Dipl.-Ing. Felix Wanielik

Die Materialsubstitution mit biobasierten Materialien hat das Potenzial die Umweltwirkung von Produkten zu reduzieren und diese von begrenzten Rohstoffen unabhängig zu machen. Diese geringeren Umweltwirkungen entstehen u.a. durch die geringe embodied energy. Außerdem nehmen biobasierte Materialien während ihres Wachstums CO2 aus der Atmosphäre auf und binden den Kohlenstoff während der Nutzungsphase. Um die geringeren Umweltwirkungen durch eine Materialsubstitution nicht-nachwachsender Materialien mit biobasierten Materialien zu ermitteln ist die gängigste Methode die Ökobilanzierung (engl. Life Cycle Assessment – LCA). Hierbei stellt die temporäre Kohlenstoffbindung eine Herausforderung dar, da dieses am Ende des Lebenszyklus freigesetzt wird. Gleichzeitig kann bereits eine temporäre Kohlenstoffbindung positive Effekte auf die Umwelt haben. Aktuell wird die temporäre Kohlenstoffbindung meist entweder ignoriert, da dies am Ende des Lebenszyklus wieder freigesetzt wird (Ansatz CO2-Neutralität), oder es wird als separater Indikator mit modelliert. In beiden Ansätzen wird jedoch das Potenzial der temporären Kohlenstoffbindung ignoriert. Hierfür gibt es mehrere Ansätze, die sowohl statisch als auch dynamisch das Potenzial der temporären Kohlenstoffbindung abbilden sollen. Insbesondere dynamische Ansätze sind mit einem hohen Aufwand verbunden. Dementsprechend ist es wichtig herauszufinden für welche Anwendung welcher Ansatz am geeignetsten ist, wobei insbesondere die Nutzungsdauer des Produkts eine große Rolle spielt.

Ziel dieser Arbeit ist es dementsprechend gängige Methoden zu recherchieren, Verständnis für die Umsetzung dieser aufzubauen und anschließend zu analysieren, wann welche Methodik die geeignetste ist. Bei den dynamischen Methoden sollen insbesondere die Ansätze „GWP bio“ und die „dynamische LCA“ analysiert und umgesetzt werden. Falls weitere Methoden im Rahmen der strukturierten Recherche als geeignet erachtet werden, müssen diese ebenfalls analysiert werden. Außerdem sollen mindestens zwei statische Ansätze zum Vergleich analysiert werden. Zur Analyse sollen mehrere Anwendungsfälle exemplarisch durchgerechnet werden, um die Vor- und Nachteile der jeweiligen Methodik zu verstehen. Die Anwendungsfälle werden gemeinsam mit dem Betreuer definiert. Anschließend sollen Empfehlungen ausgesprochen werden, wann welcher Ansatz am geeignetsten ist, insbesondere hinsichtlich der Nutzungsdauer des Produkts, sowie der Komplexität und des Aufwands der Ansätze. 

Die studentische Arbeit kann auf deutscher oder englischer Sprache verfasst werden.

Bei Interesse würde ich mich über eine Mail mit deinem Lebenslauf und deinem aktuellen Notenspiegel an f.wanielik@tu-braunschweig.de freuen, in der du auch kurz beschreibst was dich an dem Thema interessiert. 

Type:

• Masterarbeit

Subjects: Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen, Umweltingenieurwesen, Technologie-orientiertes Management u.a.
Start of thesis: sofort
Last change: 7/24/2023

Die Materialsubstitution mit biobasierten Materialien hat das Potenzial die Umweltwirkung von Produkten zu reduzieren und diese von begrenzten Rohstoffen unabhängig zu machen. Hierbei haben unterschiedliche Anwendungsbereiche des gleichen Materials unterschiedliche Potenziale die Umweltwirkungen zu reduzieren. Obwohl biobasierte Materialien nachwachsende Rohstoffe sind, ist deren Angebot begrenzt. Dementsprechend ist es wichtig herauszufinden, welches Material in welcher Anwendung die Umweltwirkungen dieser am stärksten reduzieren kann. Hierfür müssen zunächst die Wirkzusammenhänge bei der Materialsubstitution in unterschiedlichen Anwendungen verstanden werden. Idealerweise lassen sich die Wirkzusammenhänge der Materialsubstitution dann in eine allgemeingültige Substitutionsmethodik überführen, mit welcher später ermittelt werden kann, mit wie viel biobasiertem Material und welchen evtl. notwendigen Zusatzstoffen das ursprüngliche, nicht biobasierte Material substituiert werden kann. Materialien aus der Pflanzensprossachse wie Holz oder Pflanzenfasern werden bereits in großem Umfang angebaut und eingesetzt und führen seltener zur Konkurrenz mit Nahrungsmitteln, weshalb deren Substitutionspotenzial von großem Interesse ist.

