Strategische Materialien

Wiederverwendbare Bausysteme wie modulare Wandelemente bieten ein großes Potenzial für die Kreislaufwirtschaft, allerdings nur, wenn sie für die Demontage konzipiert und in praktikable Rücknahmemodelle eingebettet sind. Trotz des wachsenden regulatorischen Drucks und der Nachhaltigkeitsziele kehren viele Produkte am Ende ihres Lebenszyklus noch immer nicht zum Hersteller oder in die Wertschöpfungskette zurück. Die zentrale Herausforderung besteht darin, die Wiederverwendung durch intelligentes Produktdesign, Reverse-Logistik und innovative Geschäftsmodelle zu ermöglichen.

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Herangehensweise:

Produktneugestaltung für die Kreislaufwirtschaft: Das modulare Wandsystem wurde umgestaltet, um eine einfache Demontage und Materialtrennung zu ermöglichen. Komponenten wie Gipsplatten, Profile und Dämmschichten wurden so angepasst, dass sie ohne Leistungseinbußen wiederverwendet oder recycelt werden können.

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Rückwärtslogistik und Kartierung des Ökosystems: Es wurde ein Rahmenwerk für die Rückwärtslogistik entwickelt, das eine Bestandsaufnahme der Interessengruppen in den Bereichen Logistik, Lagerhaltung und Wiederaufbereitung umfasst. Hindernisse wie fehlende Anreize und zersplitterte Zuständigkeiten wurden identifiziert und durch die Gestaltung eines Ökosystems angegangen

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Innovation von Geschäftsmodellen: Es wurden mehrere kreislauforientierte Geschäftsmodelle bewertet, die von Pfandsystemen und Rückkaufprogrammen bis hin zu Programmen mit Rückgabe gegen Gegenleistung reichen. Diese Modelle wurden auf ihre wirtschaftliche Tragfähigkeit und die Akzeptanz der Interessengruppen geprüft und bilden die Grundlage für eine skalierbare Umsetzung

Das Recycling von Verbundwerkstoffen wie Sicherheitsglas, das in der Automobilindustrie und in der Architektur verwendet wird, ist aufgrund ihrer komplexen, mehrschichtigen Struktur mit erheblichen Herausforderungen verbunden. Diese Systeme kombinieren häufig Glas mit polymeren Zwischenschichten (z. B. PVB, EVA), metallischen Beschichtungen und Klebstoffen, die eine effiziente Trennung und Rückgewinnung erschweren. Trotz des zunehmenden Drucks durch Vorschriften und Nachhaltigkeitsziele landen die meisten Verbundmaterialien immer noch in minderwertigen Anwendungen oder auf der Mülldeponie. Die zentrale Herausforderung besteht darin, eine hochwertige Materialrückgewinnung zu ermöglichen und gleichzeitig technische, wirtschaftliche und logistische Hindernisse zu überwinden.

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Herangehensweise:

Technologie-Scouting & Bewertung: Es wurde eine breite Palette von Recyclingtechnologien bewertet, darunter mechanische, chemische und laserbasierte Trennverfahren. Technologien wie die kryogene Trennung, die selektive Laserablation und die mechanisch-chemische Behandlung wurden im Hinblick auf ihre Fähigkeit bewertet, Glas von Polymerzwischenlagen und Beschichtungen zu trennen.

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Material- und Prozessanalyse: Die Wiederverwertbarkeit von Zwischenschichtmaterialien wie PVB und EVA wurde analysiert. Während das Recycling von PVB technisch machbar ist, erfüllt es häufig nicht die optischen Qualitätsstandards für die Wiederverwendung in Verbundglas. Für EVA gibt es derzeit keine ausgereiften Recyclinglösungen, obwohl die Leistung vielversprechend ist.

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Design für Recycling und Identifizierungstechnologien: Um die künftige Recyclingfähigkeit zu ermöglichen, wurden im Rahmen des Projekts Designanpassungen und Identifizierungstechnologien für Zwischenschichtmaterialien untersucht. Dazu gehört die Entwicklung von Sortiersystemen und Kennzeichnungsstrategien zur Unterscheidung der Materialtypen während der End-of-Life-Verarbeitung.

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Einbindung von Interessenvertretern und Kartierung der Wertschöpfungskette: Interviews mit Recyclern, Materiallieferanten und Technologieanbietern halfen bei der Ermittlung von Engpässen und Chancen in der gesamten Wertschöpfungskette. Es wurde eine Roadmap entwickelt, die als Leitfaden für die künftige Zusammenarbeit und Innovationsbemühungen dient

Der industrielle Sensorensektor sieht sich aufgrund der bevorstehenden PFAS-Beschränkungen einem zunehmenden Druck ausgesetzt. Diese betreffen Materialien wie PTFE, PVDF und PEEK, die üblicherweise für Korrosionsbeständigkeit und Signalübertragung verwendet werden. Diese Vorschriften stellen für Hersteller, die auf PFAS-basierte Komponenten angewiesen sind, eine große Herausforderung dar. Das Kernproblem ist die Suche nach praktikablen Materialalternativen, die die anspruchsvollen technischen Anforderungen erfüllen und gleichzeitig die Leistung und die Einhaltung der Vorschriften gewährleisten.

