Ausstellung "Werk – Stoff – Idee"
Materialforschung aus der Uni Kassel
Kunststoff
Wir arbeiten an einem Verfahren, mit dem schwer recycelbare Kunststoff-Folien mithilfe von Enzymen abgebaut und zu hochwertigen neuen Materialien verarbeitet werden. So soll ein geschlossener Kunststoffkreislauf entstehen, der Ressourcen schont und Abfälle vermeidet.
Viele Kunststoffverpackungen bestehen aus mehreren Schichten, die sich kaum voneinander trennen lassen. Sie schützen Lebensmittel gut, sind aber schwer recycelbar, so dass sie meist verbrannt oder nur zu minderwertigen Produkten recycelt werden können.
Das soll sich ändern: Wir entwickeln ein Verfahren, bei dem Enzyme – biologische Katalysatoren – Kunststoffe wie PET (Polyethylenterephthalat) und PE (Polyethylen) gezielt abbauen. Dafür untersuchen wir zunächst bestehende Abfallströme, um Zusammensetzung und Eigenschaften der Folien genau zu verstehen. Auf dieser Grundlage werden Enzyme ausgewählt, die PET oder PE spalten können.
Das Besondere: Aus dem recycelten Material kann wieder Kunststoff in nahezu ursprünglicher Qualität entstehen – bereit für ein zweites Leben als hochwertige Verpackung. So entsteht ein nachhaltiger Materialkreislauf, der Ressourcen schont, Abfälle vermeidet und einen wichtigen Beitrag zu einer zukunftsfähigen Kunststoffwirtschaft leistet.
BioLoop: Micro-biologically enhanced material cycle for closing PE and PE-PET multilayer plastic foil Loops
Projektlaufzeit: 1.7.2025 – 30.6.2029
Beteiligte Fachgebiete:
Universität Kassel:
Fachbereich Bauingenieur- und Umweltingenieurwesen, Institut für Wasser, Abfall, Umwelt, Fachgebiet Ressourcenmanagement und Abfalltechnik (Prof. Dr. David Laner)
Fachbereich Maschinenbau, Institut für Werkstofftechnik, Fachgebiet Kunststofftechnik (Prof. Dr. Hans-Peter Heim)
Universität Hamburg:
Institut für Pflanzenwissenschaften und Mikrobiologie, Fachgebiet Mikrobiologie und Biotechnologie (Prof. Dr. Wolfgang Streit)
Förderung: Volkswagen Stiftung
Wie lässt sich die Energie aus Sonnenlicht direkt über Fenster gewinnen? Ein neuartiges Solarfenster für Wohn- und Bürogebäude leitet über Nanopartikel (Quantenpunkte) in einer Spezialfolie die Energie an den Fensterrand, wo sie durch Photovoltaik in Strom umgewandelt und nutzbar wird.
Sonnenlicht liefert Energie, doch in normalen Fenstern bleibt sie ungenutzt. Ein Konsortium aus Forschenden und Industrie entwickelt ein Solarfenster, das diese Energie einfängt. Winzige Quantenpunkte in einer Spezialfolie leiten die Sonnenenergie an den Fensterrand, wo sie durch Photovoltaik in Strom verwandelt wird.
Das Besondere: Das Fenster kann in Wohn- und Bürogebäuden eingesetzt werden, ohne die Optik zu verändern, und bietet so eine neue Möglichkeit, Gebäude nachhaltig mit Energie zu versorgen. Der erzeugte Strom kann per Verkabelung entweder in den Haushaltsstrom eingespeist oder in Verbindung mit einem integrierten Akku direkt an den Verbraucher weitergegeben werden, zum Beispiel an die Jalousien. Die Technik dafür findet platzsparend im Fensterrahmen Platz.
