2012/2013 - RWTH Aachen University

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Forschungsbericht
2012/2013
Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik
RWTH Aachen University
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Dekanat
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RWTH Aachen
Intzestr. 1
52056 Aachen
Telefon: +49 241 80-95652
Fax: +49 241 80-92370
E-Mail: [email protected]
Univ.-Prof. Dr.rer.nat. Ralf Littke, Dekan
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Thomas Pretz, Prodekan
Univ.-Prof. Dr.rer.nat. Christoph Schneider, Studiendekan
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Bleck, Wahlsenator
Dipl.-Betriebsw. Marc Debey, Geschäftsführer
Dr.rer.nat Philipp Weniger
Univ.-Prof. Dr.rer.nat. Ralf Littke
Dr.rer.nat Philipp Weniger
VD Vereinte Druckwerke GmbH, 41460 Neuss-Nord
Bemerkungen
Alle Daten – mit Ausnahme der von der Zentralen Hochschulverwaltung zur Verfügung gestellten Zahlen
zu Drittmittelausgaben sowie Studierenden- und Absolventenzahlen – beruhen auf den Angaben der
einzelnen Lehr- und Forschungsgebiete sowie der Institute.
Die Eintragung erfolgt ohne Gewähr.
Weitere Angaben zu den einzelnen Einrichtungen sind im Internet unter www.fb5.rwth-aachen.de zu
finden.
Forschungsbericht 2012/2013
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VORWORT ........................................................................................................................................... 5
DIE FAKULTÄT FÜR GEORESSOURCEN UND MATERIALTECHNIK IN ZAHLEN ............ 7
STUDIUM UND LEHRE ..................................................................................................................... 8
INTERDISZIPLINÄRE KOOPERATIONEN ................................................................................ 17
FACHGRUPPE GEOWISSENSCHAFTEN UND GEOGRAPHIE............................................... 22
Lehrstuhl für Ingenieurgeologie und Hydrogeologie ....................................................................................... 26
Lehrstuhl und Institut für Applied Geophysics and Geothermal Energy, E.ON Energy Research Center .......... 30
Lehrstuhl für Wirtschaftsgeographie und Geographisches Institut ................................................................. 34
Chair for scientific computation in terrestrial systems ................................................................................... 38
Lehr- und Forschungsgebiet Reservoir-Petrologie .......................................................................................... 42
Lehrstuhl für Geologie und Paläontologie und Geologisches Institut ............................................................. 45
Lehrstuhl für Physische Geographie und Geoökologie (PGG).......................................................................... 49
Lehrstuhl für Geologie, Geochemie und Lagerstätten des Erdöls und der Kohle ............................................. 53
Institut für Mineralogie und Lagerstättenlehre .............................................................................................. 57
Lehr- und Forschungsgebiet Wirtschaftsgeographie der Dienstleistungen ..................................................... 61
Lehr- und Forschungsgebiet Kulturgeographie ............................................................................................... 64
Institut für Neotektonik und Georisiken ......................................................................................................... 68
Institut für Kristallographie und Lehr- und Forschungsgebiet Angewandte Kristallographie und Mineralogie 73
Lehr- und Forschungsgebiet Hydrogeologie ................................................................................................... 77
Lehr- und Forschungsgebiet Physische Geographie und Klimatologie ............................................................ 81
Lehr- und Forschungsgebiet für Ton- und Grenzflächenmineralogie ............................................................... 85
Lehrgebiet für Geologie – Endogene Dynamik ................................................................................................ 88
Lehrstuhl für Hydrogeophysik ........................................................................................................................ 93
FACHGRUPPE FÜR ROHSTOFFE UND ENTSORGUNGSTECHNIK..................................... 97
Lehr- und Forschungsgebiet Berg-, Umwelt- und Europarecht ..................................................................... 101
Institut für Bergbaukunde I .......................................................................................................................... 103
Lehrstuhl und Institut für Rohstoffgewinnung über Tage und Bohrtechnik .................................................. 107
