Zusammenfassung

Tanz als Medium für Wissenschaftskommunikation zu nutzen hat sich längst bewährt:
Beispielsweise hat sich die Kunstform Tanz durch den internationalen Wettbewerb Dance your Ph.D., unterstützt vom Science Magazine, durch seine Originalität und Attraktivität bezüglich adäquater Wissensvermittlung weitestgehend etabliert und über die Jahre hinweg ein zahlreiches (nicht)wissenschaftliches Publikum generiert.
In diesem Wissenschaftskommunikationsprojekt wird Tanz als Kommunikationsmittel rund um das Thema Dynamik auf atomarer Ebene, entsprechend dem FWF-Projekt Diffusion in Gläsern untersucht mittels Röntgenkorrelationsspektroskopie, herangezogen.

Die Eigenschaften mikroskopischer Bewegungsprozesse lassen sich besonders gut mit der Kunstform Tanz beschreiben. So können etwa anhand von mikroskopischen Bildern, wie die Interaktion zwischen Teilchen, diffundierende, sprunghafte, zitternde atomare Bewegungen, das Aufbrechen von Bindungen, zufällige oder korrelierte Bewegungen oder das abrupte oder allmähliche Entstehen von neuen geordneten oder ungeordneten Strukturen Anreize zur Entwicklung von Improvisationsthemen und einer innovativen Bewegungsästhetik sein. Die Beobachtungen dynamischer Prozesse auf mikroskopischer Ebene können sich modellhaft auf komplexere Systeme und Alltagserscheinungen auswirken, wie etwa das Wachstum von Epidemien, die Diffusion von Sprache, die Ausbreitung von Ideen, Informationen oder Wissen. Die sich daraus entwickelnde Choreografie soll abschließend in einer Veranstaltungsserie dem (nicht)wissenschaftlichen Publikum präsentiert werden. Ziel ist es ein starkes Bewusstsein für die Bedeutung und Auswirkung von dynamischen Prozessen im Allgemeinen und die des Inhalts des FWF-Projekts im Besonderen zu schaffen. Ein breitgefächertes Publikum soll dadurch generiert werden, indem mit professionellen Tänzer*innen aus unterschiedlichen Genres gemeinsam mit Studierenden der Musik und Kunst Privatuniversität der Stadt Wien (MUK) kooperiert wird. Die unterschiedlichen Auftrittsorte, wie etwa der Uni Campus Wien, das MUK und das Werkstätten- und Kulturhaus Wien (WUK), tragen ebenfalls zur Aufmerksamkeit einer größeren Interessensgruppe bei.

Zusätzlich wird anhand von Schüler*innen-Workshops mit tänzerisch-physikalischem Zugang und durch aktive Mitwirkung der Teilnehmer*innen das Interesse der jungen Generation zu diesem naturwissenschaftlichen Thema geweckt und somit die Stärkung des Interesses an MINT-Fächern gefördert. Die enge Kooperation mit der MUK Privatuniversität Wien trägt ebenfalls zur Förderung und Entwicklung dieses Wissenschaftskommunikationsprojekts bei und soll auch nach dem Projekt bestehen bleiben. Nachhaltigkeit wird zusätzlich durch das (nach dem Projekt) Weiterbeleben von Social Media Plattformen, durch das Onlinestellen von Videos der Tanzproduktion und durch die Einreichung des Wissenschaftskommunikationsstücks bei diversen Tanzfestivals garantiert.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Titan ist auf Grund seiner geringen Dichte bei gleichzeitig guter Festigkeit, seiner Korrosionsbeständigkeit und seiner Biokompatibilität ein gefragter Rohstoff insbesondere in der Luft- und Raumfahrt und der Medizintechnik. Da aus Titanwerkstoffen meist hochwertige Bauteile mit komplexen Formen gefertigt werden, fällt eine sehr große Menge an Abfall in Form von Spänen an – oft 80% des Ausgangsmaterials. Diese können zwar teilweise durch Einschmelzen recycelt werden, der Prozess ist allerdings energieintensiv und wird meist außerhalb der EU durchgeführt. 