CoSoWin – Fenster mit integrierten Solarzellen basierend auf der Luminescent Solar Concentrator (LSC)-Technologie zur Energieversorgung
Projektzeitraum: 1.12.2019 – 30.11.2023
Beteiligte Fachgebiete:
Fachbereich Maschinenbau, Institut für Werkstofftechnik, Fachgebiet Kunststofftechnik (Prof. Dr. Hans-Peter Heim)
Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
Projektpartner: Vonovia, Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE, Fraunhofer Institut für angewandte Polymerforschung IAP, Technoform Glass Insulation Holding, Walter Fenster und Türen, xCave Technology
Kunststoff ist überall um uns herum – in Geräten, Verpackungen oder Möbeln. Doch wo kommt Kunststoff eigentlich her und was unterscheidet „normale“ Kunststoffe von Biokunststoffen? Wir erforschen, wie Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe in langlebigen Produkten eingesetzt und wiederverwertet werden können.
Der Hauptbestandteil von Kunststoff ist Kohlenstoff, welcher bei konventionellen Kunststoffen aus Erdöl und Erdgas gewonnen wird. Diese Kohlenstoffquellen dienen als Ausgangspunkt für die sogenannte Monomere, die durch Syntheseprozesse zu Polymeren verknüpft werden. Kombiniert man die Polymere mit Zusatzstoffen, entsteht ein Kunststoffgranulat, aus dem später Bauteile mit ganz bestimmten Eigenschaften hergestellt werden können. Hierzu wird das Granulat aufgeschmolzen, in Form gebracht und anschließend abgekühlt.
Während ihrer Nutzung sind diese Bauteile verschiedenen äußeren Einflüssen ausgesetzt. Hierzu gehören beispielsweise mechanische Belastungen oder UV-Strahlung. Diese Faktoren können die Eigenschaften der Kunststoffe deutlich verändern, ihre Funktion mindern und das Recycling erschweren.
Am Ende der Nutzungsphase gibt es verschiedene Verwertungswege für den Kunststoff:
- Die thermische Verwertung, bei der Kunststoff verbrannt und die entstehende Energie genutzt wird.
- Das mechanische Recycling, bei dem sortenreine Kunststoffe erneut aufgeschmolzen und zu neuen Produkten verarbeitet werden.
- Das rohstoffliche Recycling, zu dem mikrobielle und chemische Verfahren gehören. Dabei wird der Kunststoff in seine Ausgangsstoffe zerlegt, so dass daraus wieder neue Polymere hergestellt werden können. (Wie ein solches Recycling-Verfahren abläuft, siehst du in der Ausstellung beim Thema „Wenn Enzyme Kunststoff recyceln“)
- Der biologische Abbau ist für einige, aber nicht alle Kunststoffe möglich. Dieser Abbau ist kein universeller Prozess, sondern jedes Material erfordert bestimmte Voraussetzungen, um abgebaut werden zu können. Unter kontrollierten Bedingungen werden biologisch abbaubare Kunststoffe, z.B. PLA, innerhalb kurzer Zeit vollständig zersetzt.
Biobasierte Kunststoffe werden aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen und sollen helfen, fossile Ressourcen zu schonen. Häufig wird angenommen, dass biobasiert automatisch bedeutet, dass der Werkstoff auch biologisch abbaubar ist.
Das stimmt jedoch nicht: „Biobasiert“ beschreibt lediglich die Herkunft des Kohlenstoffs, nicht das Verhalten am Ende des Lebenszyklus. Viele biobasierte Kunststoffe sind bewusst nicht biologisch abbaubar, sondern sollen – wie konventionelle Kunststoffe – möglichst langlebig und gut recycelbar sein.
Ein Forschungsschwerpunkt am Fachgebiet „Kunststofftechnik“ beschäftigt sich intensiv mit der Beständigkeit von Biokunststoffen und Bioverbundwerkstoffen, um verlässliche Daten für zukünftige Materialentwicklung zu gewinnen.
BeBio2 - Beständigkeit von Biokunststoffen und Bioverbundwerkstoffen
Projektlaufzeit: 1.10.2021 – 30.6.2025
Beteiligte Fachgebiete:
Universität Kassel: Fachbereich Maschinenbau, Institut für Werkstofftechnik, Fachgebiet Kunststofftechnik (Prof. Dr. Hans-Peter Heim)
Universität Stuttgart, Institut für Kunststofftechnik
Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP)
Altair Engineering GmbH
Förderung: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)
Weiterführende Informationen
Lichtverhältnisse ändern sich ständig. Egal ob draußen beim Sport oder in sensiblen Bereichen wie einem OP-Saal. Forschende entwickeln transparente, abdunkelbare Folien, die zu Kunststoffgläsern und -visieren weiterverarbeitet werden. Sie passen sich in Sekunden automatisch an oder lassen sich manuell steuern – für klare Sicht, Komfort und Sicherheit in allen Situationen.
