Shortlist 2013

SuMeWa|SYSTEM ermöglicht die dezentrale Bereitstellung von Trinkwasser in entlegenen Regionen ohne Zugang zur Stromversorgung (Off-Grid). Kern der Innovation ist die Mess- und Regelungstechnik für die Desinfektion mit Hilfe der im Wasser vorhandenen Chlorid-Ionen. Das Funktionsprinzip ist einfach und robust und sichert die mikrobiologische Unbedenklichkeit des Trinkwassers – das oberste Ziel jeder Trinkwasseraufbereitung. Die für den Elektrolyseprozess benötigte Energie wird durch eine Photovoltaik-Anlage bereit gestellt. Das System wird fernüberwacht und kann mit einfachsten Mitteln wie etwa Zitronensäure und einer Zahnbürste gereinigt und gewartet werden. Das entwickelte System wird derzeit in acht Ländern eingesetzt. In Gambia, Ghana, Indien, Brasilien, Thailand, Indonesien, Laos und Pakistan werden über ein solches System bereits etwa 8.000 Menschen mit Trinkwasser versorgt. Dabei werden lokale Arbeitskräfte vor Ort im Vertrieb, der Planung, dem Bau und den Betrieb der Anlagen ausgebildet und eingesetzt. Die notwendigen Komponenten werden nach Möglichkeit/Verfügbarkeit von lokalen Herstellern bezogen. 

Das weltweit einmalige Verfahren nutzt für die Herstellung von Polyolen CO2 aus Kraftwerksabgasen als teilweisen Ersatz für Erdöl-basierte Rohmaterialien. Polyol ist neben Isocyanat ein Vorprodukt für die Herstellung von Polyurethan (PUR). Polyurethane sind hochwertige Kunststoffe. Die Technologie schafft die Möglichkeit, das bei der Verbrennung frei werdende CO2 zu recyceln und chemisch in Kunststoffe einzubauen, anstatt es in die Atmosphäre zu entlassen. Die Bayer MaterialScience AG hat mit den Planungen zum Bau einer ersten kommerziellen Anlage am Standort Dormagen begonnen, die ab dem Jahr 2015 einige tausend Tonnen Rohmaterialien für Weichschäume für Matratzen und Möbel produzieren soll. Weltweit werden 2,5 Millionen Tonnen Polyole für den PUR-Weichschaummarkt produziert. Durch die Nutzung von rückgewonnenem CO2 könnten bei Industrie-weiter Verbreitung der Technologie potentiell die Emissionen von etwa einer Million Tonnen CO2 pro Jahr vermieden werden. Gleichzeitig könnte diese Anwendung jährlich 0,5 Millionen Tonnen CO2 aus Abgasen aufnehmen. Der teilweise Ersatz von Polypropylenoxid aus wiederverwertetem CO2 schont die natürlichen Ressourcen von Erdgas und Erdöl.

Die Chlor-Alkali-Elektrolyse ist das weltweit in großem Stil genutzte Standardverfahren, um aus wässriger Lösung von Kochsalz (Natriumchlorid) durch Elektrolyse Chlor, Natronlauge und Wasserstoff herzustellen. Die Bayer MaterialScience AG hat zusammen mit der ThyssenKrupp Uhde GmbH die Sauerstoffverzehrkathoden (SVK)-Technologie für die Chlor-Alkali-Elektrolyse nutzbar gemacht. Dabei wird die negative Elektrode als Sauerstoffverzehrkathode ausgeführt. Sie erlaubt es, Sauerstoff − ähnlich wie bei der Brennstoffzelle − in einer kontrollierten Reaktion mit Elektronen in Gegenwart von Wasser und Natriumionen zu Natronlauge umzusetzen. Durch den Einsatz der  Sauerstoffverzehrkathode wird die Wasserstoffbildung unterdrückt, wodurch  die Zellenspannung von ca. drei Volt auf etwa zwei Volt und der Verbrauch an elektrischer Energie um etwa 30 Prozent auf ca. 1.600 Kilowattstunden pro Tonne Chlor abnimmt. Nach zwei Jahren störungsfreiem Betrieb der Demonstrations-Anlage mit einer Kapazität von 20.000 Tonnen Chlor pro Jahr am  Standort Krefeld-Uerdingen der Bayer MaterialScience AG wurde die Vermarktung der SVK-Elektrolysetechnologie von Bayer MaterialScience AG und ThyssenKrupp Uhde GmbH gemeinschaftlich im Juni 2013 gestartet.  Weltweit werden jährlich etwa 70 Millionen Tonnen der vielfältig genutzten Grundchemikalie Chlor hergestellt. Dafür werden etwa 210 Terawattstunden pro Jahr Strom eingesetzt. Das entspricht dem Stromverbrauch der gesamten Industrie in Deutschland. Die gesteigerte Energieeffizienz der Sauerstoffverzehrkathode könnte potentiell den Verbrauch von etwa 63 Terawattstunden pro Jahr an Strom vermeiden, was die CO2-Emissionen um etwa 30 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr vermindern würde. 