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Institut für Maschinentechnik der Rohstoffindustrie .................................................................................... 112
Institut für Aufbereitung und Recyling ......................................................................................................... 116
Lehrstuhl und Institut für Markscheidewesen, Bergschadenkunde und Geophysik im Bergbau ................... 120
Lehr- und Forschungsgebiet Technologie der Energierohstoffe .................................................................... 124
Institut für Nukleare Entsorgung und Techniktransfer ................................................................................. 128
Lehr- und Forschungsgebiet Aufbereitung mineralischer Rohstoffe ............................................................. 132
FACHGRUPPE MATERIALWISSENSCHAFT UND WERKSTOFFTECHNIK ....................136
Institut für Eisenhüttenkunde ...................................................................................................................... 140
Lehrstuhl für das gesamte Gießerei-wesen und Gießerei-Institut ................................................................ 145
Institut für Gesteinshüttenkunde, Lehrstuhl für Glas und keramische Verbundwerkstoffe .......................... 149
Lehrstuhl für Prozessleittechnik ................................................................................................................... 153
IME Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling .............................................................................. 158
Institut für Metallkunde und Metallphysik und Lehrstuhl für Werkstoffphysik ............................................ 162
Institut für Bildsame Formgebung ................................................................................................................ 166
Juniorprofessur für Werkstoffmodellierung – atomare Ordnungshierarchien .............................................. 170
Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik und Lehrstuhl für Hochtemperaturtechnik ...................... 172
Lehrstuhl für Werkstoffchemie .................................................................................................................... 176
Institut für Eisenhüttenkunde - Lehrstuhl für Metallurgie von Eisen und Stahl ............................................ 180
Lehrstuhl für Werkstoffmechanik ................................................................................................................. 184
Lehrstuhl für Keramik und Feuerfeste Werkstoffe und Institut für Gesteinshüttenkunde ............................ 188
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Vorwort
Regelmäßig die Aktivitäten einer Fakultät in Form eines Forschungsberichtes zu dokumentieren, hat sich
an der RWTH Aachen als Standard etabliert. Die Forschungsberichte geben sowohl einen Einblick in die
sehr unterschiedlichen Strukturen der Fakultäten als auch eine Übersicht über die Themen, die in der
Forschung bearbeitet werden.
Die Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik vereinigt von den Naturwissenschaften über die
Ingenieurwissenschaften bis in die Gesellschaftswissenschaften alle Wissenschaftsbereiche. Sie ist geprägt durch ein großes disziplinäres Spektrum, das sich im breiten Lehrangebot mit 11 Bachelor- und 15
Masterstudiengängen niederschlägt.
Dieser Vielfalt ist eine Fachgruppenstruktur mit den drei Organisationseinheiten
Geowissenschaften und Geographie (GuG),
Rohstoffe und Entsorgungstechnik (FRE) und
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (MuW)
geschuldet. Die Fachgruppen sind gleichzeitig Lehreinheiten, wobei Geowissenschaften und Geographie
traditionell zwei Lehreinheiten darstellen.
Auch wenn zunächst der Eindruck von Themenvielfalt dominiert, finden sich alle Professuren in dem
gemeinsamen Thema Ressourcen wieder. Dabei werden fünf Forschungsschwerpunkte, teilweise disziplinär und teilweise interdisziplinär, bearbeitet. Mit den Schwerpunkten Georessourcen, Ressourcentechnologie sowie Materialwissenschaft und Werkstofftechnik wird der Rohstoffkreislauf von der Ressource bis zum Werkstoff vollständig abgebildet. Da Rohstoffnutzung immer in soziale, volks- und betriebswirtschaftliche Gefüge eingreift, bliebe Forschung ohne die Aspekte des Themenschwerpunktes
Umwelt und Gesellschaft unvollständig. Schließlich sind zahlreiche Fragestellungen zu Georessourcen,
der Materialwissenschaft und der Werkstofftechnik nur auf sehr guter naturwissenschaftlicher Basis zu
bearbeiten, sodass mit dem Forschungsschwerpunkt Angewandte Naturwissenschaften das gemeinsame Forschungsthema Ressourcen abgerundet wird.