Starkes Sonnenlicht, plötzlicher Schatten oder wechselhaftes Wetter: Unsere Augen müssen sich ständig anpassen. Brillen unterstützen das Auge dabei. Herkömmliche Lösungen wie austauschbare Gläser oder selbsttönende (photochrome) Beschichtungen sind oft unpraktisch. Forschende entwickeln daher elektrochrome Kunststoffgläser, deren Tönung sich aktiv und stufenlos auf Wunsch per Knopfdruck oder sogar automatisch sensorgesteuert einstellen lässt.
Das Besondere: Die Gläser enthalten eine dünne elektrochrome Folie. Diese verändert ihre Lichtdurchlässigkeit, sobald eine geringe elektrische Spannung angelegt wird. So wird das Glas in Sekunden heller oder dunkler und passt sich flexibel an wechselnde Bedingungen an.
Die Folie wird im Spritzgießverfahren mit transparentem Kunststoff kombiniert, so dass leichte, 3D-geformte und kostengünstige Brillengläser oder Visiere entstehen. Die Technologie arbeitet energieautark, ermöglicht große Designfreiheit und eröffnet neue Möglichkeiten für Sport- und Schutzbrillen, Helme oder medizinische Anwendungen.
EXIST-Forschungstransfer: „Dimmable“
Projektlaufzeit: 1.3.2025 – 31.8.2026
Beteiligte Fachgebiete:
Fachbereich Maschinenbau, Institut für Werkstofftechnik, Fachgebiet Kunststofftechnik (Prof. Dr. Hans-Peter Heim)
Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE)
Weiterführende Informationen
Pressemitteilung: Millionenförderung für schaltbare Brillen mit abdunkelbaren Kunststoffgläsern
Ein Band, das mehr kann: Ursprünglich für Fitness entwickelt, steuert es hier eine Carrera-Bahn. Das leitfähige Material im Band verwandelt Bewegungen in präzise elektrische Signale. So wird das smarte Band zum intuitiven Controller und zeigt, wie Materialinnovation alltägliche Objekte völlig neu nutzbar macht.
Das STRAFFR-Sportband sieht auf den ersten Blick wie ein gewöhnliches Trainingsband aus, verbirgt jedoch smarte Technik. Sensoren messen Kraft, Wiederholungen und Geschwindigkeit und senden die Daten an eine App. So können Nutzer*innen ihr Training auswerten und individuell anpassen. Durch eingearbeitetes Leitruß wird der Kunststoff leitfähig und zu einem Multifunktionswerkstoff.
Dies ermöglicht weitere Anwendungen, zum Beispiel die Steuerung einer Carrera-Bahn. Hier werden Bewegungen direkt in elektrische Signale umgesetzt, ganz ohne zusätzliche Joysticks. Funktionalisierte Kunststoffe ermöglichen digitale Anwendungen und können dabei Ressourcen einsparen.
Start up „STRAFFR“
Projektlaufzeit: 1.12.2018 – 30.11.2019 mit anschließender Ausgründung aus der Universität Kassel
Beteiligte Fachgebiete:
Fachbereich Maschinenbau, Institut für Werkstofftechnik, Fachgebiet Kunststofftechnik (Prof. Dr. Hans-Peter Heim)
Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE), Projektträger Jülich (PtJ)
Kunststoff und Holz
Ein neuer Werkstoff verbindet das Beste aus zwei Welten: leichte, robuste Kunststoffmatrix trifft auf flexibel gewebte Weidenholzfäden. Das Resultat ist ein nachhaltiger Verbund, der wetterfest, formbar und vielseitig einsetzbar ist – zum Beispiel für innovative Fassadenelemente.