Ziel des Projekts DiRecT ist es, das Recycling von Titanspänen durch Einsparung von Energie und Verkürzung von Transportwegen nachhaltiger zu gestalten und damit die gesamte Wertschöpfungskette hochwertiger Titanerzeugnisse zu verbessern. Dazu werden verschiedene neuartige Technologien entwickelt und evaluiert. Neben einem direkten Recycling der Späne zu Halbzeug, aus dem wiederum durch klassische Bearbeitungsschritte unterschiedliche Produkte hergestellt werden können, werden auch Möglichkeiten des direkten Upcyceln entwickelt. Dabei werden entweder direkt endformnahe Bauteile aus Spänen erzeugt, die nur noch geringe Bearbeitung benötigen um das gewünschte Produkt zu erhalten, oder das recycelte Halbzeug weist verbesserte mechanische Eigenschaften auf und ist damit für besonders hochwertige Produkte geeignet.

Die neuartigen Technologien sind (i) das auf Plasmaschweißen beruhende 3D-Druck-Verfahren Plasma Metal Deposition (PMD), das im Zuge des Projektes soweit weiterentwickelt wird, dass statt der üblichen Ausgangsmaterialien (Draht oder Pulver) Späne direkt verarbeitet werden können, (ii) die hochgradige plastische Umformung (Severe Plastic Deformation – SPD), die die Späne in einem einzigen Schritt konsolidieren und die Mikrostruktur verfeinern und damit die mechanischen Eigenschaften verbessern wird, sowie (iii) das rasche Heißpressen mittels Spark Plasma Sintering/Field Assisted Sintering (SPS/FAST), das bezüglich des Ausgangsmaterials von Pulver auf Späne weiterentwickelt wird.

Ziel des Projektkonsortiums bestehend aus zwei österreichischen KMUs, RHP-Technology GmbH und SBI GmbH sowie der Universität Wien, Fakultät für Physik als wissenschaftlichem Partner, ist es, am Ende des Projektes aus Spänen hergestellte Materialien zur Verfügung stellen zu können, die bezüglich der Dichte, Reinheit und der mechanischen Eigenschaften den Anforderungen der Normen für Titanwerkstoffe genügen oder diese übertreffen. Die Evaluierung der Energiebilanz und Materialausbeute der verschiedenen Methoden sind weitere wichtige Aspekte des Projektes. 

Die im Projekt entwickelten innovativen Re- und Upcyclingmethoden werden es titanverarbeitenden Firmen ermöglichen, ökologisch nachhaltigere Produkte auf den Markt zu bringen. Ressourcenschonung, Energieeinsparung und die Vermeidung langer Transportwegen leisten einen generellen Beitrag zu nachhaltiger Produktion und Kreislaufwirtschaft und haben positive Auswirkungen auf Umwelt und Klima.

Zusammenfassung

Erneuerbare Energiequellen sind oft nur bedingt regelbar, wie z.B. Photovoltaik oder Windkraft. Dabei kommt es einerseits zu kurzfristigen Schwankungen auf Grund der aktuellen Wetterlage und Tageszeit, aber auch zu saisonalen Schwankungen, insbesondere bei Solarenergie. Um eine stabile Energieversorgung zu gewährleisten, sind effiziente Speicher daher essenziell. Kurzfristige Schwankungen können durch Batteriesysteme und eine intelligente Steuerung von Verbrauchern ausgeglichen werden. Bei Langzeitspeichern sind neben Effizienz und Wirkungsgrad auch volumetrische Speicherdichte (somit also der Platzbedarf), Stabilität und Sicherheit wichtige Themen.

