Paternoster

Förderprogramm der Investitionsbank Land Brandenburg

Förderprogramm:                   ILB-Kreditprogramme/Infrastruktur – Richtlinie

                                              Forschungsinfrastruktur

Maßnahme:                            Paternoster-Kultivierungssystem zur Langzeituntersuchung von

                                              Faser-Kunststoffverbunden unter realen Einsatzbedingungen

Antragsnummer:                    85053659

Durchführungszeitraum:         vom                                      bis

                                              13. September 2021              31. Dezember 2022

Paternoster-Konzept mit Kompartimenten und umgesetzter Entwurf

Paternoster-Kultivierungssystem zur Langzeituntersuchung von Faser-Kunststoffverbunden unter realen Einsatzbedingungen

Die ganzheitliche Lösung komplexer Fragestellungen kann in der Welt der Wissenschaften oftmals nur durch die Zusammenarbeit mehrerer hochspezialisierter Forschungsstellen erreicht werden. Ein Beispiel hierfür ist das Projekt Food4Future, in welchem die Nahrungsmittelversorgung der stetig wachsenden Weltbevölkerung thematisiert und hierfür Lösungsansätze erarbeitet werden. Ein Konzept aus dem Projekt ist die Kultivierung von salztoleranten Organismen in vertikalen Anzuchtsystemen, welche in urbaner Umgebung platziert werden. Die Verwendung von Leichtbauwerkstoffen, wie faserverstärkten Kunststoffen, wird hierbei als essenziell angesehen. Hierdurch kann die Gesamtsystemmasse verringert werden, was die Installation der Systeme in bestehender Infrastruktur (z. B. auf Hausdächern) ermöglicht. Daraus ergeben sich jedoch spezielle Anforderungen an die Werkstoffeigenschaften, die teilweise nur unzureichend im Laborumfeld abgebildet werden können. Für die Testung dieser Eigenschaften ist deshalb ein entsprechender realitätsnaher Prüfstand für Faserverbund-Bauteile erforderlich. Damit trägt das nachfolgend beschriebene Vorhaben Aufbau eines Paternoster-Kultivierungssystems nachhaltig zum Ausbau des Themenfeldes Leichtbau mit faserverstärkten Kunststoffen an der TH Wildau bei.

Da die derzeitigen Landwirtschaftskonzepte für die Nahrungsmittelproduktion einen intensiven Bedarf an Fläche und Wasser aufweisen, werden mittelfristig alternative Anbaumethoden mit geringerem Ressourcenbedarf benötigt. Ein Konzept hierfür ist die Implementierung von vertikalen Anzuchtsystemen, welche in den urbanen Raum integriert werden können, beispielsweise auf Hausdächern oder in Industriebrachen. Weiterhin werden die zur Lebensmittelproduktion kultivierten Organismen mit salzhaltigem Wasser versorgt, welches als Trinkwasser ungeeignet ist. Beilspiel für solche Organismen sind salztolerante Pflanzen (Halophyten) wie der Europäische Queller. Zur einfacheren Erzeugung der für das Wachstum erforderlichen klimatischen Bedingungen sind die Systeme aus einer Vielzahl kleinerer abgeschlossener Einheiten zusammengesetzt, den sogenannten Kompartimenten. Um die Bestückung, Versorgung und Aberntung der Kompartimente zu erleichtern soll das Produktionssystem als Paternoster-Konstruktion ausgelegt sein (siehe Abbildung). Hierdurch können Manipulationen an den Kompartimenten an definierten Positionen automatisch oder vom Boden aus manuell erfolgen.

Im hier beschriebenen Vorhaben soll deshalb eine Paternoster-Kultivierungsanlage ähnlich dem vorgestellten digitalen Entwurf beschafft werden. Dies soll vor allem das Grundgestell des Paternosteraufbaus mit einer automatischen Steuerung umfassen sowie eine geringe Anzahl an Testkompartimenten, sodass die Vollbestückung mit weiteren Kompartimenten aus neuen zu untersuchenden Werkstoffen erfolgen kann. So sollen im Rahmen späterer Untersuchungen Referenzwerte mit Werkstoffen erhalten werden, deren Eigenschaften weniger abhängig von äußeren Einflüssen sind. Eine modulare Auslegung der Konstruktion soll sicherstellen, dass die Kompartimente mit wenig Aufwand austausch- und kombinierbar sind. Die Kompartimente aus Leichtbaumaterialien sollen dann im Rahmen der weiteren Forschungsarbeiten mit unterschiedlichen Materialien hergestellt und in Langzeitversuchen in praxisnaher Umgebung der Witterung aber auch den Kultivierungsmedien etc. ausgesetzt werden. Hierdurch sollen auch alternative (bspw. automatisierte) Fertigungsverfahren zum Einsatz kommen. Während und nach Durchführung der Expositions-Versuche mit den Kompartimenten können aus diesen Proben entnommen und in verschiedenen Methoden charakterisiert werden. Auf diese Weise wird die Degradation der mechanischen Eigenschaften über die Einsatzzeit ermittelt und kann mit anderen Materialien verglichen werden.

Die vorgesehene Versuchsanlage soll auch zur theoretischen und praktischen Ausbildung von Studierenden an der TH Wildau genutzt werden. Im Rahmen von Projektarbeiten und Praktika können Kompartimente konzipiert, konstruiert und anschließend aus Faserverbundwerkstoffen gefertigt werden. Auch die Planung und Durchführung von Materialversuchen mit der Anlage kann als Teil der studentischen Ausbildung realisiert werden.

Projektleiter der Hochschule

Prof. Dr. rer. nat. Christian Dreyer

Büro: Haus 14, Raum 210
Telefon: +49 3375 508 858
Mail: christian.dreyer(at)th-wildau.de
Web: www.th-wildau.de/christian-dreyer

Ansprechpartner:

Andreas Bernaschek (akademischer Mitarbeiter)

Telefon: +49 3375 2152 299

             +49 3375 508 864
Mail:      andreas.bernaschek(at)th-wildau.de