Produktion der ZukunftStakeholderdialog „Vom Rohstoff zum Werkstoff“

Dokumentation der Veranstaltung

Nähere Informationen auf der Veranstaltungsseite:https://nachhaltigwirtschaften.at/de/veranstaltungen/2018/20180416-stakeholderdialog-rohstoff-werkstoff.php

Datum:16. April 201810.00 - 15.30 Uhr

Ort:Haus der Industrie Ludwig Urban-Saal Schwarzenbergplatz 4 1030 Wien

Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie

Foto li. oben: Uni Innsbruck / Mitte, re. oben, li. unten: Batterielabor AIT / Mitte, re. unten Saubermacher Batterierecycling; Quelle: Klima- und Energiefonds/Astrid Bartl

Produktion der Zukunft Stakeholderdialog "Vom Rohstoff zum Werkstoff"

Über 60 TeilnehmerInnen informierten sich am 16. April 2018 beim Stakeholderdialog „Vom Rohstoff zum Werkstoff" über aktuelle Entwicklungen des FTI-Programms „Produktion der Zukunft" und der europäischen Initiative M-ERA.NET (ERA-NET for materials research and innovation). Zentraler Fokus der Veranstaltung waren Forschungsprojekte aus den Bereichen Batterie- und Nanotechnologien. Bei der abschließenden Podiumsdiskussion zum Thema „Chancen und technische Herausforderungen für den Einsatz von Nanotechnologien" wurde über zukünftige Einsatzmöglichkeiten von Nanomaterialien diskutiert.

Fotos: links: Theodor Zillner, Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie (bmvit); rechts: Dieter Drexel, Industriellenvereinigung. (c) Petra Blauensteiner/ÖGUT

Nach der Begrüßung von Theodor Zillner (bmvit) und Dieter Drexel (Industriellenvereinigung) stellte Alexander Pogány (bmvit) die Programmlinie Produktion der Zukunft vor. Er gab einen Überblick über die zukünftigen Ausrichtungen der kommenden Ausschreibung. Die Schwerpunkte liegen in den Schlüsseltechnologien Nanotechnologie, Werkstoffe (inkl. Rohstoffe), Photonik und Robotik, wobei insbesondere die Integration dieser Technologien in innovative Produkte gefördert werden soll.

Alexandra Kuhn (Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft – FFG) präsentierte im Rahmen des Faktencheck zur FTI-Initiative Produktion die aktuelle Einreichstatistik zu Produktion der Zukunft und gab einen Einblick in das M-ERA.NET.

Vorträge zum Themenbereich „Batterietechnolgien“

Helmut Antrekowitsch und Roland Pomberger (Montanuniversität Leoben) gaben einen Einblick in die Wertschöpfungskette von Li-Ionen Batterien. Im Fokus lag das Recycling, da dies in Europa ausgebaut werden sollte, um Rohstoffabhängigkeiten zu verringern. Die Experten zeigten, dass die Herausforderungen von unterschiedlichen Batterietypen bis hin zu problematischen Materialen reichen und plädierten für ein nachhaltiges Produktdesign bei zukünftigen Innovationen.

Die nächste Generation von Materialien in elektrochemischen Energiespeichern war das Thema der Präsentation von Stefan Koller (VARTA Micro Innovation GmbH).

Damian Cupid (AIT) und Martin Artner (Frimenco) stellten das gemeinsame Projekt TimSLIB vor. Dabei sollen die hohen Lithiumspeicherkapazitäten von Zinnsulfiden genutzt werden, um Leistungsdichte, Energiedichte, Kapazität, Zyklenfestigkeit und Zelllebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) zu erhöhen und somit die Leistung von Elektrofahrzeugen zu verbessern. Ziel des Projektes ist es hochreine Zinnsulfide zu entwickeln, die im Labormaßstab als neue Anodenmaterialien für LIB charakterisiert, untersucht und getestet werden.

