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Nachhaltige Produktion und Nutzung von Naturstoffen

Nachhaltige Gewinnung, Verarbeitung und verfahrenstechnische Gestaltung von Werkstoffen und Produkten auf Naturstoffbasis

Im Rahmen des Forschungsschwerpunktes 2 befasst sich die Hochschule, aufbauend auf die vom Forst bereitgestellten Grundlagen, mit der nachhaltigen Gewinnung, Verarbeitung und verfahrenstechnischen Gestaltung von Werkstoffen und Produkten auf Naturstoffbasis und damit verbunden mit den verfahrenstechnischen Methoden der Naturstoffbe- und -ver-arbeitung sowie der energetischen Nutzung. Dies geschieht unter dem Aspekt der nutzungsorientierten und ressourceneffizienten Ausnutzung des Rohmaterials Holz und anderer lignocelluloser Materialien bei minimalem Werkstoffeinsatz und optimierten Material- und Werkstoffeigenschaften. Das Projekt „Erneuerbare Energien aus forst- und landwirtschaftlicher Biomasse im Kontext regionaler Entwicklungen“ verknüpft die nachhaltige Verwendung von Biomasse — auch im Sinne eines Kaskadenansatzes — mit Forschungsaktivitäten des Forschungsschwerpunktes zur nachhaltigen Entwicklung des ländlichen Raumes.

Als einzige Lehr- und Forschungseinrichtung Nordostbrandenburgs auf dem Gebiet der ingenieurwissenschaftlich fokussierten Materialforschung und Entwicklung verknüpft die Hochschule moderne Methoden und Ansätze der Materialforschung und Entwicklung aber auch verfahrenstechnisch orientierte Prozesse entlang der betrieblichen und industriellen Wertschöpfungskette sowie der Produktentwicklung. Dabei werden Holz und holzanaloge Rohstoffe nachhaltig, verwendungsorientiert und ressourceneffizient zu neuartigen Werkstoffen und Produkten weiterentwickelt, um dem breiten, leistungsfähigen und modernen Anforderungsprofil für Produkte aus nachwachsenden Rohstoffen gerecht zu werden sowie parallel dazu eine Sequestrierung von Kohlendioxyd zu erreichen.

Hier werden drei Wege verfolgt: zum einen erfolgt eine Optimierung der verfahrens- und verarbeitungstechnischen Fertigungs- und Wirtschaftsprozesse selbst und zum anderen wird daran gearbeitet, Rohstoffe oder Halbfertigprodukte so zu modifizieren, dass diese den sich verändernden Anforderungen angepasst werden. Mit dem Leitprojekt Bioenergie wird dem Ganzheitsprinzip „Nachhaltigkeit-Versorgungssicherheit-Wirtschaftlichkeit“ entsprochen.

Ziel im Forschungsschwerpunkt ist es durch eine moderne, den sich ändernden wirtschaftlichen und technologischen Randbedingungen angepasste Studentenausbildung sowie über Forschungsvorhaben, Patente sowie Innovationstransfer Impulse für die Branche zu setzen und damit Innovationen zu ermöglichen.

An dieser Stelle sind die Gesichtspunkte der Verknüpfung von Grundlagen- und anwendungsorientierter Forschung und der daraus abgeleiteten Entwicklung von gewerblichen Anwendungen zu nennen. In diesem Zusammenhang werden komplexe Zusammenhänge, wie zum Beispiel die stofflich-strukturelle Modifizierung der Ausgangsmaterialien in Zusammenhang mit der Entwicklung von Bearbeitungsverfahren neu entwickelter Werkstoffe betrachtet.

Leistungsangebot

Die Forschungsaktivitäten innerhalb dieses Forschungsschwerpunktes können somit in fünf wesentliche Kernthemen fokussiert werden:

1. Forstliche und landwirtschaftliche Grundlagen zur Bereitstellung, Anpassung und Optimierung des Rohstoffaufkommens

2. Grundlagenorientierte Materialforschung und Entwicklung in Bezug auf Holz und holzanaloge Werkstoffe

3. Verfahrenstechnisch orientierte Prozess- und Produktentwicklung entlang betrieblicher Wertschöpfungsketten

4. Angewandte verarbeitungstechnische Anpassung von Fertigungsprozessen, insbesondere unter Beachtung computergestützter Systeme

5. Potentialstudien und Methodenentwicklung zur Nutzung und Gewinnung von Erneuerbare Energien aus forst- und landwirtschaftlicher Biomasse

 

Zu 1. Forstliche und landwirtschaftliche Grundlagen zur Bereitstellung, Anpassung und Optimierung des Rohstoffaufkommens:

Durch anwendungsorientierte, waldbezogene Forschung beteiligt sich die Hochschule an der Entwicklung und Umsetzung von innovativen Konzepten eines ganzheitlichen Ökosystemmanagements, welches die Bewirtschaftung von Wäldern einschließt. Die Forschung orientiert sich an wichtige Ideen und Methoden der nachhaltigen, naturorientierten und auf standörtlicher Grundlage basierenden Forstwirtschaft. Die praxisbezogene Forschung ist in zahlreichen Projekten unmittelbar mit dem Gedanken der Nachhaltigkeit verknüpft. Dabei ist waldwachstumskundliche Forschung zusehends im Kontext der raschen anthropogenen Klimaveränderungen zu sehen. Die Fragestellungen zur Anpassung von genutzten Wäldern an den Klimawandel und Überlegungen zur zielgerichteten Entwicklung von Mischwäldern stehen dabei im Vordergrund. Die festgestellten hohen Potenziale für die Produktion von schnellwachsenden Baumarten auf landwirtschaftlichen Flächen werden auf ertragskundlichen Versuchsflächen zur Agrarholzproduktion untersucht.