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Herangehensweise:

Materialscreening und Technologie-Scouting: PFAS-freie Alternativen wurden durch systematisches Scouting identifiziert. Kandidaten wie PPS, TPI und Polyetherimide wurden auf der Grundlage ihrer dielektrischen Eigenschaften, chemischen Beständigkeit und Verarbeitbarkeit bewertet.

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Regulatorische und wirtschaftliche Assessment: Jedes Material wurde im Hinblick auf die Einhaltung von Vorschriften (z. B. REACH), die technologische Eignung und die Kostenstruktur bewertet, um die technische und wirtschaftliche Tragfähigkeit sicherzustellen.

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Designanpassung und Produktstrategie: Es wurden Designänderungen untersucht, um alternative Materialien zu integrieren, ohne die Funktionalität zu beeinträchtigen. Strategische Empfehlungen unterstützten die zukünftige Produktentwicklung unter PFAS-Beschränkungen.

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Einbeziehung von Interessengruppen: Expertenbefragungen und Dialoge mit Lieferanten halfen bei der Validierung der Materialauswahl und beim Aufbau einer Wissensbasis für die laufenden Substitutionsbemühungen.

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Die Telekommunikationsbranche sieht sich einem wachsenden Druck ausgesetzt, ihren ökologischen Fußabdruck zu verringern und zu kreislauffähigen Produktsystemen überzugehen. Elektronische Geräte wie Router enthalten wertvolle Komponenten wie Prozessoren, Speicherchips und Anschlüsse, die oft weggeworfen werden, obwohl sie noch funktionsfähig sind. In diesem Projekt wurde untersucht, wie Urban Mining und Circular Design durch die Wiederverwendung von Komponenten aus ausrangierten Smartphones in neuen Telekommunikationsgeräten neue Werte erschließen können. Die zentrale Herausforderung bestand darin, skalierbare Systeme für die Rückgewinnung, Wiederverwendung und Integration von Komponenten in neue Produkte zu entwickeln und dabei die Leistung und Konformität zu gewährleisten.

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Herangehensweise:

Wiederverwendung von Bauteilen und Produktneugestaltung: Ein DSL-Router-Prototyp wurde unter Verwendung wiederverwendeter Komponenten aus alten Smartphones entwickelt, darunter Hauptplatinen, Prozessoren und Anschlüsse. Das Design folgte einem modularen Ansatz, um die Integration von Second-Life-Elektronik ohne Beeinträchtigung der Funktionalität zu ermöglichen.

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Zirkuläres Versorgungsmodell: Anstelle des traditionellen Recyclings konzentrierte sich das Projekt auf die gezielte Rückgewinnung funktionaler Komponenten, eine Urban Mining-Strategie, die hochwertige Materialien im Kreislauf hält. Dieser Ansatz reduzierte den Rohstoffverbrauch um 30 % und senkte die CO₂-Emissionen um bis zu 50 % im Vergleich zu herkömmlichen Routern.

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Branchenübergreifende Zusammenarbeit: Die Initiative brachte Partner aus den Bereichen Elektronik, Telekommunikation und Nachhaltigkeit zusammen, um den Prototyp und den Fahrplan gemeinsam zu entwickeln. Dieses Kooperationsmodell ermöglichte ein schnelles Prototyping und einen fachübergreifenden Wissensaustausch.

Der technologische Fortschritt wird zunehmend durch fortschrittliche Werkstoffe vorangetrieben, die von leichten Verbundwerkstoffen und nanostrukturierten Beschichtungen bis hin zu intelligenten Polymeren und Hochleistungskeramiken reichen. Diese Werkstoffe bieten neue Funktionalitäten in Branchen wie Automobilbau, Luft- und Raumfahrt, Energie und Gesundheitswesen. Die zentrale Herausforderung besteht darin, relevante Entwicklungen frühzeitig zu erkennen, ihre industrielle Anwendbarkeit zu bewerten und sie in strategische Innovationsfahrpläne umzusetzen.

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Herangehensweise:

Trend Scouting & Material Mapping: Mit Hilfe eines "Material Performance Tree" wurde ein strukturierter Überblick über aufkommende Materialtrends entwickelt. Dazu gehörte eine Segmentierung nach Materialtyp (z. B. Polymere, Metalle, Keramik) und Funktion (z. B. Wärmeleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Leichtbau).

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Expertenlandschaft und technologische Bereitschaft: Einschlägige Forschungseinrichtungen und industrielle Entwickler wurden ermittelt. Ausgewählte Materialien wurden im Hinblick auf Verarbeitbarkeit, Kostenstruktur, Innovationspotenzial und Technologiereife bewertet.

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Anwendungsanalyse und Roadmap-Entwicklung: Für jedes Material wurden Anwendungsfälle abgeleitet, einschließlich Kosten-Nutzen-Bewertungen und branchenspezifische Anwendungsszenarien. Strategische Roadmaps wurden erstellt, um die Implementierung und interne Entscheidungsfindung zu unterstützen.

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Konsortialbasierter Wissensaustausch: Das Projekt wurde als branchenübergreifendes Konsortium mit über 15 Partnern durchgeführt, was einen interdisziplinären Austausch und eine gemeinsame Priorisierung von Schwerpunktbereichen ermöglichte. Alle Teilnehmer erhielten Zugang zu einer gemeinsamen Wissensbasis und langfristige Nutzungsrechte für die Ergebnisse.