Der neue Verbundwerkstoff verbindet zwei Materialien auf ungewöhnliche Weise: Feine, gewebte Weidenholzfäden der schnell wachsenden Amerikanerweide und Kunststofffolien aus Polypropylen werden im Heißpressverfahren miteinander verschmolzen. Der Kunststoff schmilzt, umfließt die Holzstrukturen und härtet anschließend wieder aus. Ein spezieller Haftvermittler sorgt dafür, dass die Verbindung dauerhaft stabil bleibt.
Das Ergebnis ist ein leichter, wetterbeständiger Werkstoff, der sowohl technisch robust als auch gestalterisch vielseitig ist. Durch unterschiedliche Webstrukturen können Fassadenmodule entstehen, die transparent, halbtransparent oder blickdicht wirken und je nach Lichteinfall spannende optische Effekte erzeugen. So trifft die natürliche Ästhetik des Holzes auf die Beständigkeit eines modernen technischen Materials.
Um die Alltagstauglichkeit zu prüfen, wurden zahlreiche Tests durchgeführt, beispielsweise zu Festigkeit oder zur Witterungsbeständigkeit. UV-Stabilisatoren wurden zur Erhöhung der Haltbarkeit hinzugefügt.
Die Ergebnisse zeigen: Die Kombination aus nachhaltigen Rohstoffen und moderner Kunststofftechnik hat das Potenzial, funktionale und zugleich ästhetische Bauteile für den Außenbereich zu schaffen.
VOTO – Weidengewebeverstärkter Kunststoff mit variabler Gewebedichte im textilen Holzbau
Projektlaufzeit: 1.3.2021 - 31.12.2023
Beteiligte Fachgebiete:
Fachbereich Maschinenbau, Fachgebiet Kunststofftechnik (Prof. Dr. Hans Peter Heim)
Fachbereich Architektur – Stadtplanung – Landschaftsplanung, Forschungsplattform Bau Kunst Erfinden (Prof. Heike Klussmann)
FRIMO Sontra GmbH, Forschungsvereinigung Werkstoffe aus nachhaltigen Rohstoffen e.V. (WNR), Forschungskuratorium Textil e.V. (FKT)
Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Rahmen der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)
Weiterführende Informationen
@baukunsterfinden
Meldung: Neuer Verbundwerkstoff aus Kunststoff und Weidenholz
Holz
Ein traditionelles Gehölz wird zum nachhaltigen Hightech-Rohstoff. Aus Weidenholz entstehen Textilien für Architektur, Möbel und Design. Die Weidenrinde liefert natürliche Inhaltsstoffe für medizinische Produkte. In Agroforstsystemen angebaut, fördern Weiden Klima, Boden und Biodiversität – und eröffnen neue Chancen für die Landwirtschaft.
Die Strauchweide ist ein vielseitiger und schnell nachwachsender Rohstoff. Ihre Materialeigenschaften werden bereits im Anbau gezielt gesteuert. So wachsen schon jetzt bis zu fünf Meter lange, gerade Triebe aus leichtem und flexiblem Holz.
Die Weide liefert zwei Produkte. Aus dem Holz entsteht ein endloser Weidenholzfaden. Daraus werden Weidenholztextilien für leichte und ästhetische Bauteile in Architektur, Möbelbau und Design hergestellt. Damit können Materialien ersetzt oder optimiert werden, die bisher auf Erdöl oder auf langsam wachsendem Stammholz basieren. Zusätzlich liefert die Rinde natürliche Salicylate für Medizin und Kosmetik. So wird die gesamte Pflanze genutzt.
In Agroforstsystemen werden Bäume und Sträucher mit Ackerbau oder Tierhaltung auf derselben Fläche kombiniert. Strauchweiden wachsen dort gemeinsam mit Ackerfrüchten. Ihre tiefen Wurzeln schützen den Boden, speichern Wasser und verbessern das Mikroklima. Sie binden Kohlenstoff, fördern die Biodiversität und kommen mit wenig oder ganz ohne Dünger und Pflanzenschutzmittel aus. Das eröffnet klimafreundliche und wirtschaftliche Chancen für landwirtschaftliche Betriebe.