Der Einsatz automatischer real-time-Navigation in der eingriffsverknüpften Waldinventarisierung oder die Entwicklung regionaler sensorgestützter Informationssysteme sind Entwicklung der Informationstechnologie und ihrer Anwendung in Forstwirtschaft bzw. Ökosystemmanagement, Naturschutz und räumlicher Planung.

 

Zu 2. Grundlagenorientierte Materialforschung und Entwicklung in Bezug auf Holz und holzanaloge Werkstoffe:

Im Bereich der grundlagenorientierten Materialforschung und Entwicklung wird sich in aktuellen Forschungsprojekten mit Fragestellung zur Modifikation von Holz auseinandergesetzt. Hierbei stehen chemische und physikalische Modifikationsprozesse sowie Kombinationen aus beiden im Vordergrund. Weitere Arbeitsgebiete sind Holzbiologie und Holzschutz (inkl. Prüfungsmethoden zum biologischen Verhalten), Physik des Holzes (inkl. der Adaption und Weiterentwicklung moderner Messmethoden in der Holzphysik), Weiterentwicklung von Holztrocknungsprozessen, sowie chemische bzw. ultrastrukturelle Eigenschaften der Hölzer. Hierfür stehen moderne Prüfmethoden der Holzbiologie, Holzphysik und Holzchemie zur Verfügung.

 

Zu 3. Verfahrenstechnisch orientierte Prozess- und Produktentwicklung entlang betrieblicher Wertschöpfungsketten:

Verfahrenstechnisch orientierte Prozess- und Produktentwicklungen erfolgen unter starken Anwendungsbezug unter Berücksichtigung der gesamten Wertschöpfungskette. Hierbei wird unter material- und energieeffizienten Gesichtspunkten die nachhaltige Nutzung von Holz und anderen holzanalogen Materialien in einem strukturierten Kreislauf, insbesondere auch im Sinne einer Kaskadennutzung, vertreten. Dabei wird darauf abgezielt, einerseits die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen der Rohstoffe besser zu verstehen und andererseits aus diesen Erkenntnissen neue Verfahren und Materialien (Verbundmaterialien) zu generieren. Wichtige Aspekte sind moderne Fügetechnologien, insbesondere Kleben, Bauteil- und Produktanalysen zur Optimierung der Herstellungsprozesse und der Produkte sowie die Implementierung neuartiger Fertigungsmethoden, z.B. Laser- oder Plasmatechnologie, in die holzbe- und -verarbeitende Industrie.

 

Zu 4. Angewandte verarbeitungstechnische Anpassung von Fertigungsprozessen, insbesondere unter Beachtung computergestützter Systeme:

Bei der angewandten verarbeitungstechnischen Anpassung von Fertigungsprozessen werden mit hochmodernen Werkzeugmaschinen neue Produkte entwickelt oder Nullserien gefertigt bzw. Produktionsstrategien entwickelt. Neue Entwicklungen und individuelle konstruktive Lösungen werden geprüft und optimiert. Im Technikum des Fachbereichs Holztechnik der Hochschule steht dafür eine Vielzahl von Spezialmaschinen zur Verfügung.

 

Zu 5. Potentialstudien und Methodenentwicklung zur Nutzung und Gewinnung von Erneuerbare Energien aus forst- und landwirtschaftlicher Biomasse:

Schnellwachsenden Baumarten auf Ackerflächen (Agrarholz/Kurzumtriebsplantagen) stellen eine bedeutende potentielle Quelle für eine nachhaltige Steigerung des Angebots an holzartiger Biomasse in Brandenburg dar. Die HNEE validiert diese Ansätze in verschiedenen Forschungsprojekten. Ein Ziel ist dabei Vorzugsflächen und Nutzungspotentiale für die Agrarholzproduktion in der Landwirtschaft weiträumig zu identifizieren und den Zusammenhang zwischen Wasserversorgung und Biomasseaufbau auch im Hinblick auf die Transpirationsleistung zu untersuchen. Neue Flächenpotentiale, z.B. unter Stromleitungstrassen oder Schutzstreifen, werden erschlossen und kostenintensiver Pflegemaßnahmen substituiert. Weiterführend erfolgen Untersuchungen zum Anbau von Agrarholz-Versuchsflächen unter Praxisbedingungen in Brandenburg sowie die Optimierung der Verwertung von Biomasse in der Kraft-Wärme-Kopplung.

Anhand der Analyse des FuE-Potential biogener Kraftstoffe werden regionale Wertschöpfungsketten sowie deren vorhandene Fehlstellen und künftige Erweiterungspotentiale identifiziert. Ein Hauptaugenmerk liegt dabei auf der engen Verbindung industrieller Abnehmer zu ihren landwirtschaftlichen Zulieferern, welche die erforderliche Biomasse kontinuierlich und in großen Mengen bereitstellen. Aufbauend auf den empirischen Befunden werden, neben betrieblichen Handlungsempfehlungen zur Komplettierung und Erweiterung vorhandener Wertketten, insbesondere wirtschaftspolitische Schlussfolgerungen zur Entwicklung der Biokraftstoffproduktion gezogen.

Darüber hinaus weist der Hochschule umfangreiche Kompetenzen im Bereich der Kriterien des Nachhaltigen Bauens unter Nutzung von Holz, der internationale Normung, der Ermittlung von Anforderungen an die Material- und Produktbewertung sowie von Produkt- und Prozessbewertungs- und Zertifizierungssysteme. Letzteres bis zur Life-Cylce-Assessment-Analyse (LCA) ganzer Prozessketten oder von Produkten.

 

 

(letzte Änderung: 12.02.2015 von Alexander Pfriem)