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Perspektiven - Intelligente Werkstoffe

In der Programmlinie Perspektiven wurden unter dem Jahresthema Intelligente Werkstoffe vier Projekte bewilligt. In einem zweistufigen Verfahren wurden die Projekte zunächst von externen Fachgutachter*innen bewertet und im Anschluss vier Projekte durch eine Auswahlkommission zur Förderung empfohlen. Diese Projekte werden mit jeweils zwei Millionen Euro über einen Zeitraum von bis zu fünf Jahren gefördert:

Friedrich-Schiller-Universität Jena
Vitrimere – eine neue Klasse von intelligenten Materialien für die nachhaltige Nutzung von polymeren Werkstoffen

Kunststoffe sind aus zahlreichen Anwendungsgebieten nicht mehr wegzudenken. Da sie nur teilweise recycelt werden können und Mikroplastik ein allgegenwärtiges Problem darstellt, stehen sie dennoch zunehmend in der Kritik. In diesem Zusammenhang bieten intelligente Kunststoffe eine Alternative. Eine neue Klasse intelligenter Polymerwerkstoffe, die herausragende Eigenschaften zeigen, sind Vitrimere. Sie weisen Selbstheilung auf, können wiederverwertet werden und zeigen eine verbesserte Verarbeitbarkeit. Als mögliche Werkstoffe der Zukunft sollen diese Polymernetzwerke im Rahmen des Forschungsprojektes von der Synthese, über die Charakterisierung und dem Verständnis des Mechanismus bis hin zu ihren Umwelteinflüssen untersucht werden.

Universität Stuttgart
Chitin als Ressource für multifunktionale Werkstoffe via wasser-basierter komplexer Fluide

Das Biopolymer Chitin ist Hauptbestandteil des Exoskeletts von Insekten, Spinnen sowie Krebstieren. Trotz der vielversprechenden mechanischen und optischen Eigenschaften steht die technische Nutzung von Chitin als Werkstoff noch am Anfang. Chitin basierte Werkstoffe können durch chemische Modifikation feuerfest werden, sind Schimmelresistent, mechanisch sehr robust und anders als synthetische Polymere kompostierbar. Ziel des Projekts ist, eine wasserbasierte Prozessierung von Chitin und den daraus abgeleiteten Stoffen zu intelligenten Werkstoffen zu entwickeln. Da der Bausektor mehr als 35% des globalen Endenergieverbrauchs und fast 45% des globalen Ressourcenverbrauchs einnimmt, wird der Einsatz für Spezialanwendungen in diesem Bereich untersucht.

Universität Konstanz
Intelligente nicht-persistente Polyethylen-artige Werkstoffe (INPEW)

Kunststoffe erfüllen in praktisch jeder modernen Technologie unersetzliche Funktionen. Damit stellt sich die Frage, wie bei einer Freisetzung in die Umwelt verhindert werden kann, dass sie über Jahrzehnte bestehen bleiben und beispielsweise in Form von Mikroplastik bis in Organismen gelangen. Das Forschungsvorhaben will die Frage beantworten, ob und wie abbaubare Werkstoffe möglich sind. Dazu verfolgt es das Konzept von intelligenten Werkstoffen mit eingelagerten Mikrophasen, die in Süßgewässern oder im Meer eine Besiedelung durch natürliche Mikroorganismen fördern und dadurch ihren vollständigen Abbau auslösen. Ziel ist die Erarbeitung eines Konzeptes für intelligente Werkstoffe, die kristallin und mechanisch widerstandsfähig sind, aber sich in der Umwelt, speziell im Meer und in Süßgewässern abbauen.

Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Disruptive Elektroden-Elektrolyt-Konzepte jenseits aktueller wissenschaftlicher Beschränkungen (ECHELON)

Für eine Nutzung von Strom zur Umwandlung von Stoffen in Wertprodukte (wie z.B. Feinchemikalien aus Biomasse) ist die umweltfreundliche Entfernung von Sauerstoff-Atomen aus organischen Verbindungen eine der ungelösten elektrochemischen Schlüsselreaktionen. Zentrale Herausforderung ist dabei die Vermeidung der elektrolytischen Wasserstoffentwicklung. Durch neue innovative Kathodenmaterialien soll dies im Forschungsprojekt erreicht werden. Dadurch wäre das Verfahren schneller, einfacher, rohstoffärmer und sicherer durchzuführen, als bisherige Ansätze. Ziel ist eine enge Zusammenarbeit zwischen Theorie und Experiment und die Entwicklung belastbarer Vorhersagen.
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