In diesem Zusammenhang ist Wasserstoff ein höchst interessanter Energieträger. Wasserstoff kann mittels Elektrolyse aus elektrischer Energie und Wasser gewonnen und zu einem späteren Zeitpunkt verwendet werden, was ihn in Zukunft zu einem unersetzlichen und universellen Energieträger und Rohstoff machen wird. Hierbei ist die effiziente Speicherung von Wasserstoff ein zentraler Bestandteil, entsprechend ist die Speicherung auch in der österreichischen und
europäischen Wasserstoffstrategie inkludiert. Wasserstoffgas hat jedoch eine niedrige volumen-bezogene Speicherdichte und für die lokale Speicherung von geringer und mittlerer Kapazität benötigt man häufig hohe Drucke oder kryogene Temperaturen. Diese Speicher sind relevant für ein effizientes Energiesystem, welches mit einer großen Zahl wetterabhängiger Energiequellen auskommen muss. Angesichts stark steigender Kosten zur Stabilisierung des Stromnetzes (2023: 150 Mio € Redispatch-Kosten im Vergleich zu 5 Mio € vor 10 Jahren) sind hier langfristig signifikante Innovationssprünge vonnöten.

Ein solcher Innovationssprung wäre die reversible Speicherung in Form von festen Metallhydriden, also Verbindungen zwischen einem Metall und Wasserstoff. Diese Speicher haben eine extrem hohe volumen-bezogene Speicherdichte. Hydridbildende Metalle oder Legierungen, die sich als Speicher eignen, sollen aber neben einer möglichst hohen Kapazität auch eine schnelle Be- und Entladung mit Wasserstoff nahe Raumtemperatur und bei niedrigen Gasdrucken ermöglichen.

Neuartige Multikomponentenlegierungen, sogenannte „Hochentropielegierungen“ oder „High Entropy Alloys (HEAs)“ weisen sehr attraktive Wasserstoff-Sorptionseigenschaften und eine hohe Speicherkapazität auf, und erlauben durch ihre vielseitige Chemie eine präzise Einstellung des Absorptionsverhaltens. Die Beladeeigenschaften (Aktivierung, Stabilität) müssen jedoch noch verbessert werden, um ein effizientes Speichermaterial zu erhalten. Denn viele Metallhydride haben den Nachteil, dass eine aufwändige Aktivierung notwendig ist. Das aktivierte Material ist oft empfindlich gegenüber Verunreinigungen, wie z.B. Sauerstoff, und pulverisiert durch das Be- und Entladen, was zu Problemen mit Ventilen, Wärmeübertragung und Gasdurchlässigkeit führt.

Aktuelle Ergebnisse an nanoporösen Metallhydriden in einem Grundlagenprojekt der Montanuniversität Leoben (“Strategic Core Research Area SCoRe A+ Hydrogen and Carbon”) zeigen einen höchst vielversprechenden Weg, diese Nachteile zu beseitigen. Hierbei wird die Speicherlegierung gemeinsam mit einer zweiten Phase, der sogenannten „Opferphase“, durch Hochdrucktorsion hochverformt. Durch Herauslösen der Opferphase kann schlussendlich ein homogener Metallschaum im Labormaßstab hergestellt werden. Die große Oberfläche sowie durch die Hochverformung generierte Gitterdefekte führen zu einer raschen Be- und Entladung ohne Aktivierung und zu einer hohen Verunreinigungsresistenz, welche essentielle Voraussetzungen für die kommerzielle Anwendung darstellen.

Im geplanten Projekt soll daher mit Unterstützung durch die Förderung diese sehr grundlegende Route (TRL 2) für industrielle Anwendungen nutzbar gemacht werden. Die Motivation des Projektkonsortiums liegt dabei primär im Aufbau von Know-How und der gemeinsamen Verwertung der gewonnenen IPs. Aber auch für die akademischen Projektpartner wichtige Punkte wie internationale Sichtbarkeit durch wissenschaftliche Publikationen und die forschungsgeleitete Lehre zu gesellschaftlich wichtigen Themen sind integrale Bestandteile des Projekts.

Das Projekt leistet einen Betrag zur Technologieführerschaft in der Wasserstoffspeicherung und -infrastruktur und damit starken Wachstumsmärkten, und greift auf die starken akademischen und industriellen Kompetenzen im Bereich der Materialwissenschaft in Österreich zurück.