wasserstoffsektor, also Erzeugung, Transport, Terminals, Speicherung, Handel und Vertrieb. In horizontaler Hinsicht geht es um die Trennung der Wasserstoffaktivitäten von Aktivitäten im Erdgas- und Elektrizitätssektor. Zum anderen werden die Anforderungen an die Förderung erneuerbaren oder kohlenstoffarmen Wasserstoffs dargestellt. Von besonderer Bedeutung ist die Kommissions-Verordnung  (EU) 2023/1184. Politisch wichtige Konsequenzen der Verordnung betreffen z.B. die Förderfähigkeit von Wasserstoff auf Basis von Atomstrom sowie die „Zusätzlichkeit“ von zur Erzeugung des Elektrolysestroms genutzten Erneuerbaren-Anlagen. Die Bedeutung dieser Verordnung nimmt durch die bevorstehende Novellierung der Erneuerbaren-Richtlinie der EU („RED III“) weiter zu.

Die Produktion von „grünem“ Wasserstoff mittels Elektrolyse bekommt eine immer größere Bedeutung für die Dekarbonisierung bzw. Defossilisierung der Industrie. In vielen möglichen Anwendungsfällen ist ein Vergleich der verschiedenen am Markt verfügbaren Elektrolysetechnologien abhängig von den vor Ort vorliegenden Bedingungen hilfreich, um eine fundierte Entscheidung über die am besten geeignete Technologie zu treffen.
Zu diesem Zweck wird im Rahmen des Innovationslabor „InnoEly“ ein Python-basiertes open-source Simulationstool entwickelt, welches es dem Nutzer soll, Elektrolysesysteme zu erstellen und stationär zu simulieren. Betrachtet werden dabei die drei wesentlichen Technologien: Alkalische Wasserelektrolyse (AEL), Proton-Exchange-Membrane-Elektrolyse (PEMEL) sowie Solid-Oxide-Elektrolyse (SOEL). Dem Nutzer werden dazu neben komplexen Modellen für die Elektrolyse-Stacks auch Modelle für die zusätzlich benötigten System- und Hilfskomponenten zur Verfügung gestellt.
Durch die Ergänzung von größenabhängigen Kostenansätzen für die wesentlichen Komponenten ermöglicht das Tool außerdem einen technoökonomischen Vergleich der Technologien und zeigt so Optimierungspotenziale sowohl aus technischer als auch aus wirtschaftlicher Sicht auf. Besonderes Augenmerk wurde auf ein flexibles und einfach anpassbares Konzept gelegt, so dass der Nutzer auch eigene Modelle, sowohl für die Stacks als auch für die Systemkomponenten, implementieren bzw. ergänzen kann. Dies soll es ermöglichen, auch zukünftige Entwicklungen bei den Stacks und Systemkomponenten bezüglich ihrer Auswirkung auf Systemebene zu bewerten.

Zur Begrenzung des Klimawandels gilt es, nicht nur das zukünftige Energiesystem zu defossilisieren, sondern auch die Rohstoffbereitstellung, insbesondere für die Chemie- und Grundstoffindustrie, auf eine nachhaltige Basis umzustellen. „Grüner“ Wasserstoff und darauf aufbauende Power-to-X-Prozesse werden dabei eine wichtige Rolle einnehmen. Um solche Prozesse bzw. Prozessketten zu konzeptionieren, analysieren und bewerten wird im Rahmen des Innovationslabors „H2-Wegweiser“ unter Zuhilfenahme der OpenSource Software DWSIM ein flexibler und modularer Simulationsbaukasten für wasserstoffbasierte Prozesse entwickelt.

Ethylene (C₂H₄) production, a crucial chemical, primarily relies on fossil fuels, contributing to climate concerns. This study explores electrochemical CO₂ reduction (eCO₂R) as a sustainable alternative, using copper catalysts, with a focus on boron-doped copper to enhance C₂H₄ selectivity.

A life cycle assessment (LCA) evaluates the environmental impact, comparing various pathways for C₂H₄ production to the conventional fossil-based approach. The study highlights eCO₂R's competition with other hydrogen-based pathways, emphasizing the carbon footprint of the electricity source.

