Leitung: Prof. Dr.-Ing. Michael Schlüter

Laufzeit: seit 2023

Homepage des SFB 1615

Zur Bewältigung des Klimawandels und zur Schaffung widerstandsfähigerer Lieferketten ist eine Umstellung von fossilen Rohstoffen auf nachwachsende Rohstoffe unverzichtbar. Nachwachsende Rohstoffe schwanken jedoch saisonal und regional in ihrer Verfügbarkeit und Qualität (auch aufgrund (geo)politischer Krisen). Daher benötigt die Gesellschaft dringend Verfahren und Reaktoren, die flexibel auf schwankende Eigenschaften von Rohstoffen reagieren können. Um eine solche Anpassung zu ermöglichen, ist ein hohes Maß an Prozesskontrolle erforderlich: Drücke, Temperaturen, Konzentrationen und dispergierte Phasen müssen innerhalb der Reaktoren kontinuierlich und lokal mit geeigneten Sensoren überwacht und unmittelbar während des Betriebs angepasst werden. Dies erfordert ein tiefes und grundlegendes Verständnis aller relevanten Transportprozesse und Reaktionsschritte, um eine schnelle und zuverlässige Modellierung und Simulation für eine operando und in situ Prozessoptimierung zu gewährleisten.

Durch die Grundlagenforschung in diesem SFB werden neue Technologien für SMARTe-Reaktoren entwickelt, die erneuerbare Ressourcen (Sustainable), in verschiedene Produkte umwandeln können (Mehrzweckreaktoren) und die Autonom (selbstanpassend) agieren, was zu Resilienteren Prozessen führen wird, die besser zwischen Skalen und Standorten Transferierbar sind. In unserer Vision kann der autonome Reaktor lokale Prozessbedingungen in situ mit integrierten Sensoren erfassen und chemische und/oder elektrische Signale direkt an flexible Komponenten im Reaktor (Aktuatoren) weiterleiten. Diese Aktuatoren verändern ihre Eigenschaften (z.B. Geometrie, Struktur, elektr. Leitfähigkeit) und beeinflussen damit die Prozessbedingungen positiv. In diesem SFB wird daher untersucht, wie lokale Prozessbedingungen in Reaktoren erfasst, in Modelle gewandelt und durch lokale Maßnahmen optimiert werden müssen, um trotz der schwankenden Qualität nachwachsender Rohstoffe stets optimale Prozessbedingungen mit konstanter Produktqualität und maximaler Ausbeute sicherzustellen. Als beispielhafte Reaktion aus der Wasserstoffwirtschaft wird die Hydrogenolyse von Glycerin zu Propandiolen herangezogen, die biochemische, chemische und mechanische Umwandlungsschritte umfasst, beispielhaft für Fluid-Fluid- und Fest-Fluid-Systeme.

Die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Verfahrenstechnik, Materialwissenschaft und Elektrotechnik mit Physikern, Chemikern, Mathematikern und Informatikern der Technischen Universität Hamburg sowie der HAW Hamburg, der Universität Hamburg, der Leuphana Universität Lüneburg, der Universität Freiburg, des Helmholtz-Zentrum Hereon (Geesthacht) und DESY ermöglicht die Bündelung von Know-how und einzigartigen Experimentiermöglichkeiten. Von den brillantesten Röntgenquellen der Welt zur Untersuchung kleinster Bausteine der Materie bis hin zum weltgrößten Magnetresonanztomographen zur Aufklärung von Prozessen in Mehrphasenreaktoren werden die Limitierungen zukünftiger Prozesse auf allen relevanten Skalen aufgespürt und überwunden.

Leitung: Prof. Dr. Gerold Schneider

Laufzeit: seit 2012

Homepage des SFB 986

Das langfristige Forschungsziel des SFB „Maßgeschneiderte multiskalige Materialsysteme – M³“ ist es, experimentelle Methoden zur Herstellung und Charakterisierung multiskalig strukturierter Materialien mit maßgeschneiderten mechanischen, elektrischen und photonischen Eigenschaften zu entwickeln. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat an der TUHH die Einrichtung des gemeinsam mit der Universität Hamburg und dem Helmholtz-Zentrum Geesthacht beantragten SFB genehmigt. Gemeinsames Ziel der insgesamt 21 beteiligten Wissenschaftler ist über die Fächergrenzen hinweg die Entwicklung völlig neuartiger Werkstoffe.

Multiskalige Strukturierung wird durch eine gezielte Anordnung einzelner Bausteine auf unterschiedlichen diskreten Längenskalen erreicht. Diese Bausteine bestehen aus polymeren, keramischen oder metallischen Materialien oder daraus zusammengesetzten strukturierten bzw. funktionalisierten Einheiten. Grundlage ist der Gedanke, dass komplexe – und insbesondere multiskalige und/oder hierarchische – Gefüge bzw. Materialsysteme durch den gezielten Einsatz alternativer Synthese- und Assemblierungsprozesse aus den Bereichen Chemie, Materialwissenschaften und Verfahrenstechnik maßgeschneidert hergestellt werden können. Diese Materialsysteme weisen neuartige Eigenschaftsprofile auf.
In den Projektbereichen des SFB 986 werden ausgehend von funktionalisierten elementaren Funktionseinheiten makroskopische hierarchische Materialsysteme aus Polymer, Keramik, Metall und Kohlenstoff (Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Aerographite) erzeugt, wobei die Längenskalen vom Atom bis zur Makroskala reichen (siehe Abb.). Die Materialsysteme der drei Projektbereiche unterscheiden sich einerseits in ihrer multiskaligen Struktur und andererseits in ihren funktionalen Eigenschaften. Während im Projektbereich A quasi-selbstähnliche Strukturen mit multifunktionalen Eigenschaften im Vordergrund stehen, zielt der Projektbereich B auf ‚integrierte’ nanostrukturierte mehrphasige Materialsysteme, die aufgrund des Gefügedesigns Festigkeit und funktionelle – insbesondere elektrische – Eigenschaften in sich vereinen. Im Projektbereich C liegt der Schwerpunkt auf hochgeordneten hierarchischen periodischen und aperiodischen Strukturen und deren photonischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen.

Das besondere Innovationspotential des SFB 986 liegt darin, quasi am Reißbrett makroskopische, multiskalig strukturierte Werkstoffe und Bauteile zu entwickeln, bei denen durch gezielten Austausch der Bausteine die Eigenschaften diskontinuierlich verändert werden können. Wenn es gelingt, dieses Konzept umzusetzen, werden völlig neuartige Materialfunktionen erwartet.

Sprecher für die TUHH: Prof. Alexander Kölpin

Laufzeit: seit 2021

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Das auf zwölf Jahre ausgelegte Forschungsprogramm des SFB EmpkinS (Empatho-Kinaesthetic Sensor Technology – Sensor Techniques and Data Analysis Methods for Empatho-Kinaesthetic Modeling and Condition monitoring) befasst sich mit dem Rückschließen auf Regelkreise des Körpers aus Körperbewegungen. Das Institut für Hochfrequenztechnik (E-3) der TUHH ist für die Herzkreislaufdiagnostik mit Radar zuständig.

Sprecher für die TUHH: Prof. Thomas Rung

Laufzeit: seit 2016

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