Modell- und Demonstrationsvorhaben SALIX AGROFORST
Koordination:
Fachbereich Architektur – Stadtplanung – Landschaftsplanung, Institut für Architektur, Forschungsplattform Bau Kunst Erfinden (Prof. Heike Klussmann, Steffi Silbermann)
Projektlaufzeit: 1.10.2024 – 30.9.2027
Förderung: FNR – Fachagentur nachwachsende Rohstoffe e.V.
Projektpartner:
Universität Kassel:
Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften, Fachgebiet Ökologischer Land- und Pflanzenbau, Fachgebiet Betriebswirtschaft
Fachbereich Maschinenbau, Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren
Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hof, Institut für Materialwissenschaften
Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e.V
Dendroquant GmbH, Agrar- und Wertholz – Züchtung und Zertifizierung
Heinrich Kuper GmbH
TRIEBWERK – Regenerative Land- und Agroforstwirtschaft
Weiterführende Informationen
@baukunsterfinden
@triebwerk_agroforst_relawi
Das Fachgebiet „Experimentelles und Digitales Entwerfen und Konstruieren“ erforscht additive Fertigungsverfahren, um Leichtbaukonstruktionen aus Furnierholz für die Baubranche zu entwickeln. Diese Bauteile sind sehr ressourceneffizient und belastbar. Sie können künftig als nachhaltige Alternative zu Beton- oder Stahlsystemen eingesetzt werden.
Mithilfe dreidimensionaler Wickelprozesse lassen sich Hohlbauteile aus Furnierholz herstellen. Dazu werden Furnierstreifen mit einem Roboter um ein rotierendes Formelement gewickelt. Die verwendeten Streifen stammen aus Reststücken der Furnierholzproduktion, die zu Endlosbändern zusammengefügt werden. Nach dem Fertigungsprozess wird das innenliegende Formelement entfernt, sodass ein hohles Holzbauteil entsteht. Das Formelement kann immer wieder verwendet werden.
Bei diesem additiven Fertigungsverfahren wird das Material nur dort aufgetragen, wo es tatsächlich benötigt wird. Zudem kann das Endlosband in unterschiedlichen Richtungen abgelegt werden, sodass die natürliche Faserrichtung des Holzes optimal ausgenutzt wird. So entstehen besonders belastbare Bauteile mit optimierten mechanischen Eigenschaften.
Gleichzeitig ermöglicht die Hohlprofilbauweise einen äußerst materialeffizienten und nachhaltigen Umgang mit der zunehmend knapper werdenden Ressource Holz. Die so gefertigten Holzbauteile stellen eine umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Massivholzprodukten dar.
3DWoodWind | WoodWind+
Projektlaufzeit: Entwicklung über mehrere Einzelprojekte seit 2021
Beteiligte Fachgebiete:
Universität Kassel:
Fachbereich Architektur – Stadtplanung – Landschaftsplanung, Institut für Architektur,
Fachgebiet Experimentelles und Digitales Entwerfen und Konstruieren (Prof. Philipp Eversmann)
Fachgebiet Tragwerksentwurf (Prof. Julian Lienhard)
Leibniz Universität Hannover, Fachgebiet Nachhaltige Gebäudesysteme (Prof. Dr. Philipp Geyer)
Wissenschaftliche Entwicklung:
Andreas Göbert, Georgia Margariti, Julian Ochs, Ole Weyhe, Felita Felita, Ueli Saluz, Andrea Rossi
Projektbeteiligte:
Elias Arayess, Guido Brinkmann, Nils Eckhardt, Sebastian Körner, Ilija Majcen, Clemens Mostert, Seyed Mobin Moussavi, Björn Raschper, Moritz Reh
Förderung:
Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR), ZukunftBau, Michael Lautwein, Research project "3DWoodWind" / "BBSR Research Prototype"
Industriepartner:
H. Heitz Furnierkantenwerk GmbH & Co. KG, Jowat SE, OEST SYSTEMS GmbH & Co. KG
Im Forschungsprojekt „Formlagenholz Plus“ halbieren wir den Klebstoffverbrauch bei der Verklebung von Holzschichten und machen Holz zugleich leichter, flexibler und funktionaler. So wird ein traditioneller Werkstoff durch moderne Technik nachhaltig weiterentwickelt.