CuB catalyst preparation involves an exothermic reaction between CuCl₂ and NaBH₄ solutions. Scaling up requires careful CuCl₂ addition and cooling. Gas diffusion electrodes (GDEs) were fabricated using under-pressure-assisted drop casting and tested with 1 M KOH electrolyte.

Results show that the catalyst prepared at 45 °C achieves the best performance, with 38.7% faradaic efficiency for C₂H₄ production at 200 mA cm^-2. After scale-up similar results were achieved, with high C₂H₄ selectivity at elevated current densities. However, eCO₂R with these catalysts has a higher carbon footprint than hydrogen-based pathways, with potential for improvement under ideal conditions.

The increasing reliance on renewable energies amplifies the need for effective energy storage and transportation technologies. The Power-to-Ammonia concept emerges as a key solution, transforming renewable-sourced hydrogen and nitrogen into green ammonia. However, the fluctuating nature of renewable energy sources leads to varying hydrogen outputs from electrolysis, necessitating adaptable ammonia synthesis reactors.

Conventional autothermal three bed Haber-Bosch reactors are prone to oscillatory behavior under variable loads. This research thus explores alternative reactor designs, catalysts, and operational strategies to achieve load-flexible ammonia synthesis. A promising candidate is the polytropic fixed-bed reactor, offering a compact design and faster response to load changes compared to traditional systems.

A transient one-dimensional pseudo-homogeneous reactor model, considering axial heat and mass dispersion, is developed for this purpose. It incorporates an activity-based kinetic model for reaction description and factors in catalyst efficiencies to address intraparticle mass transport limitations. The model examines the impact of various factors, such as feed load, composition, temperature, and pressure, on the reactor's performance and stability.

Results demonstrate the polytropic fixed-bed reactor's capability to handle different loads while maintaining adequate ammonia production. This study provides a detailed analysis of the reactor's transient behavior and stability, highlighting its potential for load-flexible ammonia synthesis in comparison to conventional systems.

An important indicator of the electrical power grid’s ration between supply and demand is the mains frequency. In case of an oversupply, the mains frequency increases, whereas it decreases in case of an undersupply. In order to ensure a reliable and safe operation, there are very tight limits in the range of +- 0.2 Hz. Demand side management like the directed use of non-critical electrical appliances can help to avoid (large) deviations. In this poster we thus present a custom control unit for a commercial of the shelf coffee machine that takes the mains frequency into account for its operation.

Weltweit ist eine steigende Nachfrage nach batterieelektrischen Fahrzeugen und damit nach Traktionsbatterien zu beobachten. Für die Herstellung dieser Traktionsbatterien werden Materialien benötigt, die mit negativen ökologischen und sozioökonomischen Auswirkungen verbunden sind. Um diese zu begrenzen, hat die Europäische Union die Batterieverordnung aktualisiert. Die neue Batterieregulierung sieht vor, dass soziale Standards und ökologische Grenzwerte eingehalten werden müssen, damit eine Batterie auf dem europäischen Markt verwendet werden darf. Zudem sieht die Batterieregulierung vor, dass ausgewählte Recyclingmaterialien in Batterien verwendet werden müssen. Batterieproduzenten müssen daher ihre Wertschöpfungsketten hinsichtlich ihrer ökologischen und sozioökonomischen Auswirkungen bewerten und gestalten, um am Markt bestehen zu können.
Vor diesem Hintergrund werden in diesem Poster die Ergebnisse einer Nachhaltigkeitsbewertung einer aktuellen und zukünftigen Wertschöpfungskette eines exemplarischen deutschen Batteriepackherstellers anhand des Life Cycle Sustainability Assessment Ansatzes vorgestellt. Die Wertschöpfungsketten unterscheiden sich im Wesentlichen dadurch, dass im Zukunftsszenario die Produktion der Batteriezellen sowie das Recycling der Altbatterien in Europa zentriert sind, während im Ist-Zustand die Produktion der Zellen überwiegend in Asien stattfindet. Die Ergebnisse zeigen, dass die ökologischen und sozialen Auswirkungen im Zukunftsszenario deutlich reduziert werden können, während die Kosten steigen. Dies verdeutlicht mögliche Zielkonflikte, sodass die Ergebnisse in weiteren Entscheidungsunterstützungsmodellen genutzt werden müssen, um weitergehende Handlungsempfehlungen ableiten zu können.