Die Daimler AG und die Maschinenfabrik Heller haben ein weltweit neuartiges, patentiertes Verfahren zur Beschichtung der Zylinderlaufflächen von Aluminium-Kurbelgehäusen bis zur Serienreife entwickelt, das die schweren Grauguss-Laufbuchsen ersetzt. Dabei wird mit Hilfe des Lichtbogendrahtspritzens (LDS) eine 0,1 bis 0,15 Millimeter dicke Gleitschicht auf die Aluminium-Zylinderinnenwand aufgebracht. Bei der rotierenden Innenbeschichtung mittels LDS wird zwischen zwei Drähten aus einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung ein elektrischer Lichtbogen gezündet. Die entstehenden flüssigen Metalltröpfchen werden mit einem Stickstoffstrom zerstäubt, auf die Zylinderwand gelenkt und erstarren dort rasch zu einem ulftrafeinen bis nanokristallinen Gefüge. Die entstehende „NANOSLIDE“-Schicht hat im Endzustand eine „spiegelglatte“ und mikroporöse Oberfläche und dadurch ausgezeichnete gleitende und zudem verschleissbeständige Eigenschaften. NANOSLIDE verringert die Reibungsverluste der Kolben-Laufbahngruppe um bis zu 50 Prozent. Dies reduziert den Kraftstoffverbrauch bei Pkw mit Otto- und Dieselmotoren um mindestens 2,5 Prozent. Weltweit könnten damit potentiell die Emissionen von 12,5 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr vermieden werden. Die LDS-Beschichtungstechnologie ist dabei extrem wirtschaftlich und energieeffizient im Vergleich zu anderen Laufbahntechnologien. 

Die DeVeTec GmbH hat eine kompakte Organic Rankine Cycle (ORC)-Anlage für die Stromerzeugung aus Abwärme entwickelt. Dabei wird ein Hubkolbenmotor zur Expansion des Arbeitsmediums genutzt. Der Hubkolbenmotor lässt sich schwankenden Abwärmeströmen und -temperaturen ideal anpassen. Durch die sehr großen Druckdifferenzen des Hubkolbenmotors lassen sich besonders hohe Wirkungsgrade erzielen. Die ORC-Anlage wird vormontiert als kompakte Containereinheit geliefert. Zurzeit sind drei Testanlagen bei verschiedenen Unternehmen in Betrieb, eine vierte Testanlage wird Anfang 2014 in Betrieb genommen. Eine erste kommerzielle Anlage wurde für die Abwärmerückgewinnung an  Haubenglühöfen in einem Walzwerk geordert. Der ORC-Technologie kommt für die deutsche Energiewende eine wesentliche Bedeutung zu, um einen Teil des großen Abwärmepotentials von Industrie und Gewerbe für die Elektrizitätserzeugung zu nutzen. Das Potential in Deutschland wird auf fünf bis sechs Gigawatt elektrischer Leistung geschätzt. Weltweit könnten mit der ORC-Technik die Emissionen von etwa 200 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr vermieden werden.

Eisenmann hat eine kompakte, modulare Anlage bis zur Marktreife entwickelt, die durch Membranfiltration Biogas zu Biomethan in Erdgasqualität aufbereitet. Biogas enthält etwa 55 Prozent Methan, der Rest besteht überwiegend aus CO2. Für die Abtrennung von Methan wird eine hochselektive Hohlfasermembran eingesetzt, die von Evonik geliefert wird. Nach der Vorbehandlung des Rohbiogases wird in einer dreistufigen Membranfiltration der Methangehalt auf über 98 Prozent angereichert. Die unerwünschten Begleitgase werden an die Umgebung abgegeben. Das Aufbereitungsverfahren arbeitet abwasser- und abfallfrei. Die Anlage wird vormontiert und nach Werksinbetriebnahme im Container geliefert. Die Biogasaufbereitung bietet die Möglichkeit das Gas in das Erdgasnetz einzuspeisen und an einer anderen Stelle über eine hocheffiziente Kraft-Wärmekopplung mit hoher Wärmenutzung noch effektiver zu verwerten, als es bei mehr als der Hälfte der deutschen Biogasanlagen− die ohne Wärmenutzung betrieben werden − der Fall ist. Eine weitere Einsatzmöglichkeit bietet die Nutzung von Biomethan als Treibstoff. Bereits seit Januar 2013 läuft eine Biogasaufbereitungsanlage von Eisenmann in der Schweiz. Weitere Anlagen befinden sich in der Projektierung.