Danach zeigte Katja Fröhlich (AIT), wie beim Projekt Pyrobatl gemeinsam mit einen Industriepartner Produktionswege von Mischoxid-Katodenmaterialien für LIB zur Anwendung im Elektromobilitätsbereich entwickelt werden. Durch Nutzung von anderen Ausgangsstoffen, neuen Materialien und innovativen Synthesen wird hierbei eine deutliche Kostensenkung bei gleichzeitiger Effizienzsteigerung erwartet. So wird erstmals das Sprühröstverfahren in diesem Bereich eingesetzt und hat bei ersten Tests gute Ergebnisse gebracht. In Zukunft wird an einer industrienahen Pouch-Zellen-Fertigung gearbeitet, die den Einsatz von Rohstoffen, insbesondere von seltenen Erden, minimieren soll.

Vorträge zum Themenbereich „Nanotechnologien“

Im zweiten Themenblock präsentierten Dieter Nees (JOANNEUM RESEARCH) und Martin Bauch (AIT) das bereits abgeschlossene Projekt NILshim. Dabei wurde eine neue Generation von Polymer-Prägewerkzeugen entwickelt, welche im laufenden Projekt Nano_Outside zur großflächigen Rolle-zu-Rolle-UV-Prägung von witterungsstabilen und kratzfesten nanostrukturierten Antireflexions- und Lichtlenk-Folien verwendet werden. Die neuen Folien sollen zur Vergütung der CZTS Monograin Photovolatik-Folien des Wiener Start-Up-Unternehmens crystalsol gmbh verwendet werden. In ersten Experimenten konnte bereits eine Effizienz-Steigerung dieser neuartigen flexiblen Solarzellen um 6 % erzielt werden.

Danach gab Tung Pham (Universität Innsbruck) einen Einblick in die Entwicklung einer zuverlässigen Technologie zur Herstellung dehnbarer und leitfähiger Textilien. Das Grundkonzept des Projektvorhabens ist eine stromlose Metallbeschichtung auf der Faseroberfläche mittels einer nanoskaligen Vorlage von Metallkeimen. Durch die Bildung von leitfähigen Metallschichten wird die Leitfähigkeit auf der Oberfläche der Polymerfasern realisiert. Die Beweglichkeit der Fasern in der Textilstruktur ermöglicht einen Kontakt auch unter Dehnung und somit die elektrisch leitenden Eigenschaften der elastischen Textilstruktur.

Es folgte Günter Grabher mit einem Einblick in das Smart-Textiles Valley Vorarlberg und einer Vorstellung seines Unternehmens V-trion textile research GmbH. Dort wird intensiv an der Umsetzung von gestickten Kollektoren gearbeitet, die in innovativen Batteriesystemen eingesetzt werden. Dies ermöglicht raschere Aufladung, höhere Spitzenleistung und Mehrkathodenkonzepte, was eine signifikante Gewichtsreduktion erwarten lässt.

Frank von der Kammer (Universität Wien) fuhr mit der Definition von Nanomaterialien und deren möglichen Umweltauswirkungen fort. Dabei machte er deutlich, dass klare internationale Regelungen zur Abgrenzung und Testung in diesem Bereich noch fehlen, aber für die weitere sichere Produktion dringend gebraucht werden. Dann zeigte er, mit welchen technischen Mitteln die genaue Analyse bewerkstelligt wird.

Anton Köck (MC Leoben Forschung GmbH) präsentierte das Projekt „FunkyNano“. Hier ist das Ziel die systematische Optimierung von CMOS-integrierten chemischen Sensoren zur Detektion von

umweltrelevanten Gasen mittels funktioneller Nanomaterialien. Damit wird ein weltweit einzigartiger Multi-Gassensor-Chip entwickelt, der in Smartphones eingesetzt werden kann.

