Ressourceneffiziente, kreislaufgerechte Verbundwerkstoffe

Graduiertenkolleg sucht nach interdisziplinären Lösungen zur Schließung von Stoffkreisläufen

Wie lässt sich die Lebensdauer von Baumaterialien verlängern? Wie kann eine ganzheitliche Verwertung von Gipskarton- und Gipsfaserplatten erreicht werden? Was ist notwendig, um den Wert von Materialien durch zirkuläre Systeme zu erhalten?

Und welche regulatorischen Ansätze und Anreize können die Entwicklung und den Einsatz kreislauffähiger Produkte unterstützen? Wie können zirkuläre Geschäftsmodelle aussehen und Strategien der Kreislaufwirtschaft lebenszyklusbasiert bewertet werden?

Welchen Einfluss haben wiederverwendete oder recycelte Materialien auf interorganisationale Geschäftsbeziehungen und welche neuen Netzwerke sind nötig, um die zirkuläre Kreislaufwirtschaft in einem Unternehmen und in der Marktwirtschaft zu etablieren?

Mit diesen und weiteren Fragen beschäftigen sich Doktorandinnen und Doktoranden der RWTH Aachen University und der FH Münster aus den Ingenieur-, Wirtschafts-, Umwelt- und Sozialwissenschaften im Forschungskolleg Verbund.NRW.

Promotionsthemen und fachlicher Hintergrund der Promovierenden im Forschungskolleg Verbund.NRW
Quelle: Verbund.NRW

Das interdisziplinäre Graduiertenkolleg adressiert die Schließung von Stoffkreisläufen im Bauwesen mit Blick auf Verbundwerkstoffe und sucht nach interdisziplinären Lösungen für deren nachhaltigen, ressourceneffizienten und kreislaufgerechten Einsatz. Für ausgewählte konkrete Anwendungsfälle aus der Praxis werden im Speziellen Lösungen für deren Kreislaufführung erforscht.

Mit dem Einsatz von Verbundmaterialien können aufgrund der Kombination von Werkstoffeigenschaften komplexe funktionale, ökonomische und ökologische Anforderungen erfüllt werden. Durch ihre vorteilhaften Eigenschaften (z. B. Funktionalität, Langlebigkeit, geringes Gewicht) können sie zur Bewältigung gesellschaftlicher Herausforderungen wie der Einsparung von Ressourcen beitragen. Dies führt u. a. in der Baubranche zu einer verstärkten Entwicklung und dem Einsatz komplexer multifunktionaler Hightech-Werkstoffe, die konventionelle Materialien in Zukunft ergänzen oder ersetzen werden.

Verbundwerkstoffe werden in allen Bereichen des Baugewerbes genutzt. So wird ein steigender Einsatz von glas- und carbonfaserverstärkten Kunststoffen (GFK, CFK) prognostiziert, bspw. in langlebigen Werkstoffen wie Textilbeton. Im Tief- und Verkehrswegebau kommen Geotextilien zum Einsatz und beim Bauen im Bestand werden Brücken- oder Gebäudesanierungen mit CFK-Lamellen oder textilbewehrten Bauteilen durchgeführt. Im Gebäudeinnenausbau werden Schichtverbundsysteme wie Innenwandsysteme, Bodenaufbauten oder Akustikplatten verwendet.

Bei der Umsetzung des Circular-Economy-Konzepts im Bauwesen, das auf den Werterhalt von Produkten, Stoffen und Ressourcen und die Reduzierung des Abfalls durch Wiederverwendung und Verwertung sowie die Berücksichtigung von externen Folgen für Mensch und Umwelt abzielt, muss der Einsatz von Verbundsystemen besonders kritisch hinterfragt und über den gesamten Lebenszyklus untersucht werden. Durch oft untrennbare Verbindungen lassen sich die Werkstofffraktionen nicht mehr separieren und daher am Lebensende mit herkömmlichen Recyclingverfahren nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand zurückgewinnen. Eine weitere Herausforderung ist die mögliche Kontamination von klassischen Stoffströmen (z. B. mineralischen Baustoffen) durch Verbundwerkstoffe, die als Stör- oder Schadstoffe das Recycling dieser Stoffströme erschweren oder verhindern. Deshalb muss eine Validierung erfolgen, bei der ermittelt wird, wo und wie der Einsatz von Verbundsystemen nachhaltig, ressourceneffizient und kreislaufgerecht möglich ist.

Das Forschungskolleg Verbund.NRW läuft über zwei Förderphasen mit jeweils elf Promovierenden bereits seit Ende 2016 und findet seinen Abschluss 2024. Die NRW Forschungskollegs werden im Rahmen des Förderprogramms Forschungskollegs NRW des Ministeriums für Kultur und Wissenschaft des Landes NRW gefördert.

Sonja Stahn, Peter Quicker
Lehr- und Forschungsgebiet Technologie der Energierohstoffe, RWTH Aachen University

Sabine Flamme
Institut für Infrastruktur·Wasser·Ressourcen·Umwelt, FH Münster

Forschungskolleg Verbund.NRW

Verbunde im Bauwesen: Von der Ressourceneffizienz zur validierten Nachhaltigkeit
Informationen & Publikationen: www.verbund-nrw.de

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