Die Evonik Fibres GmbH,  eine 100-prozentige Tochter der  Evonik Industries AG, hat eine Hohlfasermembran zur kosten- und energieeffizienten Trennung von Kohlendioxid und Methan entwickelt. Die neue Gasseparationsmembran unter dem Markennamen „SEPURAN^® Green“ zeigt eine hohe Selektivität und Standzeit. Sie ist insbesondere für die Reinigung von Biogas geeignet.  Das Biogas wird vorbehandelt, bevor es auf die Membran aufbeschlagen wird. Dazu wird es zunächst mit Aktivkohle von Spurenstoffen wie Siloxanen, Aminen und anderen gereinigt. Anschließend wird eine Seite der Membran mit Biogas bei einem Druck von zehn bis 20 bar beaufschlagt, wobei CO2 und Wasser schnell durch die Membran wandern. Auf der anderen Seite, der Hochdruckseite, sammelt sich das langsamere Methan. Mit einem Reinheitsgrad von bis zu 99 Prozent kann das Rohmethan dann direkt in das Erdgasnetz eingespeist werden. Die Kosten zur Herstellung von Bio-Methan aus Biogas sind geringer als die der Druckwasserwäsche, die z.B. einen hohen Wasserverbrauch aufweist. Ein weiterer Vorteil der Evonik „SEPURAN^® Green“-Technologie liegt im modularen Aufbau der Membranreinigung, mit dem sich auch kleinere Anlagen realisieren lassen. Die Membran wird an Vertragspartner aus dem Anlagenbau geliefert.

Bisher konnte Kunststoff aus der „Gelben Tonne“ meist nur einmalig wiederverwertet werden und zwar für Anwendungen mit geringem Qualitätsanspruch. Das neue recycled-resource^®-Verfahren der Interseroh Dienstleistungs GmbH macht es möglich, Kunststoff aus der „Gelben Tonne“ mehrfach wiederzuverwenden.  Dazu werden verschiedene Kunststoffarten aus der Wertstoffsammlung zunächst sortiert und gereinigt. Anschließend erfolgt die Herstellung von procyclen^®, einem neuwertigen Recycling-Rohstoff. Bei der Herstellung können Eigenschaften wie Farbe, Fließfähigkeit, Schlagzähigkeit, Steifigkeit, UV- und Hitzebeständigkeit an spezifische Kundenwünsche angepasst werden. Bisher wurden aus procyclen^® zum Beispiel Obst- und Gemüsekisten, Produktverpackungen, Reinigungsmittelflaschen, Haushaltsprodukte sowie Maler- und Lackierzubehör produziert. Pro Tonne hergestellten Kunststoffs können mit diesem Verfahren etwa 500 Kilogramm CO2-Äquivalente eingespart werden. Würden alle 18 Millionen Tonnen Kunststoffabfall, die jährlich in der EU anfallen und sich für das Verfahren eignen, mittels des  „recycled-resource^®“ Verfahrens einem geschlossenen Wertstoffkreislauf zugeführt, könnten 8,9 Millionen Tonnen CO2-Äquivalente eingespart werden. Die Verwendung von „procyclen^®“  statt Primärkunststoff zur Herstellung eines konkreten Produkts vermeidet etwa 30 Prozent Treibhausgasemissionen.

Die Kernidee der eingereichten Dienstleistungsinnovation ist es, Thermographieaufnahmen von Häusern aus der Luft so aufzubereiten, dass jeder Hauseigentümer ein Thermalbild seines Gebäudedaches kostenfrei in Kombination mit einem personalisierten Anschreiben und in direkter Verbindung mit weiteren individuellen Beratungsangeboten erhält.  So wurden im Januar 2013 im Ort Rheinbach 8.500 individuelle Anschreiben verschickt, bei denen die Thermalluftbilder mit weiteren raumbezogenen Daten (Hausumrisse des digitalen Liegenschaftskatasters, Adressen der Hauseigentümer usw.) verknüpft worden. Das kostenfreie Beratungsangebot der Bürger reichte von einer eigens eingerichteten Webseite, über Informationsveranstaltungen im Technologiezentrum Rheinbach bis hin zu individuellen Erstberatungen, in denen sich Interessierte über die Möglichkeiten der Gebäudesanierung und den Einsatz von Fördermöglichkeiten informieren konnten. Die RWE AG fand die Projektidee so überzeugend, dass sie ähnliche Projekte in Arnsberg und Essen durchführen will.

