Die ökologische und gesellschaftliche Verpflichtung zwingt uns,
Kunststoffabfälle im Kreislauf zu führen, um unseren Konsum
ressourceneffizienter und nachhaltiger zu gestallten. Zudem fordern
gesetzliche Verpflichtungen eine anteilige Nutzung von
Kunststoffrezyklaten in technischen Bauteilen. Mit dem neuen Projekt
»Kunststoffrezyklate in technischen Bauteilen zuverlässig einsetzen« wird
das Fraunhofer LBF gemeinsam mit Partnern grundlegende Wirkzusammenhänge
aus Stoffstrom, Verarbeitung und Langzeitverhalten in hochbeanspruchten
Anwendungen betrachten. Ziel ist, Produkte nachhaltiger und haltbarer
herzustellen und mehr Kunststoffrezyklate zuverlässig in technischen
Anwendungen einzusetzen.

In technisch anspruchsvollen Anwendungen werden Kunststoffrezyklate
bislang nur zurückhaltend eingesetzt, da diese gegenüber
Neuwarenkunststoffen andere Materialeigenschaften aufweisen und die
Langzeitbeanspruchbarkeit nur unzureichend bekannt ist. Diese
Gegebenheiten sind auf Vorschädigungen und Verunreinigungen aus der
vorangegangenen Anwendung sowie auf Mischungseffekte verschiedener
Stoffströme zurückzuführen. Um Kunststoffrezyklate zuverlässig in
technischen Anwendungen einsetzen zu können, sind ein grundlegendes
Verständnis dieser Zusammenhänge sowie methodische Ansätze zur
Berücksichtigung dieser Einflussgrößen in der Bauteilauslegung eine
Grundvoraussetzung. Bei OEMs und Herstellern von Kunststoffbauteilen aus
der Automobil-, Nutzfahrzeug- oder Weißwaren-Industrie liegen diese
Grundlagen häufig sehr unvollständig vor.

Einflussfaktoren für zuverlässige Kunststoffrezyklate

Eine treibende Fragestellung ist beispielsweise, wie mit
Chargenschwankungen umgegangen werden kann, denn größere Streubreiten in
den mechanischen Kennwerten führen zu größeren Ausfallwahrscheinlichkeiten
eines Produktes und sind im schlimmsten Fall sicherheitsrelevant. Daher
müssen diese bei der Bemessung von Bauteilen berücksichtigt werden.
Aktuell führt das zu höheren Sicherheitsfaktoren und damit verbundenen
höheren Wandstärken, die dem Leichtbau und damit der Ökonomie und Ökologie
entgegenwirken. Des Weiteren ist das Verhalten unter Langezeitbelastung in
hochbeanspruchten Anwendungen und eventuellen Änderungen des
Materialverhaltens durch äußere Einflüsse nicht genügend bekannt. Diese
Merkmale müssen zwingend bei der Nachweisführung eines Produktes
berücksichtigt werden, um die Produktlebensdauer einer Komponente
zuverlässig abzuschätzen.

Genau an dieser Stelle wird das neue industrielle Verbundprojekt ansetzen
und exemplarisch zwei unterschiedliche Rezyklat-Materialien untersuchen.
Das kann beispielsweise rPP oder rPA sein und richtet sich nach den
Anforderungen der Verbundteilnehmenden. »Die Untersuchungen werden
parallel an äquivalenten Neuwarematerial durchgeführt, um einen direkten
Abgleich von Rezyklat zu Neuware zu ermöglichen«, erklärt Dominik
Spancken, bundesweit erster Doktor der Nachhaltigkeitswissenschaften und
Wissenschaftler am Fraunhofer LBF.

Wettbewerbsfähig bleiben: Haltbarkeit von Rezyklat-Materialien abschätzen

Die Projektpartner werden befähigt, die Herausforderungen und Potenziale
durch den Einsatz von Kunststoffrezyklaten bewerten zu können sowie
notwendige Materialuntersuchungen zur Qualifikation von
Kunststoffrezyklaten abzuleiten. Mit den gewonnenen Erkenntnissen können
sie ihre eigenen Bemessungsmethoden zur Bauteilauslegung anpassen, um
technische Bauteile aus Rezyklaten betriebsfest auszulegen. Gegenüber
Materialherstellern können sie ihre Anforderungen spezifischer
formulieren, um ein höheres Maß an Zuverlässigkeit zu erlangen. Dieses
Verbundprojekt richtet sich an Firmen entlang der Wertschöpfungskette
beginnend vom Granulat bis hin zum fertigen Bauteil und dem Recycling.