Materialwissenschaft
und
Werkstofftechnik
Georessourcen
Ressourcentechnologie
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Einen Überblick über die inhaltliche Zuordnung der Professuren zu den fünf verbindenden Forschungsfeldern gibt die nachfolgende tabellarische Darstellung.
FRE
MuW
Azzam
LIH
Clauser
EONERC
Fromhold-Eisebith
WIGEO
Hilgers
RPR
Neiberger
WIGEO DL
Kukla
GIA
Lehmkuhl
PGG
Littke
LEK
Meyer
IML
Pfaffenbach
Kulturgeo
Reicherter
NUG
Roth
xtal
Rüde
LFH
C. Schneider
Klimageo
Stanjek
CIM
Urai
GED
vd Kruk
FZJ
Hendriks-Franssen
FZJ
Gordeliy
FZJ
Alekseev
FZJ
Frenz
BUR
Martens
BBK 1
Niemann-Delius
BBK 3
Nienhaus
IMR
Pretz
I.A.R.
Preuße
IfM
Quicker
TEER
Thomauske
INBK
Wotruba
AMR
Bleck
IEHK
Bührig-Polaczek
GI
Conradt
GHI
Epple
PLT
Friedrich
IME
Gottstein/Korte-Kerzel
IMM
Hirt
IBF
Hu
GHI
Pfeifer
IOB
J. Schneider
MCh
Senk
IEHK
Svendsen
CMM
Telle
GHI
Zander
Korrosion
GuG
Georessourcen
Umwelt & Gesellschaft
Materialwissenschaft & Werkstofftechnik
Angewandte Naturwissenschaften
Wie wichtig disziplinäre Kompetenz in den verschiedenen Ebenen der Rohstoffkette zur Bewältigung
globaler Herausforderungen wie einer sicheren Rohstoffversorgung ist, zeigt ein jüngst gegründeter
Forschungsbereich. Mit Förderung der Fa. Siemens wird das Thema Seltene Erden interdisziplinär und
unter Einbindung des Forschungszentrums Jülich für den Aspekt „Bewertung von Rohstoffketten“ bearbeitet.
Zusammenarbeit und Bündelung von Kräften prägt die Struktur der interdisziplinären Fakultät. Dies erfolgt sowohl innerhalb der Fakultät, wie z. B. in der Energy and Minerals Resources Group EMR, als auch
die Fakultätsgrenzen überschreitend, wie z. B. in dem aluminium engineering center aec mit Beteiligung
der Fakultät für Maschinenwesen oder dem Zentrum Metallische Bauweisen ZMB.
Die interdisziplinäre Struktur erleichtert den Zugang zur Kooperation nicht nur in der Forschung, sondern auch in der Lehre. Gemeinsam von mehreren Fakultäten getragene Studiengänge wie Materialwissenschaften oder Umweltingenieurwissenschaften begleiten die Fakultät seit langem. Schließlich bauen
auch neue Aktivitäten, wie die German University of Technology in Oman GUtech auf die interdisziplinäre Kompetenz der Fakultät.
Das politisch sowohl national als auch europäisch sehr aktuelle Thema Ressourcen hat jüngst eine Initiative aus der Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik begründet. 22 Professorinnen und Professoren der Fakultät haben sich in das Aachener Kompetenzzentrum für Ressourcentechnologie AKR eingebracht, das außerdem von Professoren der Fakultät für Wirtschaftswissenschaften unterstützt wird.
Mit der nach außen getragenen Kompetenzbündelung im AKR wird die Position der RWTH Aachen in der
Forschungslandschaft Ressourcentechnologie nachhaltig gestaltet.
