Bericht des 2°-Campus 2021 | 1. Block

• Geschrieben von tomjulius 7. Apr. - #2° Campus  ##2°Campus  #1.Block  ##Campus  ##Akademie  - 160 Views

  Von umweltverträglichen Batterien bis zu klimaneutralen Kühen?
  Auch in diesem Jahr forschen die 2°Campus-Teilnehmer:innen an spannenden Projekten!

  
  Wie lassen sich welche Dämmstoffe recyceln? Wie kann man Dual-Ionen-Batterien mittels Graphit aus
  biologischen Quellen umweltfreundlicher machen? Kann Milchproduktion ökologisch sein? Und
  welches Potential steckt in bunten Solarzellen?

  
  Die diesjährigen 2°Campus Teilnehmer:innen können diesen Fragen mit der Hilfe ihrer
  wissenschaftlichen Mentor:innen in den Sommerferien diesen Jahres nachgehen.
  Die insgesamt 20 Teilnehmer:innen durften sich nach spannenden Expertenvorträgen und
  Diskussionen in vier unterschiedliche Themengebebiete einteilen. Die Teams Ernährung, Mobilität,
  Energie und Gebäude haben jedoch alle etwas gemeinsam, denn sie wollen mittels wissenschaftlicher
  Forschung einen Beitrag zum Erreichen des 2°-Ziels (oder besser: des 1,5°-Ziels) leisten.
  Die Forschung wird primär an 3 Universitäten in Deutschland stattfinden, an denen die
  Teilnehmer:innen die erste Hälfte der Forschungsaufenthalte im Sommer verbringen werden.
  Kooperationspartner des 2°-Campus sind die Universitäten in Münster (Westfälische WilhelmsUniversität Münster), in Wuppertal (Bergische Universität Wuppertal) und in Eberswalde (Hochschule
  für nachhaltige Entwicklung Eberswalde).
  In der zweiten Woche fahren alle Teilnehmer:innen zusammen mit den Teamleiterinnen nach Berlin
  (Technische Universität Berlin), wo die Forschungsergebnisse analysiert, auf Fehler geprüft und die
  Forschungsfragen beantwortet werden sollen.
  Doch diese Forschung benötigt einen langen Vorlauf, weswegen die Teilnehmer:innen bereits jetzt
  eine Forschungsfrage und einen Zeitplan bis zum 2. Block des 2°-Campus entworfen haben.
  Dafür wurden im Rahmen des 1. Blocks des 2°-Campus vom 28. März 2021 bis zum 02. April 2021 die
  wissenschaftlichen Fragestellungen ausgearbeitet und methodische und praktische Überlegungen
  angestellt.

  
  Im Folgenden stellen alle Gruppen ihre Forschungsfragen sowie ihr weiteres Vorgehen exemplarisch
  dar.

  
  Mobilität:

  
  Mobilität ist ein wichtiger Bestandteil des täglichen Lebens und deshalb auch ein nicht zu
  vernachlässigender Faktor beim Erreichen der Klimaschutzziele. Um beispielsweise die Klimaziele von
  2030 zu erreichen, muss der Verkehrssektor laut Bundesregierung seine Emissionen von 163.5
  Millionen Tonnen CO2 (Stand: 2019) um ca. 41% jährlich auf 95-98 Tonnen reduzieren. Ein
  vielversprechender Ansatz ist hier die Elektromobilität, die den Verkehrssektor nachhaltiger machen
  soll. Wir werden uns deshalb mit dem wohl wichtigsten Bestandteil von Elektroautos, der Batterie,
  beschäftigen.
  Batterien werden heutzutage fast überall benötigt und sind vor allem in der Elektromobilität
  unverzichtbar.