Formlagenholz besteht aus vielen dünnen Holzschichten, die bisher vollständig miteinander verklebt werden. Das benötigt viel Klebstoff, der teuer ist und häufig Schadstoffe wie Formaldehyd enthält. Im Projekt „Formlagenholz Plus“ wird der Klebstoffeinsatz um mehr als 50 % reduziert.
Die Innovation liegt in einer gezielten, teilweisen Verklebung: Klebstoff wird nur in Punkten oder Streifen dort aufgetragen, wo das Bauteil später belastet wird. So entsteht ein Material mit unterschiedlichen Eigenschaften innerhalb eines einzigen Bauteils. Es kann an einer Stelle steif und an anderer Stelle flexibel sein. Formlagenholz wird damit zu einem Gradientenwerkstoff, der leicht und funktional ist.
Diese Technik eröffnet neue Anwendungen: ergonomische Sitzschalen, Möbelteile mit integrierten Feder- oder Dämpfungsbereichen, Holzscharniere ohne Kunststoff oder Metall sowie leichte Bauteile für Fahrzeuge. Durch den verringerten Klebstoffverbrauch werden Ressourcen geschont, Emissionen und Produktionskosten reduziert. Das genutzte Buchenholz ist heimisch und nachwachsend.
Formlagenholz Plus
Projektlaufzeit: 1.10.2022 – 30.3.2026
Beteiligte Fachgebiete:
Fachbereich Architektur – Stadtplanung – Landschaftsplanung, Forschungsplattform Bau Kunst Erfinden
Kunsthochschule Kassel, Fachgebiet Möbeldesign und Ausstellungsarchitektur
Fachbereich Maschinenbau, Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren
Förderung: FNR – Fachagentur nachwachsende Rohstoffe e.V.
Weiterführende Informationen
@baukunsterfinden
@produktdesign_khk
Beton
Was wäre, wenn wir aus Biomüll Strom und Baustoffe für unsere Städte herstellen könnten? Durch einen Verbrennungsprozess wird Biomüll in erneuerbare Energie umgewandelt. Dabei bleibt der kohlenstoffreiche Feststoff Biokohle zurück. In unserem Projekt wird diese Biokohle als wichtiger Bestandteil zur Herstellung von Beton eingesetzt.
Weltweit werden jährlich 30 Milliarden Tonnen Beton hergestellt. Die Betonproduktion verursacht eine hohe Menge an CO2-Emissionen und hat erhebliche Auswirkungen auf den Verbrauch natürlicher Ressourcen, z.B. Natursand. Am Fachgebiet „Werkstoffe des Bauwesens und Bauchemie“ entwickeln wir innovative Wege, wie Biokohle aus Biomüll als Ersatzstoff für Sand im Beton eingesetzt werden kann.
Biokohle fällt als Abfallprodukt beim Verbrennen von Biomüll in einem sauerstoffarmen Prozess namens Pyrolyse an. Bei dem Prozess werden auch Pyrolyseöl und Synthesegas hergestellt. Diese werden zur Erzeugung von Strom und nutzbarer Wärme verwendet.
Die Innovation unseres Projekts besteht darin, Biokohle zur Herstellung von Beton weiterzuverwenden und somit den CO2-Fußabdruck von Betonen zu reduzieren. So wird Abfall in eine Ressource umgewandelt und ein nachhaltiger Betonrohstoff erzeugt – beides trägt zum Schutz unseres Klimas bei.
