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https://www.dresden.de/de/wirtschaft/tomorrow-s-home/future-materials.php 09.06.2021 15:20:01 Uhr 28.07.2021 02:39:56 Uhr
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© Iurii Vakaliuk, IMB, TU Dresden

Future Materials: Stoffe für die Zukunft

Dresden ist eine der wichtigsten Drehscheiben für Werkstoffforschung in Europa. Ob Mikroelektronik, Leichtbau, Energietechnologien, innovative Baustoffe oder Quantenmaterialien. Nachhaltige Werkstoffe, die für technologische Innovationen sorgen und den Standort weltweit bekannt machen – Future Materials eben.

Stoffkreislauf Carbonbeton

Im Bereich der Werkstoffforschung zählen die TU Dresden, die Fraunhofer- und Leibniz-Institute sowie das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) zu den führenden Einrichtungen. Unterstützt durch etablierte Netzwerke und Verbundprojekte haben sich aus ihrem Umfeld bereits zahlreiche erfolgreiche Ausgründungen entwickelt. Wichtige Branchennetzwerke sind der Materialforschungsverbund Dresden (MFD), Energy Saxony oder EFDS Europäische Forschungsgesellschaft Dünne Schichten. C³ – Carbon Concrete Composite e. V. und der Industrieverband TUDALIT e. V. sprachen sich in einer Mitgliederversammlung für die Fusionierung beider Vereine zum weltweit größten Industrie- und Forschungsverband im Bereich der Carbonbetonbauweise aus.

Nachhaltige Baustoffe aus Dresden

Das weltweite erste Gebäude aus Carbonbeton names "Cube" entsteht in Dresden.
Das weltweite erste Gebäude aus Carbonbeton names "Cube" entsteht in Dresden.

Aktuell wird auf dem Gelände der TU Dresden das weltweit erste Haus aus Carbonbeton errichtet. Beim Bau des CUBE wird gänzlich auf Stahlbeton verzichtet. Zum Einsatz kommen überwiegend hier produzierte mattenförmige Bewehrungen aus Carbon sowie vereinzelt Bewehrungsstäbe aus Glas. Das Gebäude vereint die Forschungsergebnisse aus dem Bauforschungsprojekt C³ – Carbon Concrete Composite e. V., welches vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit mehr als 45 Millionen Euro gefördert wurde. Eine weitere erste große Praxisanwendung des Baustoffes in Dresden ist die 2021 fertiggestellte Verbreiterung der Carolabrücke in Dresden, gefertigt aus Carbonbeton, die so mehr Platz für Fußgänger und Radler schafft.

Carbonbeton ermöglicht Betoneinsparungen von über 50 Prozent und CO2-Einsparungen von etwa 70 Prozent – ein echtes Future Material. Den Werkstoffverbund zu recyceln und in wirtschaftlich sinnvolle Kreislaufprozesse einzubringen ist das Ziel eines neuen Forschungsprojektes von C3. Das würde gesamtvolkswirtschaftlich und ökologische enorme Vorteile mit sich bringen. Der Baustoff kann in Alt- und Neubauten eingesetzt werden.

Mit Leichtigkeit zum Erfolg

Leichtbau ist derzeit in Deutschland für viele Anwendungen sehr gefragt. Dresden gehört auf diesem Gebiet zu den führenden Kompetenzzentren in Deutschland. Das Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der TU Dresden ist dabei Impulsgeber auf internationalem Niveau. Für technologische Entwicklungen im Flugzeug- und Fahrzeugbau arbeitet das ILK mit den Branchenführern zusammen, die auch Forschungszentren am Institut unterhalten, so zum Beispiel Rolls-Royce.

futureSAX präsentiert: herone GmbH

Die herone GmbH forscht an maßgeschneiderten Faserverbundstoffe und Carbonbauteilen für die Luft- und Raumfahrt sowie Wasserstofftanks. Die Landeshauptstadt Dresden hat das Unternehmen bei der Realisierung eines eigenen Produktionsstandortes unterstützt, an dem ab 2021 Hightech-Produkte zum Beispiel für Flugtaxis, in Großserie und Made in Germany gefertigt werden können.