  

  Graphic: Bartz/Stockmar, CC BY 4.0

  
  Die Untersuchung von Batterien im Bezug auf Elektromobilität ist für die Mobilitätsgruppe angesichts
  der Forschungsgegenstände vergangener 2°-Campus Gruppen nichts Neues, also warum forschen wir
  dieses Jahr an Dual-Ionen-Batterien? Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien können schnell geladen
  werden und gehen normalerweise nie kaputt.
  Ist ein Umdenken also überhaupt notwendig? Trotz ihres großen Potenzials hat die Lithium-IonenBatterie auch viele Nachteile.
  Der größte Nachteil besteht in der Nachhaltigkeit der zur Herstellung benötigten Rohstoffe. Die
  Materialien Nickel und Cobalt, welche die Kathode bilden, werden teils unter menschenunwürdigen
  Bedingungen abgebaut und verursachen zudem mit ihrer Förderung und Verarbeitung viele
  Emissionen.
  Um dieses Problem zu umgehen, werden in der Dual-Ionen-Batterie Nickel und Cobalt durch Graphit
  ersetzt, sodass dieses sowohl für die Anode als auch für die Kathode genutzt wird.
  Graphit kann entweder synthetisch aus Erdöl hergestellt werden, indem es stark erhitzt wird, oder in
  Bergwerken gefördert werden. Aber auch das ist uns noch lange nicht nachhaltig genug!
  Deshalb untersuchen wir, welchen Einfluss aus Biomasse hergestelltes Graphit auf die Leistung der
  Batterie hat. Wir möchten herausfinden, welche Biomassen (zum Beispiel industrielle Abfälle wie Reste
  aus der Papierherstellung) sich am besten dafür eignen und wie sich diese auf die Batterie auswirken.Im Sommer möchten wir daher, unterstützt von unseren wissenschaftlichen Mentoren Sven und Jens,
  am MEET in Münster forschen und dort unter anderem Testbatterien mit unterschiedlichem, aus
  Biomasse hergestelltem, Graphit produzieren und testen.
  So möchten wir herausfinden, ob und inwiefern man herkömmliches Graphit in der Dual-IonenBatterie durch nachhaltigeres Graphit aus Biomasse ersetzen kann, um eine noch umweltfreundlichere
  Speichertechnik zu ermöglichen.

  
  Energie:

  
  Wie lassen sich organische Farbstoffsolarzellen durch eine Variation der ITO- und TitandioxidSchichten optimieren?
  Unter dieser Leitfrage wird sich das diesjährige Energie-Team damit beschäftigen, wie die Technologie
  von erneuerbaren Energien effizienter und umweltfreundlicher werden kann. Wusstet ihr
  beispielsweise, dass der Wirkungsgrad bei Solarzellen derzeit nur rund 22% beträgt, also nur etwas
  mehr als ein Fünftel der potentiellen Energie tatsächlich genutzt werden kann?
  Die organische Farbstoffsolarzelle enthält - im Gegensatz zu den "klassischen" siliziumbasierten
  kristallinen Solarzellen - als Farbstoff natürliche pflanzliche Stoffe, etwa aus Brombeeren oder roter
  Bete.
  Sie besteht aus zwei Elektroden, angebracht im Abstand von nur wenigen Mikrometern. Die Kathode
  ist dabei doppelt beschichtet: neben einer dünnen Schicht aus Titandioxid kommt nun die benannte
  Farbstoffschicht zum Einsatz. Sie absorbiert das Sonnenlicht und bewirkt eine Ablösung der einzelnen
  Elektronen von den Farbstoffmolekülen. Das Titandioxid nimmt die freien Elektronen auf, sodass die
  positiven Ionen durch die Elektrolytlösung zur Kathode wandern. Auf diese Weise entsteht eine
  elektrische Spannung, welche über einen externen Stromkreis elektrische Geräte antreiben kann.
  Leitfähige Indium-Zinn-Oxid-Schichten (ITO-Schichten) auf den Glasplatten ermöglichen dabei diesen
  Stromfluss.

