Industrie + Technik

Batteriekosten | Ein Team der Universität Münster hat für eine Studie über Batteriekostenvorhersagen mehr als 50 wissenschaftliche Publikationen untersucht. Diese befassten sich mit Lithiumionen-, Feststoff-, Lithiumschwefel- und Lithiumluftbatterien. Für das Jahr 2030 errechnete das Team eine Spanne von unter 100 bis über 400 Dollar pro Kilowattstunde. Jens Leker, Leiter des Instituts für betriebswirtschaftliches Management, zufolge fließen in die Kostenprognosen außer der Batterietechnik Kriterien ein wie Produktionsprozess, Fabrikstandort und -größe sowie Rohstoffpreisszenarien. Die Studie brächte die Transparenz, um Vorhersagen fachlich zu beurteilen, und enthielte einen Wegweiser, um schnell geeignete Studien zu finden und Zusammenhänge zu verstehen.<ul class="references"><li>
1 L. Mauler, F. Duffner, W. G. Zeier, J. Leker, Energy Environ. Sci. 2021, doi: 10.1039/D1EE01530C</li></ul>
Chromtrioxid | Die europäische Chemikalienagentur Echa hatte bis Mai etwa 1000 Meldungen von EU-Unternehmen erhalten, die mit Chromtrioxid verchromen und Oberflächen behandeln. Durch die Meldung bestätigen die Unternehmen, dass sie die Verwendungsbedingungen einhalten. Sie müssen der Echa bis Jahresende mitteilen, wie ihre Arbeitnehmer Chromtrioxid ausgesetzt sind. Die Europäische Kommission hat die Chemikalie bis September 2024 zugelassen. Der jährliche Verbrauch wird auf 7000 Tonnen geschätzt. Der besonders besorgniserregende Stoff ist seit dem Jahr 2013 in der Zulassungsliste, und seine Verwendung erfordert seit 2017 eine Zulassung.<a href="https://echa.europa.eu/de/substance-information/-/" target="_blank">echa.europa.eu/de/substance-information/-/</a> substanceinfo/100.014.189Bioabfallprodukte | Biobasierte Chemikalien und Produkte aus gemischten Bioabfällen sind rentabel. Dies zeigt eine Marktbewertung von Cafipla, einem europäischen Projekt, das in Biogasanlagen Carbonsäuren und Fasern gewinnen sowie etwa zu Polyhydroxyalkanoaten für Kunststoffe oder Biokomposite verarbeiten will. Für die Autorinnen der Marktanalyse, Lea König und Karoline Wowra von der Dechema, haben die Produkte ein hohes Marktpotenzial. Es seien aber noch Hindernisse zu überwinden. Diese soll das Projekt in einem nächsten Schritt ermitteln.<a href="https://cafipla.eu/home/ongoing" target="_blank">cafipla.eu/home/ongoing</a>Wie nachhaltig Kernenergie ist | Allein das Risiko schwerer Unfälle im Umgang mit Kernenergie zeige, dass ein „signifikanter Schaden“ für Mensch und Umwelt nicht auszuschließen ist und Kernenergie nicht als „nachhaltig“ eingestuft werden darf. Dies meldet das Öko-Institut, das den Bericht des Joint Research Centre (JRC) geprüft hat. Der JRC-Bericht im Auftrag der Europäischen Kommission betrachte Risiken wie Unfälle, Kernwaffen und nukleare Abfälle nicht ausreichend.Policy Paper der Heinrich-Böll-Stiftung auf Basis der Analysen von Öko-Institut und DIW/TU Berlin: <a href="https://eu.boell.org/en/2021/09/01/nuclear-energy-eu-taxonomy" target="_blank">eu.boell.org/en/2021/09/01/nuclear-energy-eu-taxonomy</a>Plastikplattform | Die Kunststoffverbände Gesamtverband Kunststoffverarbeitende Industrie, Plasticseurope Deutschland und Fachverband Kunststoff- und Gummimaschinen haben die Initiative „Wir sind Kunststoff“ gegründet. Dazu gehört die Onlineplattform <a href="https://www.deinkunststoff.de" target="_blank">www.deinkunststoff.de</a> mit allgemeinen Informationen über Kunststoffe.Maren Bulmahn

Meldung

Berichte, Studien und eine neue Website

Batteriekosten | Ein Team der Universität Münster hat für eine Studie über Batteriekostenvorhersagen mehr als 50 wissenschaftliche Publikationen untersucht. Diese befassten sich mit Lithiumionen-, Feststoff-, Lithiumschwefel- und Lithiumluftbatterien. Für das Jahr 2030 errechnete das Team eine Sp...