Das Projekt ist offen für weitere Partner aus Industrie und Wirtschaft.

Pilotstudie in Magdeburg evaluiert Screening-Methode für die Prävention
von Magenkrebs

Mit jährlich rund 136.000 neuen Diagnosen und etwa 97.000 Todesfällen in
Europa ist Magenkrebs die vierthäufigste Krebserkrankung weltweit. Obwohl
die rechtzeitige Entdeckung entscheidend für die Überlebenschancen und
erfolgreiche Behandlung ist, gibt es in Europa keine wirksame Screening-
Methode zur Prävention von Magenkrebs. Das Europäische Konsortium TOGAS
will das ändern und hat mehrere Präventionsstudien zur Evaluierung eines
Magenkrebsfrüherkennungs-Programms in der EU gestartet. In einem
Teilprojekt untersuchen Forschende der Universitätsmedizin Magdeburg
zusammen mit mehreren anderen europäischen Partnern die Etablierung einer
Magenspiegelung als geeignetes Instrument zusätzlich zur Darmkrebsvorsorge
bei Patientinnen und Patienten, die bereits eine Darmspiegelung erhalten.
Eine Magenspiegelung (Gastroskopie) kann helfen, Frühstadien, aber auch
Vorläuferläsionen und Risikofaktoren eines Magenkarzinoms zu
identifizieren.

Prof. Dr. med. Jochen Weigt ist Leiter der Pilotstudie und
stellvertretender Klinikdirektor an der Universitätsklinik für
Gastroenterologie, Hepatologie und Infektiologie in Magdeburg. Er betont:
„Leider werden die meisten Magenkrebserkrankungen erst in späteren Stadien
aufgedeckt, wenn die Symptome bereits vorhanden sind.“ In diesen Fällen,
so der Gastroenterologe weiter, sei eine Heilung weniger wahrscheinlich.
Daher könne sich die Teilnahme an der Magenkrebsvorsorge, auch wenn noch
keine Symptome auftreten, als wichtig erweisen. „Wir erwarten durch die
Implementierung dieser Vorsorgemaßnahme nicht nur die Früherkennung von
Magenkarzinomen zu verbessern, sondern auch wertvolle Erkenntnisse für die
Entwicklung optimaler Screening-Strategien in der EU zu gewinnen“, erklärt
Weigt.

Daher besteht das allgemeine Ziel von TOGAS darin, das fehlende
evidenzbasierte Wissen bereitzustellen, das für die Konzeption, Planung
und Umsetzung einer angemessenen Magenkrebsvorsorge in der EU genutzt
werden kann. Die Herausforderungen der Studie liegen in der Vielfalt der
diversen Bevölkerungsgruppen, unterschiedlichen Altersstrukturen und
verschiedenen Gesundheitssystemen innerhalb Europas.

Über TOGAS

Die TOGAS-Initiative (Towards Gastric Cancer Screening Implementation in
the European Union) besteht aus 50 EU-Partnern und wird von der
Universität Lettland in Riga koordiniert. Das Konsortium setzt auf einen
ganzheitlichen Ansatz mit drei klaren Zielen. Erstens erfolgt eine
umfassende Bewertung des Status und der Bedürfnisse der Mitgliedstaaten in
der Magenkrebsprävention, einschließlich Informationen über bestehende
Screening-Initiativen. Zweitens wird die Eignung und Wirksamkeit
verschiedener Methoden der Magenkrebsvorsorge für den Einsatz in der EU
bewertet. Drittens steht die Sicherstellung der Nachhaltigkeit der
Ergebnisse durch eine effektive Verbreitungsstrategie und Koordinierung im
Fokus, unter Berücksichtigung der europäischen Leitlinien und
Qualitätssicherungssysteme.

Das Projekt wird durch die Europäische Union in dem Programm „EU4Health“
mit 12 Millionen Euro (ca. 560.000 Euro für den Standort Magdeburg)
gefördert.

Weitere Informationen unter https://www.togas.lu.lv/

Ein Projekt der Entwicklungszusammenarbeit in Ruanda weist deutlichen
Kühlungseffekt von weißen Dächern nach.