  
  Graphic by Natalia Teplitska

  Wir sehen in solchen Farbstoffzellen großes Potenzial, denn sie sind kostengünstiger und einfacher zu
  produzieren als die derzeit üblichen Varianten. Jedoch liegen ihre Lebensdauer und der Wirkungsgrad
  zumeist noch weit unter den herkömmlichen kristallinen Solarzellen.
  Und hier kommen wir ins Spiel:
  Wir wollen gemeinsam mit unseren Mentor:Innen im MExLab der Uni Münster herausfinden, wie
  insbesondere die Titandioxid- und ITO-Schichten optimiert werden können, damit Sonnenlicht
  effizienter von der Solarzelle absorbiert werden kann. Dazu werden wir uns vor allem anschauen, wie
  die Dicke der beiden Schichten die Effizienz der Solarzellen beeinflusst. Wir stellen dafür selbst welche
  her und nehmen sie dann mit Messgeräten, wie dem Spektralphotometer, unter die Lupe.
  Denn nur, wenn es uns gelingt, die Technologien zu verbessern und nachhaltiger zu gestalten, haben
  wir eine Chance, den Energie- und Klimaproblemen der Gegenwart und Zukunft zu begegnen!
  Seid also gespannt auf unsere Ergebnisse! :-)

  
  Ernährung:

  
  Sind zufriedene Kühe klimafreundlicher?
  Zusammen mit Ann-Kristin Saurma-Jeltsch (wissenschaftliche Mitarbeiterin an der HNE Eberswalde)
  beschäftigen wir uns dieses Jahr mit der Milchproduktion - dazu bearbeiten wir folgendes Thema:
  Kann Milchproduktion ökologisch sein? – Betrachtung von Tierwohl und Klimafreundlichkeit
  Bei der Bewertung unterschiedlicher Haltungsformen betrachten wir zwei Dimensionen,
  Nachhaltigkeit und das Wohlergehen der Tiere.

  
  Graphic: stanze CC-BY-SA 2.0

  https://www.flickr.com/photos/stanzebla/8696223685

  Wir fragen uns: Besteht eine Korrelation zwischen Tierwohl und Methanausstoß, kann beispielsweise
  ein eindeutiger Zusammenhang zwischen schlechten Haltungsbedingungen und einem erhöhten
  Methanausstoß hergestellt werden?
  Zwischen 500 und 1500 Litern umweltschädliche Gase stößt der "Klimakiller" Kuh täglich aus, davon
  30-40% Methan und 50-60% Kohlenstoffdioxid. Lassen sich diese Emissionen auf natürliche Weise (z.B.
  durch Futter) minimieren? Abgesehen davon kommen bei der Betrachtung von Tierhaltung auch
  ethische Fragen auf.
  Wir werden beobachten, wie sich das Verhalten der Tiere in verschiedenen Haltungsformen
  unterscheidet, um herauszufinden, wie sich das Wohlergehen von Kühen effektiv verbessern lässt.
  Zudem wollen wir ermitteln, inwiefern sich die Züchtung auf das natürliche Verhalten der Kühe
  auswirkt.
  In der Verknüpfung ökologischer und moralischer Aspekte sehen wir großes Potenzial und blicken
  gespannt auf den Sommer, wenn wir erforschen: Können wir Kühe glücklicher machen und gleichzeitig
  das Klima retten?

  
  Gebäude:

  
  Als der vierte Pfeiler der Forschung am 2°-Campus deckt die Gebäude-Gruppe einen weiteren,
  essentiellen Baustein unseres alltäglichen Lebens ab. Ein Großteil des Tages verbringt man in
  Gebäuden, insbesondere natürlich dem eigenen Domizil, aber auch im Büro, im Supermarkt oder beim
  Shopping. Daher ist es eminent, auch diese Dimension sowohl unter dem Aspekt der Energieeffizienz
  (daraus folgend auch der Emissionsreduktion) als auch unter Betrachtung der Lebensqualität und der
  daraus erwachsenden gesellschaftlichen Verantwortung zu analysieren.