Dem Startup Robin gelang es durch den Einsatz von Kohlenstofffasern in einem Composite-C-Bügel einer Spritzgießmaschine erstmalig, die Maschine mit einem Gewicht von unter 140 Kilogramm zu bauen. Dadurch kann sie beispielsweise an einem Roboter befestigt und frei im Raum bewegt werden. Durch diese Mobilität und Flexibilität in der Anlagentechnik wird das Spritzgießen bei der Fertigung von hybriden Bauteilen revolutioniert.

Die Textilindustrie galt in Deutschland lange als sterbende Branche, gerade in Ostdeutschland. Moderne Hochleistungsfasern für Sporttextilien, Sicherheitsanwendungen, den Bau, Leichtbautrends für Autos und die Luftfahrt haben in den vergangenen Jahren neue Perspektiven eröffnet und die Branche umgekrempelt. Das Institut für Textilmaschinen und textile Hochleistungswerkstofftechnik ITM der TU Dresden gilt weltweit als einer der wichtigsten Impulsgeber für diese Hightech-Textilien. Hier entwickelt man neben innovativen Produkten, auch die notwendigen Herstellungstechnologien und sogar die Maschinen zur Fertigung. Automatisierung, digitale Vernetzung und simulationsgestützte Prozessketten gehören dabei genauso dazu, wie höchste Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit.

Energiematerialien für die Zukunft

Die Energiewende und nun auch die Green-Deal-Politik der EU revolutionieren die Energiemärkte. Um die Treibhausgasemissionen weiter zu reduzieren und langfristig sogar klimaneutral zu werden, sind innovative Methoden zur Energieerzeugung und Speichertechnologien für grüne Energien gefragt. Knackpunkt dabei sind umweltfreundliche und nachhaltige Produktionsprozesse, bei denen z. B. Konfliktwerkstoffe ersetzt werden bzw. die Prozesse und Technologien als Kreislaufwirtschaft gestaltet werden können. Rohstoffe, wie Kobald, Nickel, Kupfer, Lithium u. a. gilt es am Ende des Produktlebenszyklus zurückzugewinnen, wieder in die Produktion zu integrieren und so Stoffkreisläufe zu schließen. Auch das Thema Digitalisierung spielt dabei eine wichtige Rolle.

Wissenschaftler des Fraunhofer IKTS entwickelten keramische Technologiekonzepte zur Auslegung hocheffizienter Power-to-X-Prozesse
Wissenschaftler des Fraunhofer IKTS entwickelten keramische Technologiekonzepte zur Auslegung hocheffizienter Power-to-X-Prozesse

Die Dresdner Forschungsakteure, wie die TU Dresden, das HZDR sowie die Fraunhofer-Institute IKTS und IWS, haben mit ihren Partnern im Rahmen millionenschwerer Forschungsprojekte dazu beigetragen, dass Deutschland international auf dem Zukunftsfeld Batterie mitspielen kann. Die von ihnen entwickelten Batterietechnologien und Produktionsprozesse kommen nun in Industrieprojekten mit nationalen und internationalen Partnern oder durch Startups wie z. B. die NorcSi GmbH zum Einsatz. Die Bundesregierung strebt an, die Batterieproduktion am Standort Deutschland wettbewerbsfähig auszubauen. Vier Kompetenzcluster des BMBF-Dachkonzepts Batterieforschung sind mit dem schnellen Transfer von Forschungsergebnissen in die Praxis beauftragt, darunter auch das Fraunhofer IKTS Dresden als Projektpartner.

Wasserstoffanlage von Sunfire
Wasserstoffanlage von Sunfire

Zur erfolgreichsten Fraunhofer-Ausgründung in Dresden hat sich das Unternehmen Sunfire GmbH entwickelt. Der Dresdner Wasserstoff-Technologieanbieter hat 2021 die Schweizer IHT Industrie Haute Technology erworben und plant damit zu einem der weltweit führenden Anbieter von industriellen Elektrolyse-Lösungen zu werden. Neben Thyssenkrupp und Siemens ist Sunfire damit nun der dritte große Anbieter für die Technologie in Deutschland und wurde von der EU-Kommission als Mitglied der Clean Hydrogen Alliance nominiert. Diese vereint 18 Top-Manager führender EU-Industrieunternehmen.

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