Wo es eh schon heiß ist, wird die Klimaerwärmung zu einem besonders großen
Problem: etwa in vielen Gebieten Afrikas. In Schulen oder Fabriken führt
Hitze dazu, dass die Menschen sich krank fühlen und schlecht konzentrieren
können. Klimaanlagen benötigen sehr viel Strom. Kühlsysteme sind weltweit
für fast zwanzig Prozent des Stromverbrauchs und zehn Prozent der
Treibhausgasemissionen verantwortlich – Tendenz steigend. Eine einfache,
aber äußerst wirkungsvolle Lösung präsentieren die Beteiligten eines
Kooperationsprojektes, in dem der Bundesverband für Großhandel,
Außenhandel und Dienstleistungen (BGA), die im Auftrag des
Bundesministeriums für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung
(BMZ) entsandten Business Scouts for Development der Agentur für
Wirtschaft und Entwicklung und die Physikalisch-Technische Bundesanstalt
(PTB) zusammenarbeiten: Werden Dächer weiß gestrichen, kann Hitze effektiv
nach oben reflektiert werden.

In dem Kooperationsprojekt hat der von der Deutschen Gesellschaft für
Internationale Zusammenarbeit (GIZ) beauftragte Malermeister Heiko Herzog
die Dächer von Schul- und Firmengebäuden in Ruanda mit drei
unterschiedlich formulierten Farben jeweils weiß beschichtet. Die
verwendeten Farben werden alle in den Einsatzländern hergestellt oder sind
dort problemlos verfügbar. Zudem können lokale Handwerksbetriebe die
Materialien dank ihrer Beschaffenheit gut verarbeiten. Während der ersten
Beschichtung hat der Malermeister bereits zehn lokale Berufsschülerinnen
und Berufsschüler geschult.

Die erste Reaktion von Ivan Shema, Fabrikeigentümer von Thousand Hills
Products in Ruanda, war positiv: „Die Beschichtung auf unserem Dach ist
wie Magie, es ist kühler im Inneren des Gebäudes, es ist schallisolierend
und das Dach ist nicht mehr undicht.“ All dies war durch eine mit
gemahlenem Altglas gefüllte, elastisch eingestellte und dickschichtig
aufgetragene Farbe eines ruandischen Herstellers erzielt worden.

Um den Kühlungseffekt dieser weißen Farben auf den Dächern von Gebäuden in
Ruanda quantitativ zu untersuchen, zeichneten Forschende der PTB, aus
Ruanda und aus Südafrika die Temperatur- und Feuchtedaten über einen
längeren Zeitraum, einschließlich verschiedener Jahreszeiten und längerer
Regenzeiten, vor und nach dem Streichen auf.

Die PTB-Forschenden sind mit den Kühlungseffekten sehr zufrieden: Die
Messungen, die auf den Mittelwerten der einzelnen Sensoren im Zeitraum von
Januar 2023 bis heute basieren, ergaben einen deutlichen Temperaturabfall
nach dem weißen Anstrich. Die in einem Fabrikgebäude tagsüber während der
wärmsten sechs Stunden beobachteten Temperaturen verringerten sich unter
dem Dach um 9,2 °C (gemittelt über 4 Monate) und im Innenraum um 2,3 °C.

Für die Arbeitsbedingungen ergibt sich ein doppelt positiver Effekt. Denn
nicht nur die tatsächliche Raumtemperatur ist hier entscheidend, sondern
auch die deutliche Verringerung der infraroten Wärmestrahlung von der
Raumdecke. Dies beeinflusst das subjektive Temperaturempfinden positiv.

PTB-Wissenschaftler Albert Adibekyan erklärt den Kühlungseffekt der weißen
Farben bei Sonnenschein: „Passive radiativ kühlende Materialien
ermöglichen es im Idealfall, selbst bei direkter Sonneneinstrahlung ohne
zusätzliche Klimatisierung Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur
zu erreichen. Sie verdanken dies ihren optischen Eigenschaften, die
Sonnenstrahlung sehr effektiv reflektieren und gleichzeitig Wärme durch
das Infrarot-Transparenzfenster der Erdatmosphäre ableiten.“ Am 7. August
2023 wurde beispielsweise eine Verbesserung von 20,4 °C unter dem Dach
erreicht: Während die Temperaturen unter dem ungestrichenen Schuldach 50,2
°C betrugen, zeigte das Thermometer unter dem gestrichenen Schuldach eine
Temperatur von 29,7 °C.