Zum Abschluss wurde von Leo Schranzhofer (Profactor GmbH) das FFG Projekt AquaNOSE vorgestellt. Es beschäftigt sich mit der Herstellung von Biosensoren zur Detektion von Antibiotika. Zu Demonstrationszwecken wird dabei eine „µf-MEMS cartridge“ gefertigt und vervielfältigt, welche die Konzepte aus gedruckter Elektronik, Spritzguss, molekular geprägten Polymeren und Nanoimprintlithographie vereint. Ziel ist es, künstliche Rezeptoren basierend auf molekular geprägten Polymeren zu produzieren und maßgeschneiderte massensensitiven Sensor Chips zu fertigen.

Martin Bauch von AIT stellte in seinem Vortrag „Großflächige Nanostrukturen als Farb- und Infrarotfilter“ erste Ergebnisse des Projektes MultiNanoMet vor. In dem Projekt geht es um die großflächige Herstellung von nanostrukturierten, multifunktionalen transparenten Elektroden auf flexiblen Substraten mittels kostengünstiger Rolle-zu-Rolle (R2R) UV-Nanoprägelithographie, ohne zusätzliche Ätz- oder Lift-off-Prozesse. Diese Beschichtungen haben eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten, etwa bei farbiger Photovoltaik, als architektonisches Glas sowie als Sonnenschutzglas.

Podiumsdiskussion: Chancen und technischen Herausforderungen für den Einsatz von Nanotechnologien

Im Anschluss diskutierten Frank von der Kammer (Universität Wien), Tung Pham (Universität Innsbruck) und Günter Grabher (V-trion textile research GmbH) über die Chancen und technischen Herausforderungen für den Einsatz von Nanotechnologien.

Moderation: Alexander Pogany (bmvit)

Foto: v.l.n.r.: Günter Grabher (V-trion textile research GmbH), Alexander Pogany (bmvit), Frank von der Kammer (Universität Wien), Tung Pham (Universität Innsbruck)

Moderation: Alexander Pogany (bmvit) Am Podium: Günter Grabher (V-trion textile research GmbH), Frank von der Kammer (Universität Wien), Tung Pham (Universität Innsbruck).

Nanotechnologie ist eine der Schlüsseltechnologien und eines der wichtigsten Forschungsgebiete im 21. Jahrhundert. Diese Technologie hat großes Innovationspotenzial und gewinnt bei der Entwicklung neuer Produkte zunehmend an Bedeutung. Nanomaterialien werden bereits heute in einer Vielzahl von Produkten eingesetzt- auch wenn dieses Faktum KonsumentInnen vielfach nicht bewusst ist. Von der Plasmabeschichtung in Kontaktlinsen über Smarte Textilien bis zum Einsatz für Dichtungen in Armbanduhren ist hier ein breites Anwendungsfeld gegeben. Mit einer weiteren Zunahme des Einsatzes dieser Produkte ist vor allem auch im Verbraucherbereich zu rechnen.

Forschung und Richtlinien

Großer Forschungsbedarf besteht hier nach Ansicht der Experten nach wie vor um mögliche Risiken des Einsatzes von Nanomaterialen für Mensch und Umwelt bewerten zu können. Nicht zuletzt sind für die Gesetzgebung verlässliche Daten über Charakterisierungen von Nanomaterialen von zentraler Bedeutung. Die Vielzahl der eingesetzten Materialen und die laufend neuen Entwicklungen erschweren jedoch die Festlegung der regulatorischen Rahmenbedingungen. Damit sind derzeit viele Fragestellungen hinsichtlich notwendiger gesetzlicher Vorgaben für einen sicheren Einsatz und auch der Entsorgung von Nanomaterialien noch offen.

Verfahren zur Charakterisierung und Messung von Nanomaterialien sind weiterzuentwickeln und zu verbessern. Das Podium plädiert hier für eine Vertiefung der Wissensbasis. Erwähnt wurden in diesem Zusammenhang Anreize für längerfristig bestehende Forschungsinstitutionen sowie die nationale und internationale Vernetzung um hier eine entsprechende technologische Wissensbasis zu schaffen und sich in weiterer Folge an notwendigen Gesetzgebungsverfahren beteiligen zu können.