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Deep drilling for geothermal energy projects is of outstanding importance in the context of securing future energy supplies. The drilling process is the main cost parameter, and thus an efficient, time-optimized process control (managed pressure drilling) is necessary. Moreover, the integrity of the well-bore is of particular importance to avoid unwanted leakage of drilling mud into the geological formation. Fluid mechanics plays a crucial role in maintaining secure and efficient drilling operations. In this context an important parameter is the transport of cuttings for conditions that are typically relevant in deep boreholes, i.e. for high pressure and temperature, using drilling mud with complex rheology, and over distances of several kilometres in variable environmental conditions. The aim of the presented project is to develop and implement validated and efficient models through CFD calculations to analyse the multi-phase transport of drill cuttings in deep drilling technology for realistic conditions. In that context, realistic conditions refers to the fluid properties (e.g. rheology), particle properties such as size distribution, the operation conditions such as pressure, temperature and flow rates found in deep drilling technology. Finally these models shall allow the real time prediction of the cuttings transport at a large scale.

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Digitalisierung von Sortierprozessen für feinkörnige, metallhaltige Stoffströme in der Recyclingindustrie.

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Ein freier Massive-Open-Online-Course (MOOC) zum Leitthema der TU Clausthal.
Mehr Infos unter ltg.etce-lab.de

The accumulation of plastic waste in the environment is a major problem that needs to be solved. This littering by plastic waste can be remedied by biodegradable bioplastics. Ideally, bioplastics are also recyclable so that they can be returned to feedstock as a new raw material. The combination of polymerization and depolymerization provides the path to a circular economy. In the industrial production of PLA, a toxic catalyst (tin(II) bis(2-ethylhexanoate) is currently used and remains in the polymer. Thus, to replace the catalyst with an environmentally friendly one and incorporate it in the depolymerization of PLA is the challenge. In 2020, the currently fastest, robust, and biocompatible zinc catalyst was reported by Herres-Pawlis et al. It was shown a significantly higher polymerization activity compared to the industrially used Sn(Oct)2 catalyst. Due to this industrial relevance of the zinc bisguanidine catalyst, its activity was tested in chemical recycling. A combination of production and recycling with a universally applicable catalyst is highly desirable. A different selection of alcohols allows obtaining a wide range of products that can be used as raw materials or green solvents. Furthermore, the recyclability and scalability of the catalyst is significant for a potential industrial application.

Plastics and man-made fibers have become indispensable in the modern world. The vast majority of these materials are made from finite fossil feedstocks which need to be replaced to meet consumer demands in the future. Intensive research is being conducted into greener catalysts and alternative bio-based feedstocks. State-of-the-Art processes in the textile industry for melt spinning are blending lignin with a thermoplastic polymer in order to generate thermoplastic compounds. In this work, star-shaped copolymers consisting of polylactide and different lignins as the center are synthesized using a “grafting-from” approach directly in bulk using a non-toxic zinc-based guanidine catalyst and copolymers can be produced after 30 minutes to three hours with high lactide conversions. Kinetic studies were performed to investigate the influence of different lignin loadings on the polymerization rate have also been conducted. The resulting copolymers were analyzed via different methods such as DSC, TGA, 1H-, 31P-, DOSY-, HSQC-NMR spectroscopy,
Initial melt spinning experiments with the copolymer of kraft lignin demonstrate improved melt spinning properties. In contrast to the corresponding blend, higher lignin loadings of 30 wt% could be used for melt spinning instead of 10 wt% for the blend. Additionally, the processing temperature during melt spinning could be decreased.

Kollaborierende Roboter (Kobots) stellen eine wichtige Zukunftsversion für die Digitalisierung der Industrie dar. Ein Zusammenarbeiten von Menschen mit Robotern kann erst dann auf dem Niveau echter Mensch-Mensch-Kollaboration funktionieren, wenn Kobots, ähnlich zu uns, empathische Intelligenz aufweisen. Eine derart weit gespannte und innovative Problemstellung erfordert interdisziplinäre Anstrengung unterschiedlicher Forschungsbereiche in der Verbindung von Software- und Hardware F&E mit Psychologie und Modellierung. Um dieses hochinnovative Problem in angemessener Breite und Tiefe behandeln zu können, wird im Verbundprojekt „Kognitiv und Empathisch Intelligente Kollaborierende Roboter – KEIKO” der Universitäten Göttingen, Clausthal und Duisburg-Essen erforscht, wie Kobots Emotionen messen und emphatisch handeln können. In dem Beitrag wird ein Überblick über die Zielsetzung des Verbunds gegeben und erste Forschungsergebnisse werden gezeigt.