Im Rahmen dieser Arbeit soll dementsprechend eine anwendungsbasierte Methodik entwickelt werden, mit der die Wirkzusammenhänge der Substitution mit Materialien aus der Pflanzensprossachse (z.B. Holz, Pflanzenfasern, Lignin, Cellulose) ermittelt werden können. Hierfür müssen zunächst potenzielle Anwendungen gesammelt werden und anschließend ein bestimmter Anwendungsbereich ausgewählt werden, für den die Materialsubstitutionsmethodik entwickelt werden soll. Diese Methodik soll allgemeingültig für die jeweilige Anwendung und die Substitution mit Materialien aus der Pflanzensprossachse sein. Anschließend muss die Methodik zur Validierung an einem oder mehreren Beispielen angewandt werden um abschließend Einschränkungen und potenzielle Weiterentwicklungen dieser zu diskutieren. Durch die Erarbeitung und die Methodik sollen u.a. die folgenden Fragen beantwortet werden können:

• Was sind die wichtigsten Eigenschaften bei der Materialsubstitution für die jeweilige Anwendung / den Anwendungsbereich?
• Welche Masse an biobasiertem Material wird für die Materialsubstitution benötigt? In welcher Qualität?
• Werden Zusatzstoffe für die Substitution benötigt? Wenn ja, welche? In welchem Umfang? Wovon hängt das ab?

Im Rahmen der Methodik sollen sowohl bereits existierende Materialsubstitutionen (z.B. Holz ersetzt Stahl und Beton im Bausektor) als auch derzeit in Entwicklung befindliche Materialsubstitutionen betrachtet werden.

Die studentische Arbeit kann auf deutscher oder englischer Sprache verfasst werden.

Bei Interesse würde ich mich über eine Mail mit deinem Lebenslauf und deinem aktuellen Notenspiegel an f.wanielik@tu-braunschweig.de freuen, in der du auch kurz beschreibst was dich an dem Thema interessiert. 

Type:

• Projektarbeit (Master Wirtsch.-Ing.)
• Studienarbeit(Master)
• Masterarbeit

Subjects: Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen, Umweltingenieurwesen u.a.
Start of thesis:
Last change: 7/24/2023

Die Materialsubstitution mit biobasierten Materialien hat das Potenzial die Umweltwirkung von Produkten zu reduzieren und diese von begrenzten Rohstoffen unabhängig zu machen. Hierbei haben unterschiedliche Anwendungsbereiche des gleichen Materials unterschiedliche Potenziale die Umweltwirkungen zu reduzieren. Obwohl biobasierte Materialien nachwachsende Rohstoffe sind, ist deren Angebot begrenzt. Dementsprechend ist es wichtig herauszufinden, welches Material in welcher Anwendung die Umweltwirkungen dieser am stärksten reduzieren kann. Hierfür muss zunächst festgestellt werden, welche Materialien mit welchen biobasierten Materialien in welchen Anwendungen ersetzt werden können. Anschließend muss ermittelt werden, welches Substiutionspotenzial die jeweiligen Materialien in den jeweiligen Anwendungen haben, um so einen Gesamtüberblick über die Substitution mit biobasierten Materialien jetzt und in Zukunft zu schaffen. Materialien aus der Pflanzensprossachse wie Holz oder Pflanzenfasern werden bereits in großem Umfang angebaut und eingesetzt und führen seltener zur Konkurrenz mit Nahrungsmitteln, weshalb deren Substitutionspotenzial von großem Interesse ist.

Dementsprechend soll im Rahmen dieser Studienarbeit zunächst eine strukturierte Literaturanalyse umgesetzt werden, um das Potenzial der Materialsubstitution mit Materialien aus der Pflanzensprossachse (z.B. Holz, Pflanzenfasern, Lignin, Cellulose) in unterschiedlichen Anwendungen zu ermitteln. Anschließend werden basierend auf wissenschaftlichen Veröffentlichungen und Marktanalysen die Materialsubstitutionsanwendungen der einzelnen Materialien anhand relevanter Faktoren wie Technologiereifegrad, aktuelles und zukünftiges Marktpotenzial, geordnet und deren Gesamtpotenzial als Substitutionsmaterial eingeschätzt. Außerdem soll mithilfe von Angebot und Nachfrage ermittelt werden, bei welchen Materialien potenziell Konkurrenz um das Material aufgrund eines mangelnden Angebotes entstehen könnte. Mit den Ergebnissen der Potenzialanalyse sollen u.a. folgende Fragen beantwortet werden können: 

• Welche Materialien werden aktuell und in Zukunft eingesetzt um nicht nachwachsende Materialien zu ersetzen?
• Welche Sektoren und Anwendungen werden dabei jeweils angesprochen?
• Wie hoch ist der Technologiereifegrad der Anwendung?
• Wie hoch ist die existierende oder potenzielle Nachfrage durch die Materialsubstitution?
• Wie gut decken sich zukünftig Angebot und Nachfrage für die jeweiligen Materialien?

Im Rahmen der Analyse sollen sowohl bereits existierende Materialsubstitutionen (z.B. Holz ersetzt Stahl und Beton im Bausektor) als auch derzeit in Entwicklung befindliche Materialsubstitutionen betrachtet werden, um eine vollständige Analyse des Substitutionspotenzials umzusetzen. 

Die studentische Arbeit kann auf deutscher oder englischer Sprache verfasst werden.

Bei Interesse würde ich mich über eine Mail mit deinem Lebenslauf und deinem aktuellen Notenspiegel an f.wanielik@tu-braunschweig.de freuen, in der du auch kurz beschreibst was dich an dem Thema interessiert. 

Type:

• Projektarbeit (Master Wirtsch.-Ing.)
• Bachelorarbeit
• Studienarbeit(Master)

Subjects: Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen, Umweltingenieurwesen, Technologie-orientiertes Management u.a.
Start of thesis:
Last change: 7/24/2023