PTB-Fachbereichsleiter Christian Monte bestätigt den Erfolg von „Cool
White“: „Mit der Aufbringung von weißen Farben auf Dächern verbessern sich
die Bedingungen für Schülerinnen und Schüler oder Arbeiterinnen und
Arbeiter in Entwicklungs- und Schwellenländern entscheidend. Außerdem
schafft der entstehende Kühlungseffekt ein hohes Potenzial für
Energieeinsparungen, weil nicht notwendige Gebäudeklimatisierungen
wegfallen.“

Cool White ist auch Referenzprojekt des EU-Forschungskonsortiums
PaRaMetriC, das im Rahmen der European Partnership in Metrology (EPM)
gefördert wird. Darin entwickeln Forschende an europäischen
Metrologieinstituten (wie der PTB) neue Methoden, mit denen die Leistung
erneuerbarer Kühlmethoden vergleichend bewertet werden können. In diesem
Zusammenhang führen sie auch Alterungstests durch und berechnen
Energieeinsparungen, von denen wiederum das Projekt „Cool White“
unmittelbar profitiert. Beispiele sind Alterungstests an den gestrichenen
Gebäuden und Berechnungen, wie viel Energie sich durch die weißen Dächer
mittelfristig sparen lässt.

Im nächsten Schritt sollen noch mehr Personen beteiligt werden. Dazu
gehört auch die Entwicklung eines Ausbildungsprogramms für Fachkräfte aus
Entwicklungs- und Schwellenländern, um mit vor Ort erhältlicher Farbe
möglichst viele Dächer und Flächen weiß zu streichen.
(es/ptb)

Weitere Informationen zum Programm PaRaMetriC:
• auf den Seiten von Euramet, dem Zusammenschluss europäischer
Metrologieinstitute:
<https://www.euramet.org/research-innovation/search-research-
projects/details/project/metrological-framework-for-passive-radiative-
cooling-technologies>

• Homepage des Programmes PaRaMetriC: <https://parametric.inrim.it/home>

Der Nioghalvfjerdsfjorden-Gletscher – auch bekannt als 79°Nord-Gletscher –
fließt direkt in einen Fjord und bildet dort eine 80 km lange Zunge aus
schwimmendem Eis. In der Vergangenheit wurde die Gletscherzunge zwar kaum
kürzer, dafür aber dünner. Ein Studienteam des AWI kann nun erklären,
warum. Mithilfe eines Computermodells konnten sie zeigen, dass warmes
Wasser aus dem Atlantik in das Europäische Nordmeer und schließlich in die
Kaverne unter der Gletscherzunge strömt und das Eis dort von unten
schmilzt. Die neuen Erkenntnisse legen die Basis für genauere Prognosen
zur Zukunft des Eisschildes und zum weiteren Anstieg des globalen
Meeresspiegels als Folge der globalen Erwärmung.

Der gigantische Eisschild auf Grönland beinhaltet fast 3 Millionen
Kubikkilometer Wasser. Ein komplettes Abschmelzen dieser enormen Menge
hätte einen Anstieg des globalen Meeresspiegels um mehr als 7 Meter zur
Folge. Ein Teil des Eisschildes – der Nordostgrönländische Eisstrom –
speist zwei mächtige marine Auslassgletscher an der Küste: den
Nioghalvfjerdsfjorden-Gletscher (auch bekannt als 79NG) sowie den Zachariæ
Isstrøm (kurz ZI). Beide Gletscher fließen hier in die Grönlandsee und
bildeten noch vor zwanzig Jahren zwei gigantische schwimmende
Gletschereis-Zungen auf dem Küstenmeer. Doch während der ZI-Gletscher
seine schwimmende Zunge bereits in den 2010er Jahren verloren hat, schiebt
sich das Eis des 79NG auch heute noch auf einer Breite von 20 Kilometern
rund 80 Kilometer weit durch einen Fjord in Richtung Meer.

Warum ist diese heute größte schwimmende Eiszunge Grönlands – scheinbar –
so stabil? Und welche Faktoren bestimmen ihr weiteres Schicksal? „Die
Gletscherzunge des 79NG wird durch ihre Umgebung geschützt. Eine wichtige
Rolle spielt dabei die Topographie des Fjords und seines Meeresbodens
sowie einige Inseln an der Kalbungsfront, die wie Ankerpunkte wirken“,
erklärt Claudia Wekerle, physikalische Ozeanographin am Alfred-Wegener-
Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI). „Aus
vorangegangenen Studien wissen wir aber, dass das Eis etwa zwischen 1999
und 2014 rund 30 Prozent seiner Dicke verloren hat, weil sich – so die
Vermutungen – die Schmelzraten an der Unterseite durch warmes Wasser stark
erhöht haben.“ Für die Gletscherkaverne unter dem Eis gab es bisher jedoch
nur vereinzelte Punktmessungen der Strömung und der Ozeantemperatur in der
Kaverne unter dem Eis. „Mit unserem hochaufgelösten Ozeanmodell konnten
wir nun zum ersten Mal Aussagen über die Wasserströmungen in der Kaverne
treffen.“