Der vorliegende Forschungsbericht vermittelt Ihnen eine Vorstellung davon, wie sich unsere interdisziplinäre Fakultät organisiert hat, dabei Gemeinsamkeiten sucht, effizient verbindet und nutzt, ohne dabei
die Eigenständigkeit der einzelnen Professuren aufzugeben.
(Dekan)
6
Die Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik in Zahlen
Im Jahr 2013 wurden durch die Fakultät Drittmittel in Höhe von 29,3 Mio. € ausgegeben. Dies entspricht
etwa 8 % der RWTH-Drittmittelausgaben. In nachfolgender Abbildung sind die für die Fakultät wichtigsten Geldgeber anteilig dargestellt.
Drittmittelausgaben der Fakultät in 2013
Sonstige; 20%
Wirtschaft; 41%
DFG ohne SFB;
20%
EU; 4%
SFB; 6%
BMBF; 8%
Abbildung 1 Drittmittelausgaben der Fakultät in 2013
Demgegenüber steht der Fakultät ein Landesmitteletat von etwa 2,3 Mio. € zur Verfügung.
Die Fakultät verfügt über folgende Personalressourcen:
Professoren
40
11 Leerprofessuren***
WMPS*
WMDS**
NWMPS
NWMDS
Auszubildende
101
214
148
56
82
* PS: Planstellen | ** DS: Drittmittelstellen | *** 7 FZ Jülich, 2 DLR, 1 GFZ; 1 HZG
Zusätzlich wird die Lehre durch etwa 100 externe Lehrbeauftragte, 22 Privatdozenten, 22 apl. Professoren und 26 Honorarprofessoren unterstützt.
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Studium und Lehre
Das Studienprogramm der Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik umfasst alle Aspekte des
Rohstoff- und Ressourcenkreislaufs von der Exploration in den Geowissenschaften, über die Förderung
beim Bergbau und die Veredelung z. B. in der Metallurgie, den Materialwissenschaften, der Werkstoffund Automatisierungstechnik bis hin zu Recycling und Entsorgung. Dabei werden auch Auswirkungen
auf Umwelt, Wirtschaft und Gesellschaft, beispielsweise im Umweltingenieurwesen und in den geographischen Studiengängen, ausgearbeitet. Seit 2008 wird das gesamte Studienprogramm der Fakultät in
Form modularisierter Bachelor- und Masterstudiengänge angeboten. Die englischsprachigen Masterstudiengänge „Metallurgical Engineering“ und „Applied Geophysics“ zeigen die internationale Ausrichtung
und die Einbindung der Fakultät in die Aktivitäten der IDEA-League.
Studienangebot der Fachgruppe Geowissenschaften und Geographie
1) Georessourcenmanagement
Der Begriff Georessourcen umfasst hierbei – mit Ausnahme der Sonnenenergie – alle Ressourcen, die der modernen menschlichen Gesellschaft als Lebensgrundlage dienen und deren umfängliche Nutzung mit einem Eingriff des Menschen in das System Erde verbunden
ist. Hierzu zählen insbesondere Rohstoffe (Wasser, Boden, mineralische Rohstoffe, Energierohstoffe, Geothermie) und Nutzungsräume
(Wohnen, Landwirtschaft, Industrie, Wirtschaft, Verkehr, Deponierung) sowie im weiteren Sinne auch Klima und Atmosphäre. Rohstofferschließung und Erhalt von Grundwasserreserven einerseits
und Sicherung menschlicher Lebensräume sowie Wiederherstellung
natürlicher Gleichgewichte andererseits sind Arbeitsfelder der Geo- Deutsch-Mexikanische Arbeiten in
wissenschaften, die zunehmend an Bedeutung gewinnen und ent- der Sierra Madre Oriental (Mexiko)
scheidende Beiträge für die Zukunft der Menschheit leisten können. Die Komplexität und Vielschichtigkeit der damit verbundenen Fragestellungen verlangt nach vernetzten Lösungsansätzen und einer Kombination der Sachkenntnisse aus den Geowissenschaften und anderen wissenschaftlich-technischen
Bereichen. Daher ist der Studiengang interdisziplinär ausgerichtet. Er basiert auf einer engen Kooperation der klassischen geologischen Wissenschaften mit der Wirtschaftsgeographie/Geographie und der
Rohstoff- und Entsorgungstechnik, wobei wichtige Inhalte der Wirtschafts- und Rechtswissenschaften
sowie des Bauingenieurwesens einfließen.
