Bioreaktor und laserunterstütztes Scherschneidverfahren ausgezeichnet

Er setzt Photobioreaktoren ein, um CO2 aus Rauchgasanlagen zu binden. 7 500 Euro erhält der Zweitplatzierte: Michael Emonts vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT in Aachen hat ein neues laserunterstütztes Scherschneidverfahren entwickelt. Die mit insgesamt 30 000 Euro Preisgeld dotierte Auszeichnung steht unter dem Motto „Technik für die Umwelt“ und wird am 20. April auf der Hannover-Messe verliehen.

Abschmelzende Polkappen, ansteigende Meeresspiegel, Überschwemmungen und Dürrekatastrophen – die Folgen des Klimawandels sind eine globale Bedrohung. Hauptverursacher ist das Ansteigen des atmosphärischen Kohlendioxidgehalts durch die Verbrennung fossiler Energie. Doch es gibt auch Möglichkeiten, den CO2-Gehalt der Luft zu reduzieren. Prof. Walter Trösch, Leiter der Abteilung Umweltbiotechnologie und Bioverfahrenstechnik am IGB in Stuttgart, setzt auf Algen, wenn es darum geht, fossiles CO2 zu binden. Dazu hat er zusammen mit Dr. Ulrike Schmid-Staiger und der Subitec GmbH eine Reaktorplattform entwickelt, mit der sich CO2 aus Rauchgasanlagen verwerten lässt. Eleganter Nebeneffekt: Die Algen produzieren Vitamine und Fettsäuren sowie pharmazeutische Wirkstoffe und liefern regenerative Energien.

Der Folienreaktor funktioniert nach dem Prinzip eines Airlift-Reaktors. Dabei machen sich die Wissenschaftler den Blitzlicht-Effekt zunutze. Denn den Algen reicht es, wenn sie periodisch für kurze Zeit starkem Sonnenlicht ausgesetzt sind. Dies wird durch eine gezielte Strömungsführung über statische Mischer erreicht. Die Forscher speisen CO2 aus der Verbrennung von Erdgas nach Abkühlung und Kondensatabscheidung direkt als CO2-Quelle in den Photobioreaktor ein, ohne dass dadurch das Wachstum der Algen beeinträchtigt wird. „Unsere Technologie reduziert nicht nur CO2, sie erlaubt es uns außerdem, Algenbiomasse unter Nettoenergieausbeute zu produzieren“, sagt Trösch. Der Reaktor selbst wird preisgünstig mittels Tiefziehtechnik aus Kunststofffolie in Form von zwei Halbschalen inklusive der statischen Mischer hergestellt. Mit Hilfe dieser Twin-Sheet-Technik konnte die Firma Subitec GmbH, eine Ausgründung aus dem IGB, die Herstellungskosten für den Photobioreaktor erheblich reduzieren.

„Algen sind eine bislang wenig genutzte natürliche Rohstoffquelle, die zur Lösung von weltweiten Ernährungs- und Gesundheitsproblemen beitragen können“, erläutert der Wissenschaftler weiter. „Sie produzieren eine Vielzahl chemischer Grundstoffe mit hohem Wertschöpfungspotenzial für die Pharma- und die Nahrungsmittelindustrie.“ Etwa natürliches Astaxanthin, ein roter Farbstoff mit antioxidativen und gesundheitsfördernden Eigenschaften, oder die Omega-3-Fettsäure EPA, die essenziell für den Menschen ist: Ein ernährungsbedingter Mangel an EPA wird in Zusammenhang mit einem erhöhten Risiko für Zivilisationskrankheiten wie Herzinfarkt und Schlaganfall gebracht. Algen auch als Rohstoffe für die industrielle Biotechnologie oder alternative Energieversorgung dienen.

Laserunterstütztes Scherschneiden
Abdeckungen, Wand- und Dachverkleidungen sowie Automobil- karosserien sind Massenprodukte, die aus Blechbauteilen bestehen. Die Flachbearbeitung der Blechtafeln erfolgt heute mit CNC-Stanz-/Nibbelmaschinen. In einem Arbeitsschritt werden dabei Innen- und Außenkonturen, aber auch Durchzüge, Näpfe oder Sicken zur Versteifung des Blechs gefertigt. Herkömmliche Stanzmaschinen stoßen allerdings an ihre Grenzen, wenn es darum geht, hohe Glattschnittanteile zu realisieren oder große Blechdicken und hochfeste Blechmaterialien zu bearbeiten. Im Normalschneidverfahren kann derzeit lediglich ein geringer Anteil der Blechdicke glatt geschnitten werden, der Rest bricht aus.

Dipl.-Ing. Michael Emonts, Gruppenleiter des Fachbereichs „Faserverbund- und Lasersystemtechnik“ am IPT in Aachen hat jetzt ein neues laserunterstütztes Scherschneidverfahren für die Blechbearbeitung entwickelt. Damit erzielen die Experten auch mit herkömmlichen Stanzmaschinen herausragende Schnittflächenqualitäten bei gleichzeitiger Reduzierung des Blechkanteneinzugs. Das war bisher nur mit teuren Spezialmaschinen möglich. Weitere Vorteile: Für den Schneidvorgang werden erheblich geringere Schneidkräfte benötigt. So können wesentlich dickere Bleche als bisher oder auch hochfester Federstahl sowie Titan mit konventionellen Stanzmaschinen bearbeitet werden. Der Lärm der Stanzmaschinen verringert sich von über 90 auf etwa 82,5 Dezibel. Zudem wird der Werkzeugverschleiß deutlich reduziert. Und: Es werden keine Ölschmiermittel gebraucht, das spart Ressourcen und teures Recycling.

Für das lasergestützte Scherschneiden „entfestigen“ die Forscher das Blech gezielt in der Scherzone innerhalb weniger Zehntelsekunden durch eine Laserbestrahlung der Blechunterseite, bevor der Schneidstempel auf der Blechoberseite auftrifft. „Der Laser erwärmt die Bleche so gezielt, dass sie sich nicht verziehen. Die Formgenauigkeit wird besser, der Kanteneinzug nimmt ab“, erläutert der Experte. Lag beim Scherschneiden von Edelstahl der Glattschnittanteil bisher bei circa 30 Prozent, so lässt er sich jetzt bis auf etwa 90 Prozent steigern, gleichzeitig werden die Schneidkräfte um über 70 Prozent reduziert. Beim Stanzen von Federstahl sind sogar 100 Prozent Glattschnittanteil erreichbar. Bei hochfesten Titanblechen beträgt der Glattschnittanteil etwa 90 Prozent. Herkömmliche Stanzmaschinen können mit einem modularen System-Upgrade schnell um die neuen Fähigkeiten erweitert werden, ohne die Maschinenfunktionalität negativ zu beeinträchtigen.

Der Ferchau-Innovationspreis wurde erstmals 2007 vergeben. In diesem Jahr steht eines der wichtigsten Zukunftsthemen für den Standort Deutschland im Mittelpunkt: Technik für Umwelt. Der erste Platz ist mit 10 000, der zweite mit 7 500 €und der dritte Platz mit 5 000 Euro dotiert. Außerdem werden drei Sonderpreise im Gesamtwert von 7 500 €Euro vergeben. Unterstützt wird Ferchau bei der Neuauflage des Innovationspreises von einer Reihe namhafter Kooperationspartner wie der VDI-Initiative „Sachen machen!“, der Fraunhofer-Gesellschaft und dem Ministerium für Innovation, Wissenschaft, Forschung und Technologie des Landes NRW.