Ressourceneffizienz

Nanotechnologien können dazu beitragen, bestimmte Produkte stofflich und energetisch effizienter herzustellen. Durch Gewichtsreduktion oder Funktionsoptimierungen kann auch der Energieverbrauch in der Nutzungsphase sinken. Weiters können der Ersatz von umweltbelastenden und / oder gefährlichen Stoffen oder die Schonung von seltenen Rohstoffen hier positive Umwelteffekte auslösen. Positiv hervorgehoben wurde die Möglichkeit der effizienteren Energie-Umwandlung auf Basis erneuerbarer Energiequellen sowie verbesserte Energie-Speicherung durch den Einsatz von Nanotechnologien.

Die Betrachtung der gesamten Wertschöpfungskette spielt hinsichtlich der Analyse der Auswirkungen jedoch eine wesentliche Rolle. Die Produktion der Nanomaterialen wie auch die End of Life Thematik sind in die ökonomische und ökologische Bewertung miteinzubeziehen.

Recycling

Der zunehmende Einsatz von Nanomaterialien stellt auch für das Recycling eine besondere Herausforderung dar. Derzeit findet keine getrennte Sammlung oder weitgehende Kennzeichnung (außer im Kosmetik-, Lebensmittel- oder Verpackungsbereich) von Produkten statt, die Nanomaterialen enthalten. Dadurch bestehen hier erhebliche Informationsdefizite hinsichtlich der Zusammensetzung und damit auch hinsichtlich des Gefahrenpotenzials der eingesetzten Materialen. Vor allem bei Recycling- und Entsorgungsprozessen ist mit Freisetzung von Nanomaterialen bzw. mit Einträgen in die Umwelt zu rechnen. Nanomaterialen können die Qualität der Recyclate beeinflussen und damit auch ein mögliches Hindernis für die Kreislaufführung von Materialen darstellen. Auch der

Einsatz von Verbund- oder Hybridmaterialien und die geringe Größe erschweren mögliche Recyclingprozesse.

Klärungsbedarf besteht darüber hinaus in Hinblick auf das Verhalten von Nanomaterialien während der Abfallbehandlungsprozesse. Mögliche Risiken im Rahmen der Abfallbehandlungsprozesse (Einträge oder Verbleib in der Umwelt, Arbeitssicherheitsaspekte) wurden bisher nicht ausreichend untersucht.

Resümee

Seites der Industrievertreter am Podium wurde an dieser Stelle auf die Bedeutung einer transparenten Kommunikation in Hinblick auf die gesellschaftliche Akzeptanz dieser Technologie, sowie auf die Notwendigkeit der Klärung von wesentlichen technologischen Grundfragen im Vorfeld der Entwicklung von Richtlinien hingewiesen.

Die Forschung soll hier forciert werden und die notwendige Wissensbasis schaffen, um einen sicheren Umgang mit Nanomaterialien, deren Produktion, Verwendung und Entsorgung zu ermöglichen.

Nanotechnologien sind als neues interdisziplinäres Forschungsgebiet zu sehen. Sie umfassen neben Physik, Chemie und Life Sciences viele andere Wissenschaftsdisziplinen und erfordert die Zusammenarbeit, den Wissensaustausch und die Vernetzung von Akteuren aus Wissenschaft, Wirtschaft, Gesellschaft und Verwaltung.

Verantwortung

Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie Abteilung Energie- und Umwelttechnologien Ing. René Albert, BSc., rene.albert@bmvit.gv.at, +43.1.711 62 - 65 2921

Kontakt

ÖGUT – Österreichische Gesellschaft für Umwelt und Technik Mag. Karin Granzer-Sudra, karin.granzer-sudra@oegut.at, +43.1.315 63 23-26 Petra Blauensteiner, petra.blauensteiner@oegut.at, +43.1.315 63 93-29