Abschlüsse: Bachelor of Science und Master of Science
2) Angewandte Geowissenschaften
Die Geowissenschaften leisten einen wichtigen Beitrag für die nachhaltige Nutzung der Ressourcen der Erde, also der Gesteine, Mineralien und Erze, von Erdöl
und Erdgas, des Wassers und geothermischer Energie und sie beteiligen sich bei
der Nutzung des unterirdischen Raumes als Baugrund und Bauraum. Ihr weites
Aufgabenfeld umfasst:
 die Aufsuchung und Gewinnung sowohl fossiler als auch regenerativer
Energieträger wie Erdöl, Erdgas, Kohle sowie Erdwärme im tiefen Untergrund,
 die Untersuchung der Entstehung und Struktur von Minerallagerstätten,
 die Erforschung der Struktur und Eigenschaften von Mineralen für die Herstellung neuer Materialien,
 die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Baugrund und Bauwerk,
 die Vorhersage von Bergstürzen und Gesteinsverformung, z. B. im Zuge
Kartieren in Utah
großer Tunnel- und Staudammbauten,
 die Erschließung und nachhaltige Nutzung von Grundwasser,
 die Analyse geodynamischer Prozesse, die u.a. zu starken Erdbeben führen,
8
 die Bestimmung der Verformung von Gesteinen infolge der gewaltigen Kräfte im Erdinneren.
Sie bringen darüber hinaus ihr Wissen über lang- und kurzfristige Veränderungen in den Schutz unserer
Natur und einen nachhaltigen Umgang mit den Rohstoffen der Erde ein. Die Lösung der geowissenschaftlichen Aufgaben verlangt nach quantifizierenden Methoden und der Erstellung von Modellen für
die zukunftsgerichtete Voraussage. Die Angewandten Geowissenschaften sind somit eine quantitative
Naturwissenschaft mit vielen Schnittstellen zu den Ingenieurwissenschaften.
3) Applied Geophysics
Die Aufsuchung von Georessourcen, beispielsweise Kohlenwasserstoffe, Erze oder Wasser, erfolgt in zunehmend komplexeren Untergrundsituationen. Die Angewandte Geophysik entwickelt und hält die
Methoden vor, mit denen der Untergrund auf solche Ressourcen erkundet werden kann. Ihre Verfahren können auch für die Untersuchung geothermischer Vorkommen, des Bauuntergrundes und der
Schadstoffausbreitung im Grundwasser eingesetzt werden. Dieser
Masterstudiengang wird vollständig in englischer Sprache durchgeführt. Er ist ein "Joint Degree Programm", das in 2006 gegründet wurde Geoelektrische Feldmessungen
und gemeinsam von den drei Universitäten TU Delft, RWTH Aachen und ETH Zürich als Studiengang der
IDEA League getragen wird. Mit den Spezialisierungen in den Bereichen Kohlenwasserstoffexploration
und -management (Erdöl, Erdgas und Kohle) oder Umwelt- und Ingenieurgeophysik (einschließlich Exploration und Management geothermischer Energieressourcen) werden die Stärken der drei Universitäten kombiniert. Das Programm fördert eine hohe Mobilität der Studierenden, die in dem zweijährigen
Studium jeweils ein Semester an einer der drei Universitäten studieren und damit sich für eine dynamische globale Karriere vorbereiten können. Im vierten Semester konzentrieren sich die Studierenden auf
die Forschung und Bearbeitung ausgewählter Masterthemen, viele davon bei teilnehmenden Firmen.