Vor der Abfüllung von kohlensäurehaltigen Getränken wie Bier, Limonade, Mineralwasser und sauerstoffempfindlichen Getränken wie Wein und Säften wird die Flasche mit CO2 gespült. Dieses CO2 wird beim Füllvorgang in die Umgebung abgegeben. Die Leibinger GmbH hat nun eine weltweit neuartige, revolutionäre Fülltechnik entwickelt, die ohne CO2 -Spülung auskommt. Bei dieser Balloon-Style-Filling-Technologie wird nach dem Anpressen der Flasche an das Füllventil ein Dorn eingeführt, der von einem elastischen Kunststoffballon umhüllt ist. Der Ballon wird mit Druckluft aufgeblasen, schmiegt sich vollständig an die Flascheninnenwand an und verdrängt 99 Prozent der vorhandenen Luft. In die so evakuierte Flasche wird über das Füllventil zwischen Ballon und Flasche das Produkt eingefüllt. Beim Befüllen kollabiert der aufgeblasene Ballon sukzessive und wird am Ende aus der Flasche gezogen. Die neue Abfülltechnik ist zwei- bis viermal schneller als die konventionelle. Der Investitionsaufwand und die Betriebsmittelkosten unterscheiden sich kaum, die Stromkosten sind 15 Prozent niedriger. Weltweit dürften sich durch die neue Technik die Emissionen von einigen Millionen Tonnen CO2 vermeiden lassen.

Die PerfoamPack Folie ist eine Verpackungsfolie, bei der in der Mitte eine Schicht der Folie geschäumt wird und damit insgesamt eine dünne, aber steife Folie erzeugt werden kann. Hierbei wird erstmalig eine Folienschäum-Technologie mit der Blasextrusion von flexiblen Folien verbunden. Bei dem Verfahren werden mittels eines physikalischen, kontrollierten Schäumungsprozesses mit neutralen Gasen wie zum Beispiel Stickstoff oder Kohlendioxid sehr dünne, mehrschichtige Blasfolien hergestellt, die im Einsatz bei Verpackungen das Gewicht der Folien um bis zu 40 Prozent reduzieren, ohne dabei die Folienstärke und die Gesamtsteifigkeit zu verringern. Das Potential der Technologie ist groß: Geht man davon aus, dass die Verpackungsfolien in Deutschland (circa 1,7 Millionen Tonnen) zu 10 Prozent durch Norcell mit einer mittleren Gewichtsreduzierung von 25 Prozent ersetzt werden können, könnte man alleine in Deutschland etwa 42.500 Tonnen Rohstoff einsparen.

Das OSRAM Off-Grid-Beleuchtungskonzept sieht den Aufbau zentraler Lade- und Verleih-Stationen, sogenannter O-Hubs^™, vor. Diese Stationen werden mittels Photovoltaik-Anlagen mit Strom versorgt und bieten eine Reihe von Dienstleistungen rund um Licht-, Energie- und Wasserversorgung für netzferne Gebiete in Entwicklungsländern an. Durch den Verleih von Leuchten und Batterien werden Barrieren durch hohe Anfangsinvestitionen für die Nutzer mit geringem Einkommen umgangen und der Zugang zu effizienter Beleuchtung ermöglicht. Die batteriebetriebenen Beleuchtungssysteme sind ein kostengünstiger Ersatz für die bisher genutzten gesundheits- und umweltgefährdenden Petroleumlaternen. Die zentrale Wartung der Geräte erhöht die Lebensdauer der Batterien. Für eine fachgerechte Entsorgung der Geräte am Ende ihrer Lebensdauer ist durch die O-Hubs^™ gesorgt. Der Markenname „O-Hub^™“ sowie Geschmackmuster der Beleuchtungssysteme sind geschützt. Die technische Weiterentwicklung der Beleuchtungssysteme für den lokalen Markt erfolgt in Zusammenarbeit mit Nutzern und Partnern. Nach einer Testphase mit drei O-Hubs^™ in Kenia, befinden sich fünf weitere Stationen im Bau, die jeweils mindestens 1.500 Haushalte, oder entsprechend Fischerboote, in ihrem Einzugsgebiet bedienen können. Ein lokales Social Business, Light for Life Ltd., wurde gegründet um die Stationen in Eigenregie zu betreiben. OSRAM ist Entwickler des Konzeptes und Technologiepartner. Kenianische Ingenieure werden über ein „Train-the-Trainer“-Programm speziell geschult. Sie geben ihr Wissen an die Mitarbeiter der Stationen weiter.

