Forschung

Das Streben Österreichs, bis zum Jahr 2040 Klimaneutralität zu erreichen, ist ein ambitioniertes und entscheidendes Ziel, das eine umfassende und sektorübergreifende Transformation erfordert. Die Abfallwirtschaft spielt in diesem Zusammenhang eine zentrale Rolle, da sie sowohl Herausforderungen als Chancen für die Reduktion von Treibhausgasemissionen bietet. Die vorliegende F&E Dienstleistung zielt darauf ab, innovative Lösungen und Strategien zu entwickeln, um den Sektor der Abfallwirtschaft in Österreich, vor allem im Bereich der thermischen Behandlung von Siedlungsabfällen, in Richtung Klimaneutralität zu führen. Die Motivation für dieses Projekt liegt in der Erkenntnis, dass trotz fortschreitender Bemühungen um Abfallreduktion und Recycling, gewisse Emissionen, insbesondere aus Siedlungsabfallverbrennungsanlagen, unvermeidlich sind. Vereinfacht gesprochen werden etwa die Hälfte der CO2-Emissionen aus Siedlungsabfallverbrennungsanlagen (starken Schwankungen unterworfen und abhängig vom Inputmaterial) derzeit als klimawirksam betrachtet, da sie fossilen Ursprungs sind. Durch die Untersuchung effizienter Carbon Capture, Utilization and Storage (CCUS) Technologien für diesen Sektor, bietet das Projekt die Möglichkeit, einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen zu leisten. Ein weiterer Antrieb für das Projekt ist die Notwendigkeit, die ökonomischen und sozialen Auswirkungen dieser technologischen Veränderungen zu verstehen und zu gestalten. Es ist entscheidend, dass der Übergang zur Klimaneutralität in der Abfallwirtschaft nicht nur ökologisch, sondern auch sozial gerecht und ökonomisch tragfähig ist. Dies erfordert eine möglichst detaillierte Analyse der Kostenstrukturen, möglicher Finanzierungsmodelle und der Auswirkungen auf die Preisgestaltung in der Abfallwirtschaft. Darüber hinaus liegt ein Schwerpunkt auf der Untersuchung der Integration von CCUS-Technologien in das bestehende Energiesystem sowohl auf Anlagenebene wie auch in der bundesweiten Energiebereitstellung.

Zur Lösung von Problemen im Zusammenhang mit dem Klimawandel, wie z.B. Lebensmittel- oder Energieversorung und -nutzung, benötigen die moderne Materialwissenschaft und die Erforschung komplexer Systeme wie der Bodenkunde modernste Charakterisierungstechniken. Diese sind in der Regel nur in Großanlagen wie Synchrotrons mit begrenztem Zugang verfügbar, während eigentlich auf lokaler Ebene eine leicht zugängliche High-End-Forschungsinfrastruktur benötigt würde. Unser Ziel ist die Einrichtung eines einzigartigen Labors für die In-situ-Materialcharakterisierung mit der Möglichkeit der Ultrakleinwinkel-Röntgenstreuung (U-SAXS) und In-situ Versuchen im Rasterelektronenmikroskop (SEM). Damit wird es möglich sein, die Morphologie und die Eigenschaften komplexer Systeme wie biobasierte Verbundwerkstoffe und Bodenaggregate und -partikel vom Nanometer- bis in den Mikrometermaßstab ganzheitlich zu untersuchen und die Brucheigenschaften, sowie die Ermüdungsseigenschaften technischer Materialien bei sehr hohen Lastspielzahlen in-situ zu verfolgen. Ziel ist es, Charakterisierungstechniken aus einer hand zur Verfügung zu stellen, die sonst im Labor nicht möglich sind: In-situ Ermüdungstests im SEM, U-SAXS bis in den Mikrometer-Bereich. Dies wird es ermöglichen, die Ermüdungseigenschaften von nano-modifizierten Polymeren und Metallen sowie die Zusammensetzung, die Morphologie und das Verhalten von Böden zu untersuchen. Wir planen viele weitere Anwendungen auf dem Gebiet der Biomaterialien und biobasierten Materialien sowie in Medizin-bezogenen Forschungsbereichen. Das Labor wird im Rahmen einer Core Facility an der BOKU implementeiert, die auch eine eigene Dateninfrastruktur für eine offene Datenpolitik und automatisierte Auswertung u.A. mit AI beinhaltet.

Natürliche Holzbeschichtungen auf Basis von pflanzlichen Ölen und Wachsen erfüllen eine wichtige Funktion bei hochwertigen Möbeln und Fußböden. Während sie für eine angenehme Optik und natürliche Haptik der Holzoberflächen sorgen, sind der Schutz vor Flüssigkeiten, vor allem Wasser, und die mechanische Stabilität oft nicht zufriedenstellend. Inspiriert von den wasserabweisenden Eigenschaften des natürlichen Lotusblatts schlagen wir einen neuen Ansatz für biobasierte Holzbeschichtungen vor, der die vorteilhafte Wirkung von natürlichem Wachs mit der mechanischen Festigkeit von Zellulose-Nanokristallen kombiniert. Wir stellen die Hypothese auf, dass mikrometergroße Wachspartikel, die mit hydrophobierten Cellulose-Nanokristallen beschichtet sind, in einem Verfahren auf Emulsionsbasis hergestellt werden können. Weiters schlagen wir vor, dass nach dem Auftragen auf eine Holzoberfläche, entweder in Kombination mit einem natürlichen Öl oder alternativ als eigenständige Lösung, die mikroskalige Textur der Wachspartikel in Kombination mit der nanoskaligen Textur der hydrophoben Zellulose-Nanokristalle der Oberfläche stark wasserabweisende Eigenschaften verleiht. Es wird davon ausgegangen, dass das Vorhandensein von Cellulose-Nanokristallen auch die mechanische Widerstandsfähigkeit des Beschichtungssystems erheblich verbessern wird. Insgesamt zielt das vorgeschlagene Projekt also auf signifikante wissenschaftliche Neuheit bei biobasierten Holzbeschichtungen ab, während gleichzeitig eine klare Vision für eine mögliche Anwendung in Betracht gezogen wird.