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Wire arc additive manufacturing is a promising manufacturing process due to its ability to achieve high deposition rates and multi-material systems. However, to prevent the structure from overheating and to avoid geometric distortions, specific cooling times are required during the process. Currently, these cooling times are chosen based on experience of the welding operator or after time- and resource-consuming experiments. In contrast, we present a novel approach using numerical simulations and optimization for process parameter optimization. While the numerical simulations already offer resource savings compared to experiments, it turns out that the optimized process parameters can save about 50% of the process time compared to manually selected parameters.

"Blue Mining" is the holistic approach to defining responsible mining that goes beyond the extraction of raw materials and utilizes the infrastructure
of mines during and after production based on an early planning approach (from the blueprint stage). This defines a solid, safe, and ergonomic
mining practice that maximizes the positive impacts of mining while simultaneously minimizing the negative effects through early but continuous
development of multi-use. By integrating these principles, Blue Mining represents an entirely new stage of mine planning, as these aspects need to be
planned in the very early stages of the lifecycle of a mining operation.

Hydrogen peroxide (H₂O₂) is widely used as both a bleaching agent and a disinfectant, but its storage stability is limited, making it a hazardous substance. Traditional production methods such as the anthraquinone oxidation process are energy intensive and generate significant chemical waste. Concentrated solutions are challenging to transport and store safely. In response, there is a growing focus on small-scale, on-site production alternatives.
One promising option is an electrochemical cell that uses a carbon-based cathode in a flow cell using an aqueous electrolyte. A gas diffusion electrode (GDE) is advantageous as it supplies oxygen directly to the reaction site, enhancing production rates. However, application-specific designs are still underexplored.
An interesting application for H₂O₂-producing electrochemical cells is in household appliances, especially washing machines, where H₂O₂ is used as a bleaching agent. These cells offer a solution to the storage limitations of heavy-duty liquid detergents and enable fully automatic dosing systems for improved laundry cleaning. Therefore, a simple and compact flow cell was designed which enables easy integration into washing machines and thus facilitates efficient H₂O₂ production. The performance of the cell is evaluated by transient H₂O₂ faraday efficiency and standardized optical analysis of textiles.

Recycling of end-of-life lithium-ion batteries (LIB) is commonly done in a combination of pyro- and hydro-metallurgy. The recovery of lithium (Li) especially in the presence of manganese (Mn) in pyrometallurgical processing is challenging, with Li passing into the slag, resulting in lower recovery rates. A strategy for higher recovery rates is the modification of slag phases, forming engineered artificial minerals (EnAM). In this context artificial recycling slags are surveyed by means of electrothermal vaporisation (ETV) coupled with ICP-OES to support a systematic development of new recycling processes and routines for a circular economy. Of particular interest is the elemental release behaviour during electrothermal vaporization from these slags, foremost of Li and Mn. With Mn forming different phases with deviating oxidation states in the slag, optimal parameters are searched for defined release peaks. Focusing on main and matrix elements bears different analytical challenges for the trace element technique of ETV-ICP-OES.

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Das Recycling ist ein zentraler Baustein der Circular Economy. Die sich ergänzenden Methoden des mechanischen und des chemischen Polymerrecyclings von End of Life Produkten werden zunehmend wichtiger. Mechanisches Kunststoffrecycling führt dabei oft in einem Downcyclingprozess zu einem qualitativ schlechteren Endprodukt. Chemisches Recycling von Polymeren, Harzen und  Faserverbundstoffen erlaubt dagegen oft, neuwertige Startmaterialien zurück zu erhalten. Epoxykomposite mit Carbonfasern sind häufig die organischen HighTech Materialien für Anwendungen in der Raumfahrt, dem Transportwesen,  der Windenergiegewinnung, in Sport und Freizeit. Das erste Eintopfverfahren für das vollständige Recycling von Epoxykompositen wurde gemeinsam mit der Fa. MPM, Bad Grund/Gittelde entwickelt und zum Patent angemeldet (WO 2020/182484A1). Die vollständige Spaltung in organische Startmaterialien und Fasern gelang mit Borhalogeniden bereits unter milden Bedingungen bei Leiterplatten, Epoxykompositen von Flugzeugen, Fahrzeugen, Windturbinen und anderen Konstruktionsmaterialien. Die Fasern können dabei wie das Spaltungsreagenz ebenfalls fast vollständig zurückgewonnen werden.