CO2-neutrale Biomasse-basierte Partikelinteraktionen für NET-ZERO Betone (BIOMAC) - Experimente und Modellierung
Projektlaufzeit: 2024-2027
Beteiligte Fachgebiete:
Universität Kassel, Fachbereich Bauingenieur- und Umweltingenieurwesen, Institut für konstruktiven Ingenieurbau, Fachgebiet Werkstoffe des Bauwesens und Bauchemie (Prof. Dr. Bernhard Middendorf, M.Sc. Mujeeb Latifi)
Technische Universität Darmstadt, Institut für Werkstoffe im Bauwesen (Prof. Eduardus Koenders, M.Sc. Maximilian Mayer)
Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Schwerpunktprogramm 2436 „Net-Zero Concrete“
Raps-Protein
Was wäre, wenn wir pflanzliche Proteine nutzen könnten, um leistungsfähige Klebstoffe und Dämm-Materialien für die Bauindustrie herzustellen? Wir wandeln Raps-Protein in erneuerbare Bindemittel und leichte Schaumstoffe um und entwickeln nachhaltige Holzverbundwerkstoffe und innovative Sandwichpaneele mit einem Protein-Schaumkern.
Holzprodukte und Holzverbundwerkstoffe wie Sperrholz und Sandwichpaneele sind wesentliche Bestandteile des modernen Bauens. Die dabei verwendeten Klebstoffe stammen jedoch größtenteils aus Harzen, deren Herstellung viel Energie erfordert und CO2-Emissionen verursacht. Am Fachgebiet „Trennende und Fügende Fertigungsverfahren“ erforschen wir innovative Möglichkeiten, Raps-Protein als nachwachsenden Rohstoff für Holzklebstoffe und geschäumte Kernschichten einzusetzen. Raps-Protein fällt als Nebenprodukt bei der Kaltpressung von Rapsöl an.
Hier in der Ausstellung zeigen wir ein dreischichtiges Sandwichpaneel mit einem Schaumkern aus Raps-Protein. Dieser Kern ist leicht, stabil und bietet vielversprechende Dämm- und Schallschutzeigenschaften. Zusammen mit den Deckschichten aus Holz entsteht ein biobasierter Verbundwerkstoff, der fossile Materialien ersetzen und neue Wege für eine zirkuläre Materialnutzung eröffnen kann.
Biobasierte Proteinmaterialien für nachhaltige Holzverbundwerkstoffe
Beteiligte Fachgebiete:
Fachbereich Maschinenbau, Institut für Produktionstechnik und Logistik, Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren (Prof. Dr.-Ing. Prof. h.c. Stefan Böhm)
Projektpartner:
Georg-August-Universität Göttingen, Dreher Bio GmbH, ergopanel AG
Metall
Am Institut für Werkstofftechnik erforschen wir innovative Wege, um die additive Fertigung – insbesondere den Metall-3D-Druck – nachhaltiger zu gestalten. Ein Schwerpunkt unserer Forschung liegt auf dem Recyclingprozess der verwendeten Pulvermaterialien, um den Einsatz von Ressourcen zu minimieren.
Wir nutzen das Laser-Pulverbett-Schmelzen, ein 3D-Druckverfahren für Metall. Dabei werden Bauteile Schicht für Schicht aus Metallpulver aufgebaut. Es eignet sich aufgrund seiner hohen Präzision besonders für komplexe Bauteile.
Der Prozess gilt als besonders materialeffizient, weil nur der Pulveranteil aufgeschmolzen wird, der für das Bauteil benötigt wird. Das umliegende Restpulver bleibt zwar ungeschmolzen, verliert jedoch an Qualität und kann daher nur eingeschränkt wiederverwendet werden. Um das Pulver wieder nutzbar zu machen, muss es mechanisch aufbereitet und sorgfältig geprüft werden.
Ein Forschungsteam arbeitet daran, diesen Materialkreislauf zu schließen: Durch gezielte Aufbereitung und Charakterisierung der Pulverpartikel wollen wir den Ressourcenverbrauch senken und die Effizienz des gesamten Fertigungsprozesses steigern. So leisten wir einen wichtigen Beitrag zu einer nachhaltigen, zukunftsorientierten Industrieproduktion.