Die „AquaBalance Oberputze“ von Saint-Gobain Weber schützen Fassaden durch einen ausgeglichenen Wasserhaushalt vor Pilz- und Algenbefall. Herkömmliche Putze enthalten dagegen Biozidzusätze, die mit der Zeit ausgewaschen werden und ins Grundwasser und in Gewässer gelangen.  Die neuartigen Oberputze sind in tieferen Schichten ähnlich wie herkömmliche Putze wasserabweisend, um darunterliegende Dämmschichten vor Feuchtigkeit zu schützen. Die oberflächennahen Schichten des Putzes sind dagegen wasseranziehend. Regentropfen dehnen sich darauf aus und verdunsten besonders schnell. Überschüssige Feuchtigkeit wird im äußeren Bereich des Putzes aufgenommen und bei sinkender Luftfeuchtigkeit wieder abgegeben. Der Wasserhaushalt der Fassade befindet sich so in einem natürlichen Gleichgewicht. Ein Pilz- und Algenbefall wird dauerhaft ohne den Einsatz von Bioziden vermieden. Daher könnte durch eine flächendeckende Nutzung der AquaBalance-Technologie die Biozidbelastung der Gewässer in Deutschland um mindestens 350 Tonnen reduziert werden.

Die Speicherung von Elektrizität aus unregelmäßig verfügbaren erneuerbaren Quellen wie Wind und Sonne ist die zentrale Herausforderung der Energiewende. Eine Möglichkeit, diese elektrische Energie in eine speicherbare Form zu überführen, ist die Umwandlung in Wasserstoff über den Weg der Hydrolyse. Wasserstoff aber ist im bestehenden Erdgasnetz nur begrenzt zumischbar. Diese Limitierung ist hinfällig, wenn der Wasserstoff durch Reaktion mit Kohlendioxid weiter in Methan umgewandelt wird, das mit Erdgas chemisch identisch ist. Viessmann entwickelt ein neuartiges mikrobiologisches Verfahren zur Methanisierung von Wasserstoff mit Hilfe spezieller Mikroorganismen, den sogenannten hydrogenotrophen Methanogenen. Diese einzelligen Organismen gehören zur Domäne der Archaeen. Ihre biotechnische Nutzung erfolgt in Anaerobfermentern bei 40 bis 65 Grad Celcius und niedrigem Druck. Ein deutschlandweit flächendeckend vorhandenes Netz solcher Anaerobfermenter ist der Bestand an Biogasanlagen und Kläranlagen. Das dort erzeugte Gas enthält etwa zur Hälfte Methan, die andere Hälfte besteht fast vollständig aus CO2, das bisher ungenutzt in die Atmosphäre gelangt. Durch die Zugabe von Wasserstoff kann dieses CO2 von den hydrogenotrophen Spezialkulturen in Methan umgewandelt werden. Es werden Wasserstoff-Umsetzungsraten von 98 Prozent und Methankonzentrationen von 95 Prozent erzielt. Das hergestellte Biomethan wird in einer Entschwefelung und Trocknung weiter aufbereitet und in das Erdgasnetz eingespeist. Der energetische Wirkungsgrad der biologischen Methanisierung liegt bei etwa 80 Prozent.   Die Methanisierung dient zur Langzeitspeicherung und ist mit allen Energiesektoren kompatibel.

Der XL1 ist ein Technologieleuchtturm von Volkswagen. Das in Kleinserie gefertigte Plug-In-Hybridauto hat einen Dieselverbrauch von 0,9 Liter pro 100 Kilometer und stößt somit gerade einmal 21 Gramm CO2 pro Kilometer aus. Mit seinem Elektroantrieb kann der XL1 50 Kilometer rein elektrisch fahren und benötigt bei einer konstanten Fahrt von 100 Stundenkilometern gerade 6,2 Kilowatt beziehungsweise 8,4 PS. Mit 795 Kilogramm ist der XL1 auf maximalen Leichtbau optimiert. Dies wird unter anderem durch ein Monocoque und Karosserieaußenteile aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) und je nach Funktionalität gezielt eingesetzte Keramik, Naturfasern und leichte Metalle wie Aluminium und Magnesium erreicht. Darüber hinaus ist kein Serienauto der Welt so aerodynamisch wie der XL1.  Sein cw-Wert von nur 0,189 wird unter anderem durch seine Form, kamerabasierte Außenspiegel, Hinterradabdeckungen, ein komplett geschlossenen Unterboden mit intelligentem Kühlluftsystem und Windabstrahlkörpern an den Rädern erreicht.