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Plastics are artificial synthetic organic polymers that have been used in every area of daily life. However, because of their slow degradation rate, their use is contentious. The treatment of the surface of the sample is considered necessary as enzymatic or bacterial attach is not possible, if the plastic surface environment is not ideal. The main topic of this work is the investigation of the effect of atmospheric dielectric barrier discharge (DBD) plasma on the near surface structure of polylactic acid (PLA) samples, which, in turn, can promote the adhesion of enzymes or bacteria for further biodegradation. In general, plasma processes can already be considered as inherently environmental technologies.
Plasma processes enable resource saving through high energy utilization efficiency and thus, are environ-mentally friendly technologies. Atmospheric pressure discharges (APDs) are useful because of their specific advantages over low-pressure ones. They do not need expensive vacuum equipment, and generate nonthermal plasmas, which are more suitable for assembly line processes. Hence, this category of discharges has significant industrial applications. The use of a dielectric barrier in the discharge gap helps prevent spark formation. DBDs exhibit two major discharge modes: filamentary and glow (homogeneous).  
Here we will present the increased adhesion of bacteria strains on DBD plasma treated PLA foils which can lead to a better degradation of the PLA. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements of the foils prior to and after the treatment proved the changes on the polymer surface.

Olefine wie Ethylen, Propylen und Buten zählen zu den weltweit am meisten produzierten organischen Chemikalien und dienen als Vorprodukte für die Kunststoffherstellung. Bisher erfolgt die Herstellung meist durch Steamcracken von Naphtha und anschließender destillativer Aufreinigung. Zur Begrenzung des Klimawandels und der damit erforderlichen Defossilisierung der Industrie sind klimaschonende Alternativen erforderlich.

Im Verbundvorhaben „CO₂OL - Katalysator-, Reaktor- und Prozessentwicklung für die direkte Synthese von linearen α-Olefinen aus CO₂“ wird ein neuartiger Prozess zur Olefinsynthese aus Wasserstoff und CO₂ entwickelt. Hierzu werden bekannte Synthesegas-basierte Verfahren wie die Fischer-Tropsch-Synthese so modifiziert, dass hohe CO₂-Umsätze und gute Olefinselektivitäten erzielt werden. Basis dafür ist die Kopplung der Synthesereaktion mit der reversen Wassergas-Shift-(rWGS)-Reaktion, wodurch der direkte Einsatz von CO₂ als Kohlenstoffquelle möglich wird.

Die Reaktion erfolgt in einem Festbett-Membranreaktor, der mit einer wasserselektiven Kohlenstoffmembran ausgestattet ist, um Reaktionswasser kontinuierlich aus der Reaktionszone abzuführen. So lässt sich der CO₂-Umsatz in der gleichgewichtslimitierten rWGS-Reaktion deutlich erhöhen. Eine weitere Besonderheit des Reaktors ist die gestufte Dosierung von H₂, wodurch Temperaturverlauf und Synthesegasverhältnis gezielt eingestellt und CO₂-Umsatz sowie Olefinselektivität gesteigert werden sollen.

Das Poster stellt das Grundkonzept des CO₂OL-Verfahrens vor und geht auf experimentelle und simulative Arbeiten zur Olefinsynthese aus CO₂ ein.

