Forschung

The so-called green transition – which refers to a general concept that shall allow for turning the current non-sustainable into a climate-neutral scenario – is one of the most urgent challenges for today´s generation. In this context, the sustainable and resource-efficient use of materials makes a significant contribution to ecological change and to a modern, competitive economy. Material fatigue is the most common reason for failure of technical components, and therefore must be considered as one of the determining mechanisms for the period of use. The optimal component design enables economical use of materials – which considers the energy-efficiency of lightweight constructions – and durability (i.e. very long lifetime). The defect-tolerance approach is based on the assumption that structures do contain crack-like defects. Designing components for maximum service life according to this methodology therefore means that crack growth must be prevented. Applying this concept enables to correlate endurable stresses with the size and geometrical parameters of defects by the use of fracture-mechanics principles. Such defects may be material-inherent (e.g., pores, cavities, nonmetallic inclusions, material inhomogeneities) or production- and application-related (e.g., scratches, punch marks, surface roughness, corrosion pits) and cannot be completely avoided. A safe component design, therefore, ensures that cyclic stresses occurring at relevant locations do not exceed a critical value – which depends on the expected maximum defect size (and geometry). Furthermore, it must be considered that with progressing service life, failure mechanisms may change: fatigue cracks can initiate in the interior of a material rather than on the surface or environmentally degrading effects may become relevant (corrosion fatigue). The declared goal of the CD laboratory is to systematically investigate the high and very high cycle fatigue properties of steels as well as to identify the underlying fracture mechanisms and the relevant parameters for predicting the cyclic strength. Using innovative methods, such as the ultrasonic fatigue testing systems developed at the Institute of Physics and Materials Science (IPM-BOKU), will serve to obtain comprehensive material data within reasonable time and – highly relevant nowadays – with minimum input of energy. Based on fracture-mechanics principles, the obtained data will be evaluated with the aim to develop an appropriate fatigue-strength prediction method. In addition, artificial intelligence (machine learning) is applied to enable optimisation of properties under cyclic loading. The results will enable the company partner to develop competitively viable, resource- and cost-efficient steel belt systems and the project leader and his team at BOKU to further strengthen their expertise in defect-tolerance and very high cycle fatigue.

In Engelhartszell wird ein Wirtschaftsgebäude errichtet, das möglichst nachhaltig, ressourcenschonend und kreisläuffähig ist. Dazu werden Forschungsfragen hinsichtlich des Materialeinsatzes und der Energieversorgung des Gebäudes untersucht. In einem ersten Schritt wird auf Basis einer umfassenden Literaturrecherche erhoben, welche Materialen und Technologien zum Einsatz kommen sollen. In einem zweiten Schritt werden verschiedene HKLS-Konzepte in Kombination mit einem passenden Wärmeverteilsystem entwickelt. Als nächster Schritt folgt die Abbildung des Gebäudes in einer Gebäudesimulationsumgebung, um einerseits verschiedene Varianten des Wandaufbaus und der Energieerzeugung zu simulieren, aber auch die Auswirkungen auf den Komfort und das Raumklima abbilden zu können. In einer abschließenden Phase werden die Ergebnisse gesammelt und in einem Abschlussbericht zusammengefasst.

Wir sind an einem Punkt angelangt, an dem wir recyceltes Holz, das meist verunreinigt ist, in größerem Umfang verwenden müssen, weil in der EU ein Mangel an Rohholz herrscht. Gleichzeitig fallen in den Zellstofffabriken große Mengen an Lignin an, das jedoch hauptsächlich für Energiezwecke verwendet wird. LignoMBB bringt eine Technologie für die Herstellung von Biokompositen auf Myzelbasis (MBB), bei der recyceltes Holz dekontaminiert wird. Zweitens verwendet LignoMBB Lignin, das derzeit hauptsächlich für Energiezwecke genutzt wird und als Neben- oder Abfallprodukt gilt, um ein besseres Myzelwachstum auf dem entwickelten Substrat zu erreichen. Ich bin der erste, der vorschlägt, das Substrat für die Herstellung von MBB mit Lignin anzureichern, da ich davon ausgehe, dass die Zugabe von Lignin zu besseren mechanischen Eigenschaften der MBB führen wird.LignoMBB entwickelt Werkstoffe ausschließlich aus recyceltem Holz und Lignin, d. h. es werden keine landwirtschaftlichen Reststoffe verwendet, wie es derzeit üblich ist, und die Ernährungssicherheit wird nicht gefährdet. Gleichzeitig findet es Anwendung für große Mengen an kontaminiertem Altholz, das derzeit in den Verkehr gelangt. Mein erstes Ziel ist es, eine Technologie zur stofflichen Nutzung von Lignin und eine Technologie zur Substitution von landwirtschaftlichen Reststoffen in MBBs durch Lignin und Recyclingholz zu entwickeln. Anschließend werde ich die Fragen beantworten: In welchem Umfang wird zusätzliches Lignin in MBB von Pilzen verzehrt? Wo liegen die Grenzen der Substratanreicherung durch Lignin? In Übereinstimmung mit dem zweiten Ziel werde ich ein neuartiges MBB entwickeln, das in strukturellen Anwendungen eingesetzt werden kann. In verschiedenen Stadien des MBB-Zyklus werde ich die VOC-Emissionen messen, da ich die Hypothese vertrete, dass der MBB-Produktionsprozess als Bioremediation fungieren kann und die VOC-Emissionen von Materialien verringert. LignoMBB wird an der BOKU in der Bio-Resources & Technologies Tulln Gruppe implementiert, wo der Schwerpunkt auf dem Cradle-to-Cradle Design liegt, und bringt dieser Gruppe Methoden der Dekontamination von Recyclingholz und der Produktion von vollständig abbaubarem MBB.