Was ist zirkuläres Werkstoffdesign?
Zirkuläres Werkstoffdesign beschreibt die Entwicklung und Bewertung von Werkstoffen mit dem Ziel, Materialkreisläufe möglichst lange und hochwertig zu schließen. Dabei steht nicht nur die Leistungsfähigkeit eines Werkstoffs im Einsatz im Vordergrund, sondern auch seine Recyclingfähigkeit, Wiederverwendbarkeit und Verarbeitung innerhalb nachhaltiger Prozessketten. Werkstoffe werden somit nicht mehr ausschließlich für eine einzelne Anwendung betrachtet, sondern über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg – von der Herstellung über die Nutzung bis zur Rückführung in neue Produkte.
Im Mittelpunkt steht das Zusammenspiel von chemischer Zusammensetzung, Mikrostruktur, Verarbeitung und späterer Wiederverwertung. Besonders bei metallischen Werkstoffen stellt sich die Frage, wie Sekundärrohstoffe und erhöhte Rest- oder Begleitelementgehalte genutzt werden können, ohne die geforderten Eigenschaften zu beeinträchtigen. Am Lehrstuhl für Materialkunde und Werkstoffprüfung untersuchen wir, wie sich Zusammensetzung und Prozessführung gezielt anpassen lassen, um auch aus recycelten oder stärker verunreinigten Ausgangsmaterialien leistungsfähige Werkstoffe zu erzeugen. Ziel ist es, Werkstoffqualität, Ressourceneffizienz und industrielle Anwendbarkeit miteinander zu verbinden.
Forschung am Lehrstuhl
Werkstoffkreisläufe verstehen, Recyclingpotenziale nutzen und nachhaltige Prozessketten entwickeln
Am Lehrstuhl für Materialkunde und Werkstoffprüfung betrachten wir zirkuläres Werkstoffdesign als Zusammenspiel von Werkstoffzusammensetzung, Prozessführung, Mikrostruktur und späterer Wiederverwertung. Im Mittelpunkt steht die Frage, wie Sekundärrohstoffe und erhöhte Rest- oder Begleitelementgehalte genutzt werden können, ohne die geforderten Eigenschaften technischer Werkstoffe zu beeinträchtigen.
Dabei verbinden wir werkstofftechnische Analyse, thermische und mechanische Prozessschritte sowie moderne Charakterisierungsmethoden. So lassen sich Zusammenhänge zwischen Legierungszusammensetzung, Wärmebehandlung, Umformung, Gefügeentwicklung und Bauteileigenschaften systematisch untersuchen. Ein besonderer Fokus liegt auf der Entwicklung robuster Prozessketten, die hochwertige Werkstoffe aus recycelten Ausgangsmaterialien ermöglichen und damit einen Beitrag zu Ressourceneffizienz, Kreislaufwirtschaft und nachhaltiger industrieller Produktion leisten.
Methoden und Kompetenzen
Von der Werkstoffanalyse bis zur Prozesskette
Analyse und Anpassung von Herstellungs-, Wärmebehandlungs-, Umform- und Nachbearbeitungsprozessen für ressourceneffiziente Werkstoff- und Bauteilkreisläufe.
Nutzung von Berechnungen, Werkstoffdaten und digitalen Methoden zur Bewertung von Phasenbildung und Eigenschaftsentwicklung entlang der Prozesskette.
Bewertung, wie Werkstoffe und Bauteile durch geeignete Prozesse länger genutzt, wiederverwendet oder in neue Anwendungen überführt werden können.
Bewertung von Primär- und Sekundärwerkstoffen, Reststoffen und Begleitelementen sowie deren Einfluss auf Verarbeitbarkeit, Mikrostruktur und Werkstoffeigenschaften.
Untersuchung von Gefüge, Ausscheidungen und Phasenverteilungen um den Einfluss von Zusammensetzung und Prozessführung auf das Werkstoffverhalten zu verstehen.
Prüfung von Härte, Festigkeit, Verformungsverhalten und Schädigungsmechanismen zur Bewertung der Leistungsfähigkeit zirkulär entwickelter Werkstoffe.
Projekte im Themenfeld
Übersicht über Forschungsprojekte im Bereich zirkuläres Werkstoffdesign
Im Projekt ASAAP werden adaptive Prozessketten für eine nachhaltigere Aluminium-Kreislaufwirtschaft untersucht. Im Fokus steht die Frage, wie Aluminiumwerkstoffe mit erhöhtem Recyclinganteil so verarbeitet werden können, dass weiterhin hochwertige Bauteileigenschaften erreicht werden. Am LMW liegt ein besonderer Schwerpunkt auf der werkstofftechnischen Bewertung der Prozessschritte, der Mikrostrukturentwicklung und der Homogenisierung recycelter Aluminiumlegierungen.
ProSa beschäftigt sich mit der Frage, wie Nachhaltigkeitsaspekte bereits in der Produktentwicklung systematisch berücksichtigt werden können. Dazu werden digitale Produktsignaturen entwickelt, die technische und nachhaltigkeitsrelevante Informationen über den Lebenszyklus eines Produkts zusammenführen. Das LMW bringt hierbei seine Kompetenz in der Werkstoffbewertung, Werkstoffprüfung und zirkulären Werkstoffentwicklung ein.
TwinCE entwickelt digitale Ansätze zur Abbildung und Bewertung von Materialkreisläufen für Nichteisenmetalle. Ziel ist es, Informationen zu Werkstoffen, Prozessen und Lieferketten so zu verknüpfen, dass Sekundärmetalle gezielter wiederverwendet und zirkuläre Wertschöpfungsketten besser gesteuert werden können. Damit verbindet das Projekt werkstofftechnische Fragestellungen mit digitalen Methoden für eine ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft.
Das Graduiertenkolleg Circular E-Cars erforscht zirkuläre Wertschöpfungsketten für Elektrofahrzeuge – von der Demontage über das Recycling bis zur Wiederverwendung wertvoller Materialien. Im Fokus stehen insbesondere metallische Werkstoffe, Materialströme und neue Prozessrouten, mit denen Komponenten und Werkstoffe aus Elektrofahrzeugen hochwertig in den Kreislauf zurückgeführt werden können. Das LMW beteiligt sich dabei an werkstofftechnischen Fragestellungen rund um Recycling, Prozessführung und Materialqualität.
Kontakt
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