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Das System DfACE geht über die ‚Recyclinggerechte Konstruktion‘ hinaus. Durch den Ansatz der ‚Kreislaufgerechten Konstruktion‘ werden zusätzlich zum Kreislaufansatz Recycling auch Reuse, Repair und Remanufacturing berücksichtigt. Abhängig vom Kreislaufansatz und der Güterklasse werden die Entscheidungen im Konstruktionsprozess beeinflusst, um das Produkt anschließend möglichst optimal im Kreislauf zu halten.
Besonders die Faktoren der Werkstoffkombination und der Fügetechnik werden dabei gezielt betrachtet. Dies erfolgt digital gestützt, um für den jeweiligen Entwicklungsschritt eine niedrigschwellige und zielgerichtete Empfehlung aus den vorher hinterlegten Daten zu erzeugen, welche abhängig von den Kompetenzen des Unternehmens umgesetzt werden können.
Auch wenn andere Kreislaufansätze berücksichtigt werden, folgt am Ende sowohl für Komponenten als auch für das Produkt, dass diese dem Recycling zugeführt werden müssen. Daher muss das Recycling stets mit den anderen angestrebten Ansätzen abgestimmt werden. Anderweitig besteht die Gefahr, dass einzelne Komponenten zwar gut für den Kreislaufansatz geeignet sind, das Recycling jedoch sehr aufwendig wird.
Zusätzlich bietet das System für Unternehmen die Möglichkeit, mehr Kontrolle über Ihre Produkte und die darin erhaltenen Rohstoffe zu erlangen. Was langfristig zu Wettbewerbsvorteilen für das jeweilige Unternehmen und das Unternehmensumfeld führt.

Punicines are switchable molecules. Their properties change reversibly with pH and the lighting conditions. In acids, punicines exist as cationic molecules, in the neutral pH range, as mixture of neutral mesomeric betaines, and as anions in bases. In light, radical cations and radical anions form reversibly. In parallel to changes of charge or radical status, the intermolecular properties change, so that punicines can be applied as switchable collectors for the flotation of critical raw materials. Here, froth flotation of the lithium containing minerals lithium aluminate and spodumene in the presence of punicines is described. Flotations were performed in daylight (3000 lux), in darkness (<40 lux), and UV-light (4500 lux, 390 – 400 nm) under variation of the pH (pH 2, 7, 11, 13) and the collector´s concentration (8.58 mmol/L – 85.78 mmol/L). The recovery rates strongly depend on these parameters. Thus, the recovery rate of lithium aluminate was increased by 116% on changing the lighting condition from daylight to darkness.

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Die Verlängerung von Produktlebenszyklen stellt einen essentiellen Baustein zur Erreichung der Circular Economy dar. Im Rahmen des Projektvorhabens „Life_TWIN“ werden daher Möglichkeiten des Produktlebensmonitorings und der Produktlebensverlängerung mittels Digitaler Zwillinge untersucht. Hierfür werden für ausgewählte Produkte Datenstrukturen erarbeitet, welche im Anschluss mit der geplanten Lifecycle Workbench ein cyberphysisches System zur Erkennung und Bewertung von Produkten darstellen. Hierzu werden sowohl die für die Digitalen Zwillinge benötigten Komponentenstrukturen und Schnittstellen sowie die Bündelung der Daten in Plattformsystemen untersucht. Auch werden im Rahmen des Projektes verschiedene Ausgestaltungen der Lifecycle Workbench evaluiert, welche auf die jeweiligen Eigenschaften des Produktes angepasst sind.

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Das Werkstoffpotenzial von Naturfasern kann aktuell bei der Herstellung von duromeren Faserverbunden nicht ausgeschöpft werden. Dies rührt unter anderem daher, dass Naturfasern im Vergleich zu synthetischen Fasern ein freies Volumen besitzen, das durch Vorkompaktierung reduziert werden kann. Dieses hat Auswirkungen auf den Verarbeitungsprozess, den Faservolumengehalt im Composite und die resultierenden mechanischen Eigenschaften.

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The primary objective is to provide optimized measures for species conservation and ecological risk management, aligning with the goals of sustainability, resource efficiency, and waste reduction.A recommendation and assessment system, powered by scientifically validated AI methods, to measure biodiversity. This system incorporates AI-based audio and image recognition techniques to offer tailored solutions that support circular economy principles.The solution revolves around creating a novel framework for biodiversity measurement. This framework includes cost-effective sensors and analysis devices, enabling sustainable data collection with minimal energy and storage requirements. Leveraging decentralized data sources and Federated Learning (FL), we enhance detection accuracy while adhering to stringent data privacy standards. By engaging citizen scientists and leveraging pre-trained AI models, we establish an interactive platform for humans and machines, obtaining active feedback to improve machine-based species identification. The overarching goal is to deliver an innovative technology system that streamlines biodiversity data collection, analysis, and interaction, focusing on meeting the needs of businesses. We aspire to unite technology, citizen science, and expertise to safeguard biodiversity while forging innovative data collection and processing solutions.

