Forschung

Der Schwerpunkt 'Energiesysteme' forscht an der Transformation des Energiesystems hin zur ausschließlichen Nutzung erneuerbarer, aus menschlicher Perspektive unerschöpflicher Ressourcen. Forschungsgegenstand sind Methoden und Verfahren dieser Transformation sowie die Systemanalyse in allen energietechnischen Anwendungsbereichen. Dabei geht es um die Umwandlung erneuerbarer Ressourcen in nutzbare Endenergieträger, deren Speicherung und Verteilung sowie deren effiziente Anwendung in Industrie, Gewerbe, Handel, Dienstleistung, privaten Haushalten und Verkehr.

Dies umfasst die Erforschung und Weiterentwicklung von Produkten und Komponenten des Energiesystems, hin zu höherer Effizienz sowie geringerem Ressourceneinsatz über ihren kompletten Lebenszyklus. Eine ebenso wichtige Rolle spielen der optimierte Einsatz von Ressourcen und Technologien in lokalen und überregionalen Energiesystemen sowie bei gekoppelten Energiesystemen, sowohl im Rahmen konzeptioneller Planungen als auch im realen Betrieb. Dabei adressiert der Themenbereich auch Veränderungen in Ressourcenverfügbarkeit und Bedarf sowie wichtige Schnittstellen zu anderen Wissensdisziplinen mit hohen Synergieeffekten wie dem energiesparenden Bauen, dem Klimaschutz, rechtlichen Fragestellungen oder Fragen der sozialen Akzeptanz und institutionellen Rahmenbedingungen. Besonders hervorzuheben sind hier Methoden der numerischen Optimierung und der künstlichen Intelligenz bzw. des Machine Learnings.

Sprecher des Forschungsschwerpunktes: Prof. Dr. Mario Adam, HS Düsseldorf

Der Forschungsschwerpunkt 'Materialien und Grenzflächen' ordnet sich in die klassischen Natur- und Ingenieurwissenschaften ein. Unter Ressourcen werden hierbei insbesondere materielle Güter verstanden, welche als Rohstoffe und/oder Energie eingesetzt werden können. Im Bereich 'Grenzflächen' werden insbesondere Phänomene adressiert, welche an der Berührungsfläche zwischen zwei Phasen ablaufen. Unter Grenzflächen werden hierbei sowohl Festkörper-Grenzflächen als auch fluide und/oder gasförmige Grenzflächen ('Oberflächen') verstanden.

Insbesondere handelt es sich im Forschungsschwerpunkt 'Materialien und Grenzflächen' um die nachfolgend aufgelisteten Forschungsthemenfelder:

1. Ressourcenschonung
   Die Ressourcenschonung wird als Ziel bei der Erforschung neuer und der Optimierung bereits bekannter Materialien adressiert
2. Materialforschung
   In der Materialforschung sollen Lösungen zu aktuellen Fragestellungen moderner Materialien gefunden werden. Beispiele hierfür sind u. a. das Zusammenspiel von Material und Form sowie Lösungsansätze für die Mikroplastik-Problematik.
3. Materialentwicklung
   Die Materialentwicklung beschäftigt sich u.a. mit der Herstellung neuartiger Materialien auf Basis fossiler und nachwachsender Rohstoffe, sowie mit technischen Biopolymeren als Ersatz für erdölbasierte Materialien, mit textilen Materialien, ressourcenschonenden Textilfarbstoffen, Materialien für den 3D-Druck sowie nachhaltigen Materialien für Hightech-Anwendungen.
4. Stoffliche Energieforschung
   In der Energieforschung werden Materialien für die Energieumwandlung, Energiespeicherung und den Energietransport beforscht, z.B. für Elektrokatalysatoren, poröse Speichermaterialien, Elektrodensysteme, Brennstoffzellen und die Solarenergie.

Sprecher des Forschungsschwerpunktes: Prof. Dr. Jörg Meyer, HS Hamm-Lippstadt

Intakte Ökosysteme und stabile gesellschaftliche Verhältnisse sind die Voraussetzung für eine nachhaltige Bereitstellung und Nutzung natürlicher Ressourcen und eine hohe Resilienz des sozial-ökologischen Systems. Die Übernutzung und Zerstörung von Ökosystemen und natürlichen Ressourcen, eskalierende gesellschaftliche und geopolitische Konflikte oder unkontrollierte technologische Entwicklungen besitzen das Potenzial, die dauerhafte Bereitstellung einiger dieser Ressourcen in Zukunft zu beeinträchtigen und dadurch den Wohlstand, die Gesundheit oder die Funktionsfähigkeit der technischen und sozialen Infrastruktur und damit die Lebensgrundlagen moderner menschlicher Gesellschaften zu gefährden.

Der Forschungsschwerpunkt adressiert Fragestellungen in einer Vielzahl sozial-ökologischer und technischer Teilsysteme, wie dem Ernährungssystem, dem Energiesystem, dem Wasserversorgungssystem, den systemrelevanten kritischen Infrastrukturen und den Ökosystemen, und untersucht Verbindungen zwischen diesen Teilsystemen. Die in diesem Forschungsbereich gebündelte anwendungsorientierte Forschung soll Antworten darauf liefern, wie Produzent*innen, verarbeitende Unternehmen, Konsument*innen, staatliche und nichtstaatliche Organisationen und Akteur*innen der Zivilgesellschaft in modernen Gesellschaften in Zukunft die Bereitstellung der für die Befriedigung der vielfältigen menschlichen Bedürfnisse nötigen natürlichen und technischen Ressourcen und Ökosysteme sichern können.

Sprecher*innen des Forschungsschwerpunktes: Prof. Dr. Alexander Fekete, TH Köln und Prof. Dr. Wiltrud Terlau, HS Bonn-Rhein-Sieg

Das Konzept der zirkulären Wertschöpfung basiert auf einer nachhaltigen, innovationsgetriebenen Wirtschaftsweise, die anthropogene Materialströme und technische Materialkreisläufe neu definiert und perspektivisch zu einer Entkopplung des Wirtschaftswachstums von der Rohstoffentnahme führt. Der Grundgedanke ist ein nutzwerterhaltender Produkt- und Produktionsansatz. Durch die Wieder- und Weiterverwendung von Produkten und/oder Materialien in neuen Produkten, Verfahren, Geschäfts- und Betreiber*innenmodellen wird die Werterhaltung der eingesetzten und veredelten Stoff- und Materialströme maximiert. Die erforderliche Energie und die notwendige Rohstoffentnahme werden minimiert.

Insbesondere für NRW besteht durch die vorhandenen Industriestrukturen ein überproportionaler Wissens- und Forschungsbedarf. Dies ist bedingt durch das umfangreich vorhandene produzierende Gewerbe mit hoher Rohstoffabhängigkeit: die ansässigen Wirtschaftszweige der Chemie-, Textil- und Möbelindustrie sowie des Maschinen- und Anlagenbaus und insbesondere eine kleinteilige, stark inhabergeführte Unternehmensstruktur mit hoher Flexibilität.

Sprecherin des Forschungsschwerpunktes: Prof. Dr. Margit Schulze, HS Bonn-Rhein-Sieg