Pulvermaterialien für Prozesse der additiven Fertigung – Erhöhung der Ressourcen- und Prozesseffizienz durch produktionsintegriertes Recycling
Projektlaufzeit: Seit 2022
Beteiligte Fachgebiete:
Fachbereich Maschinenbau, Institut für Werkstofftechnik, Fachgebiet Metallische Werkstoffe (Prof. Dr. Thomas Niendorf)
Förderung: Allianz für Industrie und Forschung
Am Fachgebiet „Gießereitechnik“ forschen wir an innovativen Herstellungsverfahren für Gussformen. Eines dieser Verfahren ist der 3D-Druck von Sandformen, in die flüssiges und recyceltes Metall gegossen wird. Bei dieser Forschung ist ein gegossener Fahrradrahmen entstanden.
Unser Projekt zeigt, wie ein Fahrradrahmen aus recyceltem Aluminium in 3D-gedruckten Sandformen gegossen werden kann. Normalerweise werden Fahrradrahmen aus vielen verschweißten Aluminiumrohren aufwändig und zeitintensiv zusammengesetzt. Der 3D-Sanddrucker ermöglicht die schnelle Herstellung komplexer Formen. Ein spezielles, umweltfreundliches Bindemittel verklebt die Sandkörner, wodurch eine präzise Form entsteht. Das reduziert viele weitere nachträgliche Bearbeitungsschritte, z.B. Schleifen und Sägen.
Wie Teig in eine Backform wird dann flüssiges Metall in die Sandform gegossen, worin das Metall erstarrt. Der Sand ist wiederverwendbar und das Metall wird aus alten Auto-Alufelgen gewonnen, was Energie und Rohstoffe spart. Die Herstellung dauert vom Design am Computer über die Festigkeitsanalyse bis zum Gussteil nur wenige Tage. Die Methode lässt sich leicht auf andere Branchen übertragen, in denen komplexe Bauteile in niedriger Stückzahl hergestellt werden müssen, z.B. im Maschinenbau und in der Luft‑ und Raumfahrt.
Gegossener Fahrrad-Alurahmen aus einer gedruckten Sandform
Projektlaufzeit: Seit Anfang 2023
Beteiligte Fachgebiete:
Fachbereich Maschinenbau, Institut für Produktionstechnik und Logistik, Fachgebiet Gießereitechnik (Prof. Dr. Martin Fehlbier)
Digitaler Zwilling
Am Institut für Mathematik entwickeln wir einen digitalen Zwilling des menschlichen Auges. Damit können wir den Augenärzten helfen, Erkrankungen besser zu verstehen und schneller zu diagnostizieren. Therapien werden gezielt für den Patienten angepasst und moderner und nachhaltiger gestaltet. Medikamente können wir ohne Nebenwirkungen für die Patienten ressourcenschonend am Computer testen.
Das virtuelle Auge ermöglicht Forschung zu Augenerkrankungen, die Optimierung von Therapien, die Entwicklung von Medikamenten, die Planung von Operationen sowie die Ausbildung von Studierenden – vollständig simulationsbasiert, ressourcenschonend und ohne Tierversuche.
Im digitalen Zwilling modellieren wir die Bestandteile des menschlichen Auges – Hornhaut, Iris, Linse, Ziliarkörper, Glaskörper, Retina, Sklera und den Ansatz des Sehnervs – datenbasiert mithilfe geeigneter mathematischer Funktionen (z. B. Ellipsen, Hyperbeln, Limacons).
Physiologische Prozesse des Auges werden über komplexe Gleichungssysteme beschrieben. Auf dieser Grundlage lassen sich individuelle Augenmerkmale, aber auch Erkrankungen wie Grauer Star (Katarakt), Grüner Star (Glaukom), altersbedingte Makula-Degeneration (AMD) u.a. sowie Therapieoptionen simulieren.
Das Virtuelle Auge
Projektlaufzeit: 2015 bis 2022 an der Universität Heidelberg und der Universität Kassel entwickelt
Beteiligte Fachgebiete:
Fachbereich Mathematik und Naturwissenschaften, Arbeitsgruppe Analysis und Angewandte Mathematik, Fachgebiet Numerik und mathematische Modellbildung (Prof. Dr. Elfriede Friedmann)
Förderung: Klaus Tschira Stiftung gGmbH
Weiterentwicklungen durch Bachelor- und Masterarbeiten an der Universität Kassel