Die Kernkompetenz der pdv-software GmbH liegt im Bereich der Metallherstellung und Baustoffe, ergänzt um Lösungen für die Chemie, Aufbereitung und Rohstoffgewinnung. Den besonderen Anforderungen der Circular Economy und Recyclingwirtschaft widmet sich ein eigenständiges Team. Im Projekt KREIS strebt pdv-software die Verbesserung der Abläufe beim Recycling am Beispiel von Elektroschrott an. Dies umfasst die Erfassung aller Stoffströme, die Analyse der Werthaltigkeit der Eingangsmaterialien durch die geeignete Probenahme, die Identifikation von Gefahrenpotentialen sowie die digitale Abbildung des Recyclingprozess zur Anweisung der Mitarbeiter und Optimierung der Arbeitssicherheit. Wesentlicher Aspekt dabei ist die Betrachtung der sozialen Randbedingungen der Arbeitswelt und insbesondere die Verbesserung der Wertschätzung - und damit der Motivation - der Arbeitskräfte.

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Die eine nachhaltige, transparente und resiliente Batteriewertschöpfungskette ist wichtig für die erfolgreiche Transformation der Automobilindustrie und für die Gestaltung eines nachhaltigen und emissionsfreien Verkehrssystems. Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderte Projekt TraWeBa verfolgt das Ziel, bundesweit die mittel- und langfristigen Technologietrends und Knowhows entlang der gesamten Wertschöpfungskette Batterie zu identifizieren, verständlich aufzubereiten und vor allem den kleinen und mittelständischen Unternehmen der Automobilbranche sowie damit assoziierten Industriezweigen transparent und effizient zur Verfügung zu stellen. Dabei ist es wichtig zum einen die bereits bekannten Akteurinnen und Akteure mit ihrem Wissen und Erfahrungen untereinander zu vernetzen, und zum anderen weitere Partnerinnen und Partner in das Batterieökosystem einzubinden. Diese können dann mit Ihrer Kompetenz die Batterie-Community ergänzen und hierdurch für sich neue Perspektiven für Entwicklungen und die Zusammenarbeit eröffnen. Die Automotive Agentur Niedersachen ist für das Themenfeld Batterierecycling und Re-Use/Second-Use im Rahmen des Bundesprojektes verantwortlich. Für die Vernetzung der Batterie-Community, Einbindung neuer Akteurinnen und Akteure sowie für Wissens- und Technologietransfer bedienen wir uns unterschiedlicher Instrumente, um für die Akteurinnen und Akteure in Niedersachsen und darüber hinaus unter anderem mögliche Synergien für Projekte und Partnerschaften anzustoßen.

Power electronics play a central role in today's highly automated and interconnected world. Both in small-scale devices, e.g. cell phone chargers, as well as in large-scale applications, e.g. energy transmission or public transport. The intensive use of power electronics raises the question of what happens to these devices at the end of their use phase.
In our study, a methodical procedure for analyzing the life cycle and circularity of power electronics has been developed using the example of on-board chargers with an output power of 3.7 kW. The subcomponents and material compositions within the on-board chargers were determined by manual and visual analysis. The recycling potential of the devices was calculated from the mass balances using general recycling rates for metals.

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Metal products have the potential to undergo mechanical treatment and be recycled back into the production process, enabling the manufacturing of new materials and playing a significant role in the circular economy. The initial step in the circular economy is production, while the last and least effective phase is metal recycling. In addition to boosting recycled content, efficient oxidation-free production also increases the rate of end-of-life recycling. This is particularly crucial when a diverse combination of components is highly desired in modern products. Utilizing molecular dynamics simulations, we can gain insight into the essential role of oxide reduction in the atmosphere and on the material surface before and during production. Beyond achieving higher quality, products lacking impurities, including oxides, also help reduce waste and raw materials, as well as the cost of recycling.