Mit einem eingearbeiteten Pass aus klugem Rost lassen sich Gegenstände nachverfolgen. Er ist klein und lässt sich nicht nur außen an einem Produkt, sondern auch im Inneren anbringen.
Wenn Rohstoffe und Waren markiert sind, lassen sie sich über internationale Lieferketten zurückverfolgen. Dies ist essenziell, um Produkte zu identifizieren, die Qualität zu sichern und vor Fälschungen zu schützen oder sie zu sortieren und zu recyceln. Ein Materialpass wäre eine Möglichkeit, Produkte zu markieren.Klassische Markierungen wie der Barcode oder radio frequency identifier Chips (RFID Chips) sind häufig zu groß, um sie einzuarbeiten. Kleinere Alternativen sind molekulare oder partikuläre Systeme, die durch ihre optischen Eigenschaften eine Identifikation ermöglichen.1)Magnetische Signale sind fürs Identifizieren bisher nahezu unbeachtet geblieben, obwohl magnetische Systeme seit Jahrzehnten erforscht werden und etwa als Festplatten und Magnetstreifen auf der Kreditkarte in unserem Alltag etabliert sind. Anders ist jedoch, dass Magnetstreifen ortsaufgelöst codiert sind: Die Ausrichtung der magnetischen Partikel im Magnetstreifen muss geometrisch definiert mit einem Lesegerät ausgelesen werden.Für die neuen Marker funktioniert eine spektrale Auslesemethode, bei der die Ausrichtung des Markers im Objekt keine Rolle spielt.<h2>Magnetische Produktkennzeichnung</h2>Die Gruppe um Karl Mandel an der Universität Erlangen-Nürnberg hat einen Magnetpartikelmarker entwickelt, der Materialien kennzeichnen kann (Abbildung oben). Da diese Magnetpartikelmarker nur Mikrometer groß sind, lassen sie sich nicht nur äußerlich auf Produkten aufbringen, sondern auch in Materialien einarbeiten.<figure><img src="https://media.graphcms.com/GQj4M1kvQBaXnoTl41wD"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Magnetische Suprapartikel identifizieren Produkte wie ein Barcode. Diesen lesen Barcode-Reader optisch aus. Der magnetische Code der Suprapartikel ist über Magnetpartikelspektroskopie zu erfassen.</figcaption></figure>
Magnetische Signale verhalten sich unabhängig von den optischen Eigenschaften der markierten Materialien. Anders als optisch auslesbare Produktkennzeichnungen ermöglicht die magnetische Markierung ein Auslesen der Markierung aus der Tiefe des Produkts. Schwarze Kunststoffe etwa lassen sich mit den bisher verwendeten optischen Methoden maschinell nur schwer sortieren und recyceln.Ein integrierter Materialpass selbst in kleinen Objekten – etwa in Klebestellen oder im Fußbett von Schuhen – könnte die Nachverfolgbarkeit von Produktströmen und Lieferketten sowie die Qualitätskontrolle verbessern. Diese zusätzlichen versteckten Merkmale könnten zudem die Fälschungssicherheit erhöhen.<h2>Codetragende Suprapartikel</h2>Die magnetischen Markierungspartikel sind aus Nanobausteinen bottom-up aufgebaut. Diese nanostrukturierten Mikropartikel (Suprapartikel) können durch die Variation ihrer Struktur unterschiedliche magnetisch auslesbare spektrale Signalverläufe aufweisen. Magnetisch unterschiedliche Bausteine (superparamagnetic iron oxide nanoparticles, Spions) haben unterschiedliche Signalverläufe [Nachr. Chem. 2021, 69(9), 43]. Sie lassen sich in einem Suprapartikel anteilsgewichtet kombinieren (Abbildung oben).<figure><img src="https://media.graphcms.com/aPeohO5ET7SEm4nUSbyk"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Das magnetische harmonische Spektrum lässt sich durch Kombination verschiedener magnetischer Bausteine einstellen (blau, grün, rot). Daraus entstehen in Polystyrol eingekapselte Nanokompositpartikel. Diese lassen sich zu Suprapartikeln mit dem spektralen magnetischen Code zusammenbauen.</figcaption></figure>