  
  Graphic: Thusfloe CC BY-SA 4.0
  https://commons.wikimedia.org/wiki/File:MHMA_0216773.jpg#/media/File:MHMA_0216773.jpg

  Damit im Sommer direkt mit der Arbeit begonnen werden kann, wurde auch in der Gebäude-Gruppe
  eine Forschungsfrage formuliert. Unterstützt wird die Forschungsgruppe dabei von Prof. Dr. Karsten
  Voss, der seit 2003 an der Bergischen Universität Wuppertal in der Fakultät für Architektur und
  Bauingenieurwesen - Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung lehrt und forscht.
  Nach einem kurzen "Brainstorming" über die Gesamtheit aller zur Verfügung stehenden Themen
  begrenzte sich die Gruppe final auf das Thema des Recyclingpotentials von Bestandsgebäuden unter
  dem Gesichtspunkt der Emissionsreduktion.
  Konkret lautet die Forschungsfrage:
  "Wie können Bestandsgebäude recyclinggerecht und unter Verwendung von Baustoffrecycling
  modernisiert werden, um zur Emissionsreduktion im Lebenszyklus beizutragen?"
  Beim Klimaschutz ist es wichtig, zeitnah und konkret zu handeln. Um nach diesem Credo an unserer
  Forschungsfrage arbeiten zu können, erstellten wir mit unserem Mentor ein strukturiertes Vorgehen
  sowie eine wissenschaftliche Methodik.
  Oftmals wird kritisiert, dass Informationen, gerade sehr spezifische, nicht hinreichend verfügbar sind,
  doch durch Herrn Voss' Expertise in umfassenden Materialdatenbanken, die eine schiere Flut an
  detailliertem Fachwissen bereitstellen, wird es der Gruppe in Zukunft nicht an den erwähnten
  Informationen, welche die Grundlage der Recherche und der weiteren Vorgehensweise bilden,
  mangeln.
  Erwähnenswert ist in erster Linie Ökobaudat, eine Baustoffdatenbank des Bundesministerium Verkehr,
  Bau und Stadtentwicklung, welche bei der Bestandsanalyse hilfreich sein wird. Auch WeCobis "bietet
  für die wichtigen Bauproduktgruppen und Grundstoffe umfassende, strukturiert aufbereitete,
  herstellerneutrale Informationen zu gesundheitlichen und umweltrelevanten Aspekten einschließlich
  möglicher Anwendungsbereiche" (https://www.wecobis.de/).
  Chronologisch begonnen wird mit der Analyse unserer eigenen Anwesen, welche durch Fachinterviews
  mit erlesenen Experten verschiedenster Bereiche ergänzt wird. Um die große gesellschaftliche und
  politische Tragweite zu würdigen, führen wir eine typologische Klassifizierung der Forschungsobjekte
  durch und abstrahieren diese auf die Gesamtheit. Weiterhin wird uns die große Ehre zuteil, ein mit
  intensivem Forschungsaufwand kreiertes und brandneu erschienenes Analysetool (UMI-Tool :=
  UrbanMining-Tool) zu testen, welches durch eine Kaskade an Kalkulationen einen Wert zur Einordnung
  des Recyclingpotentials des eingegebenen Rohstoffs zurückgibt.
  Der Forschungsaufenthalt ist mit enormer Vorarbeit verbunden, aber das Ziel, das Klima zu schützen,
  ist jede Mühe wert! Die einzelnen Schritte sind fest terminiert, wir sind stets vernetzt und arbeiten
  passioniert an unserem Forschungsziel, oder viel eher, dem zugrundeliegenden
  gesamtgesellschaftlichen Ziel!

  
  Wir freuen uns auf den Sommer und werden Euch bis dahin weiter über den Forschungsstand auf dem
  Laufenden halten!

  
  Liebe Grüße,
  die Teilnehmer des diesjährigen 2°-Campus