Das Forschungsteam um Studienerstautorin Claudia Wekerle setzte dafür das
am AWI entwickelte Ozeanmodell FESOM2 (Finite-Element/volumE Sea ice-Ocean
Model) ein. Die Stärke von FESOM2: Es kann auch kleinere Meeresgebiete von
besonderem Interesse gezielt hoch auflösen und so realistischer darstellen
– in diesem Fall die Kaverne unter der 79NG-Eiszunge. Für ihre Ergebnisse
hat das Team die Auflösung des Models bis auf 700 Meter für die Kaverne
und die nähere Umgebung erhöht. „Zum Vergleich: Die Auflösung in unserem
hochaufgelösten Arktismodell beträgt 4,5 Kilometer und die typische
Auflösung von Ozeanmodellen liegt bei etwa 25 Kilometer oder noch gröber.“
Durch die hohe Auflösung kann FESOM2 die Topographie des Gletschers
korrekt wiedergeben. Das ist besonders für den Einstrom des warmen
Atlantikwassers wichtig, das durch einen etwa fünf Kilometer breiten
Graben in die Kaverne fließt.

„Mit unserem Modell konnten wir die Ursache für die hohen Schmelzraten an
der Unterseite der schwimmenden Gletscherzunge bestimmen“, sagt die AWI-
Forscherin. „Zwei Faktoren spielen dabei eine Rolle.“ Zum einen trat als
Folge der globalen Erwärmung in den letzten Dekaden vermehrt
Oberflächenschmelzwasser auf dem Grönländischen Eisschild auf, das durch
den Eispanzer sickert. Ein Teil dieses Süßwassers fließt zur Aufsetzlinie
des Gletschers – also dort, wo das Eis die Bodenberührung verliert und zu
schwimmen beginnt – und strömt als subglazialer Einstrom unter dem
Gletscher in die Kaverne. „Hier verstärkt es die Zirkulation des Wassers
innerhalb der Kaverne und erhöht somit den Kontakt zum Wasser und damit
das Schmelzen an der Eisunterseite.“ Zum anderen hat sich in den letzten
Dekaden die Temperatur in der Atlantikwasserschicht auf dem Nordost-
grönländischen Kontinentalschelf insgesamt erhöht. Dieses relativ warme
Wasser hat seinen Ursprung im Atlantik, strömt dann durch das
Nordpolarmeer, zirkuliert westwärts in der Framstraße und erreicht dann
den Nordost-grönländischen Kontinentalschelf und schließlich den 79NG.
Durch einen Graben an der Kalbungsfront fließt das relativ warme Wasser in
die Kaverne und schmilzt die Unterseite der Gletscherzunge. „Unsere Studie
hat ergeben, dass vor allem die höheren Ozeantemperaturen in der
Atlantikwasserschicht die Schmelzraten bestimmen und nicht so sehr der
erhöhte subglaziale Einstrom von Schmelzwasser.“

Dank dieser Erkenntnisse können die Forschenden nun den nächsten Schritt
machen: In weiteren Simulationen wollen sie die künftige Entwicklung des
79NG in verschiedenen Klimaszenarien prognostizieren. Klar ist dabei schon
jetzt: Verschwindet die Gletscherzunge ganz, hätte dies wohl auch
tiefgreifende Auswirkungen auf die Stabilität des dahinterliegenden
Festlandeises und die weiter steigenden Pegel der Ozeane. Denn schon heute
fließt der Nordostgrönländische Eisstrom an Land deutlich schneller in
Richtung Meer als noch vor einigen Jahren. Und dies – so zeigt es eine
Studie von 2022 – ist eine direkte Folge der verschwundenen Gletscherzunge
des Zachariæ Isstrøm südlich des 79NG. „Deshalb ist es für verlässliche
Zukunftsprognosen zum Meeresspiegelanstieg und zu anderen Folgen des
Klimawandels unabdingbar, den Grönländischen Eisschild als Ganzes und die
für seine weitere Entwicklung entscheidenden Kontaktregionen mit dem Ozean
im Detail im Blick zu behalten und genau zu verstehen“, sagt Claudia
Wekerle. „Und eine dieser Schlüsselregionen ist der 79°Nord Gletscher an
der Nordostküste der Insel.“