Unsere hochtechnologisierte Welt benötigt irdische Ressourcen. Insbesondere Industrieländer verbrauchen diese häufig schneller als die Regenerationskraft der Erde erneuern kann. Der jährliche Earth Overshoot Day markiert das Datum, an dem wir diese rechnerische Grenze überschreiten. 2023 fällt er auf den 2. August.
Wir stellen hier acht Jungwissenschaftler:innen vor, die mit ihrer Forschung Wege ergründet haben, Ressourcen zu schonen und unsere Welt ein Stück nachhaltiger zu machen.
Olga Kasian erforschte Katalyseverfahren für grünen Wasserstoff
Sogenannter grüner Wasserstoff gilt als Hoffnungsträger zur klimafreundlichen Energiespeicherung. Doch seine Herstellung via Elektrolyse birgt technische Herausforderungen: Die bisher verwendeten Katalysatoren erbringen keine dauerhaft stabile Leistung. Olga Kasians Forschung am helmholtz-Zentrum Berlin eröffnet eine neue Perspektive auf die Oberflächen dieser Katalysatoren. Die so gewonnenen Erkenntnisse bilden die Grundlage, um die Stabilität der eingesetzten Materialien weiterzuentwickeln und so eine effizientere Gewinnung von Wasserstoff aus regenerativen Energien sicherzustellen.
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Arne Speerforck entwickelte umweltverträgliche, thermisch betriebene Klimaanlagen zur energieeffizienten Gebäudeklimatisierung
Der weltweite Klimatisierungsbedarf steigt. Doch Klimaanlagen benötigen sehr viel elektrische Energie und kann dadurch globale Temperatursteigerungen zusätzlich befördern. Der Auftrag für die Wissenschaft: Das Erarbeiten von effizienten und umweltverträglicheren Alternativen zur Gebäudeklimatisierung. Geothermisch- und sorptionsgestützte Klimaanlagen können dabei ein Teil der Lösung sein. Anhand einer Versuchsanlage konnten hier elektrische Energieeinsparungen von mehr als 70 % ermittelt werden. Auch die Übertragbarkeit des Konzepts auf Standorte in den USA konnte nachgewiesen werden.
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Stefan Notter arbeitete an autonomem Segelfliegen mithilfe Künstlicher Intelligenz
Geschicktes Ausnutzen thermischer Aufwinde erlaubt es Segelflugpilot:innen, große Distanzen emissionsfrei zurückzulegen. Fliegen ohne eigenen Antrieb erfordert dabei ein ständiges Abwägen zwischen völlig gegensätzlichen Handlungsrichtungen. Im Rahmen des BMWi-geförderten Luftfahrt-Forschungsprojekts TakEOF wurden Verfahren entwickelt und erprobt, die Methoden des maschinellen Lernens mit klassischen regelungstechnischen und schätztheoretischen Ansätzen vereinen. Ingenieurtechnisches Ziel des Vorhabens ist die Reduzierung des Antriebsbedarfs sowohl unbemannter-, als auch bemannter, motorgetriebener Flugzeuge durch Nutzen meteorologisch begünstigter Aufwinde.
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Sven Meyer erkundete Strategien der Emissionsminderung im Spannungsfeld von Ökonomie und Ökologie
Emissionen von Kohlenstoffdioxid und anderen toxischen Stoffen verursachen lokal und global negative Umweltauswirkungen. Zum Beispiel bei der Bedruckung flexibler Verpackungen werden Lösemittel freigesetzt, wobei die Abluft entsprechend der gesetzlichen Vorgaben gereinigt werden muss. Die Lösemittel stellen einen Wertstoff dar, der recycelt werden sollte. Im Rahmen eines geförderten Vorhabens wird ein innovativer Verfahrensansatz erprobt, der es erlaubt, die Rückgewinnung für Lösemittel für kleine und mittelständische Unternehmen wirtschaftlich zu gestalten.
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Tobias Diekhans erforschte das kabellose Laden von Elektrofahrzeugen mit beidseitiger Leistungsregelung
Ein kabelloses Ladesystem bietet das Potential, das „Nachtanken“ von zukünftigen Elektrofahrzeugen ähnlich komfortabel zu gestalten, wie wir es heutzutage vom Verbrennungsmotor gewohnt sind. Kern der Energieübertragung bilden zwei induktiv gekoppelte Spulen, von denen eine in den Parkplatz integriert ist und eine zweite unter dem Fahrzeug angebracht ist. Weitere Leistungselektronikkomponenten wandeln zuerst die niederfrequente Netzspannung in eine hochfrequente Wechselspannung und anschließend im Fahrzeug wieder in eine Gleichspannung um. Die Leistungselektroniktopologie mit beidseitiger Regelung stellt einen äußerst vielversprechenden Ansatz dar, um die hohen Anforderungen in Bezug auf Bauraum, Wirkungsgrad und Kosten zu erfüllen.
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Ingo Kröger entwickelte Spektrale Messverfahren für die Photovoltaik
Im Projekt von Ingo Kröger an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) wurde ein neuartiger laserbasierter Spektralmessplatz aufgebaut, der die Kalibrierung von Referenzsolarzellen mit einer erweiterten Unsicherheit von weniger als 0,4 % ermöglicht. Das ist die bislang geringste erreichte Messunsicherheit weltweit. Darüber hinaus ermöglicht dieser Messplatz die hochgenaue Charakterisierung der spektralen Winkelabhängigkeit, Linearität und Temperaturabhängigkeit von Solarzellen, sowie die Kalibrierung von großen Solarzellen bis zu einer Größe von 6 Zoll.
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Stefan Kaluza setzte sich ein für die Katalysatorentwicklung für eine erfolgreiche Energie- und Rohstoffwende
Um sich langfristig von einer fossilbasierten Energie- und Chemiewirtschaft zu lösen, müssen alternative Verfahren auf Basis erneuerbarer Energien und nachwachsender Rohstoffe entwickelt werden. Eine wichtige Rolle spielt hierbei die Katalyse. Ausgehend von Biomasse, Biogas oder einem Gemisch aus CO2 und regenerativ erzeugtem Wasserstoff lassen sich durch optimales Zusammenspiel von Katalysator und Prozessbedingungen wichtige Energieträger und Basischemikalien herstellen, die in die vorhandenen Synthesewege der chemischen Industrie integrierbar sind. Die große Herausforderung besteht dabei in der Anpassung der Katalysatorsysteme an die veränderte Rohstoffbasis sowie deren Optimierung in Hinblick auf eine verbesserte Energieeffizienz des Gesamtprozesses.
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Christian Platschek arbeitete an Optimierungsansätzen für eine zukunftsfähige Wasserversorgung durch kleine Unternehmen
Um eine sichere Wasserversorgung zu gewährleisten, müssen alle Wasserversorgungunternehmen nachhaltig und zukunftsorientiert handeln. Sich verändernde Randbedingungen wie der Klimawandel oder der demografische Wandel treffen kleinere Wasserversorgungsunternehmen in besonderem Maße. Speziell für sie ist es aber oft nur mit verhältnismäßig hohem Aufwand möglich, die notwendigen Maßnahmen in Bezug auf eine nachhaltige Wasserversorgung umzusetzen. Anhand verschiedener Auswertungen konnte festgestellt werden, dass durch die Umsetzung konkreter Maßnahmen im Rahmen der interkommunalen Kooperation ein hohes Maß an Synergieeffekten erreicht werden kann.