Hierbei werden jedoch nicht die Nanopartikel direkt kombiniert, sondern zunächst in ein Polymer-Nanokompositpartikel eingearbeitet, um später auftretende Interaktionen zwischen den magnetischen Nanopartikeln steuern zu können. Nur dann ist der entstehende Code-Suprapartikel abhängig von den Signalverläufen der eingesetzten Nanobausteine.Die Art der Nanobausteine und deren Anteilsverhältnisse lassen sich variieren. Dies führt zu einstellbaren Signalverläufen. Jeder unterscheidbare Verlauf repräsentiert einen magnetischen Code. Diese Bausteine werden nasschemisch hergestellt. Die Codes hängen von der Struktur der Partikel ab. Während des kontinuierlichen, industriell eingesetzten Prozesses der Sprühtrocknung lassen sich verschiedene Bausteine kombinieren. Somit sind in einem Suprapartikel mehr als 77 Milliarden magnetische spektrale Codes denkbar,2) hierfür sind jedoch 77 Milliarden verschiedene Partikeltypen nötig.Die Suprapartikel ließen sich anschließend je nach Produktherstellung als Pulver in kleinen Mengen beispielsweise einem Kunststoff oder Kleber beifügen oder nachträglich applizieren. Sie kennzeichnen damit Chargen, Materialien oder Produktlinien. Der magnetische Code ist äußerlich nicht sichtbar, lässt sich daher kaum fälschen und kann nicht abgekratzt oder abgerieben werden.<h2>Rost, der Wissen trägt</h2>Die Größe der Suprapartikel im unteren Mikrometermaßstab ist klein genug, um sie in annähernd beliebige Materialien einzuarbeiten und gleichzeitig groß genug, um die Struktur des Markers maßgeschneidert einzustellen.Als Bausteine für die Suprapartikel lassen sich prinzipiell alle Arten magnetischer Nanopartikel verwenden. Aus ökologischen und ökonomischen Gründen haben sich die Forschenden für nasschemisch hergestellte Eisenoxid-Nanopartikel entschieden. Diese sind superparamagnetisch: Bei Anlegen eines äußeren Magnetfelds sind sie magnetisch, danach verlieren sie ihre Magnetisierung wieder. Die gespeicherte Information bleibt jedoch unabhängig von äußeren Magnetfeldern gespeichert. Die Informationen in den magnetischen Markern lassen sich also im Gegensatz zu beispielsweise Magnetstreifen auf Kreditkarten auch nach Anlegen eines starken Magnetfelds auslesen.<h2>Magnetpartikelspektroskopie</h2>Die Signalverläufe sind magnetische Amplitudenverläufe. Die spektrale Beschreibung der Amplitudenverläufe wird über Magnetpartikelspektroskopie (MPS) gemessen. Im Gegensatz zu Magnetometern wie den Sensoren zum Messen geringer Magnetfeldänderungen (superconducting quantum interference devices, Squid) benötigt ein MPS-Gerät keine Helium- oder Stickstoffkühlung. Die Messprinzipien unterscheiden sich: Squid misst quasistatisch Magnetisierungskurven. MPS misst dynamisch die Magnetisierungsantwort.Die Messung dauert wenige Sekunden und funktioniert unter Atmosphärenbedingungen. Die Detektionseinheit ist eine Empfangsspule. Da diese nicht gekühlt werden muss, kann sie geometrisch an die Probe angepasst werden, also ein größerer oder kleinerer Spulendurchmesser gewickelt werden. Dadurch entsteht ein beweglicher Messaufbau. Der Geräteaufbau ist ohne spezielle Schulung zu bedienen.Aufgrund des physikalischen Wirkungsprinzips lassen sich bereits wenige Milligramm Marker nahezu unabhängig von umgebenden nichtmagnetischen Materialien identifizieren. Die spektrale Natur der Codes ermöglicht eine verbesserte Auslesequalität auch bei unbekannter Masse des detektierten Markers unabhängig von Umgebungseffekten wie Auslesesensitivität. Perspektivisch ist ein mobiler Sensor in Münzgröße denkbar. Den Sensor entwickelt die Abteilung Magnetresonanz- und Röntgen-Bildgebung unter der Leitung von Karl-Heinz Hiller vom Entwicklungszentrum Röntgentechnik des Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltungen in Würzburg.<h2>Die Autoren</h2>Den Beitrag haben Stephan Müssig (oben) und Karl Mandel verfasst. Müssig ist Doktorand an der Universität Erlangen-Nürnberg und Promotionsstipendiat der Deutschen Bundesstiftung Umwelt. Mandel hält die Professur für Anorganische Chemie der Universität Erlangen-Nürnberg und leitet die Gruppe Partikeltechnologie am Fraunhofer Institut für Silicatforschung in Würzburg. Forschungsinteresse der Gruppe sind Suprapartikel für interaktive Systeme mit mehr Nachhaltigkeit.<div><img src="https://media.graphcms.com/SC71jBSR5eeAJsZ1Qj3H">

</div><div><img src="https://media.graphcms.com/IKOY16dsRCC7r3U6LKPm">

</div><ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://chemistry.nat.fau.eu/mandel-group/" target="_blank">chemistry.nat.fau.eu/mandel-group/</a></ext-link>Fotos: K. Selsam, Fraunhofer ISC, Georg Pöhlein
<ul class="references"><li>
1 S. Shikha, T. Salafi, J. Cheng, Y. Zhang, Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 7054.</li><li>
2 S. Müssig, R. Reichstein, J. Prieschl, S. Wintzheimer, K. Mandel, Small 2021, doi: 10.1002/smll.202101588.</li></ul>

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