Der Kursangebot umfasst Geophysikalische Modellierung und Inversion, Reflexionsseismologie, Seismische Abbildung, Elektromagnetische Exploration, Geophysikalisches Logging, Spezielle Geophysikalische
Methoden (NMR, SIP), Geothermie, Hydrogeologie, Explorationsgeologie, Modellierung und Dynamik
Sedimentärer Becken, Ingenieurgeophysik, Sequenzstratigraphie, Risiko-Analyse und noch viele anderen
Kurse.
Abschlüsse: Master of Science
4) Geographie
Die Geographie befasst sich mit der Erdoberfläche in ihrer
räumlichen Differenzierung und den menschlichen Aktivitäten in ihrer physischen und sozialen Umwelt. Sie erfasst
und erklärt die Faktoren und Prozesse, die die Struktur
und Dynamik natürlicher, ökonomischer und sozialer
raumbezogener Systeme bestimmen. Diese Phänomene
und Prozesse werden sowohl individuell als auch synthetisch analysiert, d.h. in ihrem Zusammenhang als Komponenten von Mensch-Umwelt-Systemen mit komplexen
Wechselwirkungen.
Exkursion Patagonien & Feuerland
Physische Geographie:
 Analyse der abiotischen (geoökologischen) Strukturen und Funktionen von Landschaften und
Stoffflüssen in Ökosystemen unterschiedlicher Dimension,
 Analyse der rezenten und vorzeitlichen Formen und Prozesse der Erdoberfläche und in Böden, natürlichen oder naturnahen Gewässern und ihre Entwicklungspotentiale,
 Analyse von Stadt- und Regionalklima,
 Auswirkungen der Klimavariabilität auf Wirtschaft und Umwelt.
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Kulturgeographie (Bevölkerungs- und Stadtgeographie):
 Menschliche Handlungsweisen vor dem Hintergrund kulturspezifischer Werte, Normen und Ideale, Verteilung und Strukturen der Bevölkerung,
 Komponenten und Ursachen des demographischen Wandels und der Migration sowie ihre Folgewirkungen für Städte und Regionen,
 urbane Strukturen und Prozesse unter dem Einfluss von kulturellen, sozioökonomischen, demographischen und politisch-planerischen Bedingungen aus lokaler, regionaler und globaler Perspektive.
Wirtschaftsgeographie:
 Analyse, Erklärung und Bewertung der Strukturen und
Funktionen von Wirtschaftsräumen, ihren Potentialen
und den Möglichkeiten ihrer Inwertsetzung,
 Ansätze der raumbezogenen Bewertung und Gestaltung
von Standorten industrieller und agrarischer Produktion
sowie von Dienstleistungen,
 Wandel und Dynamik von Wirtschaftsräumen unter dem
Einfluss technischer Entwicklungen / Innovationen und
politischer Maßnahmen sowie global-lokaler Faktorenge- Exkursion Schweden: Feldforschung auf der
Schäreninsel Grinda
füge.
Abschlüsse:
Angewandte Geographie: Bachelor of Science und Master of Science
Wirtschaftsgeographie: Master of Science (konsekutiv zum B.Sc. Angewandte Geographie)
Studienangebot der Fachgruppe Rohstoffe und Entsorgungstechnik
1) Studiengang Rohstoffingenieurwesen
In diesem Studiengang wird neben der Vermittlung
eines soliden technisch-naturwissenschaftlichen Basiswissens, auch der Akzent auf Fächer wie
Lagerstättenmanagement, Technical English, Rohstoffund Energierecht, Gesundheitsschutz und Betriebswirtschaftslehre gesetzt. Nicht allein die Aussage, wo und
wie Rohstoffe zu finden und zu gewinnen sind, sondern
auch die Einschätzung, ob die Gewinnung nach wirtschaftlichen und rechtlichen Kriterien vonstattengeht,
ist hier von Belang. Sowohl die Planung und die Überwachung des Abbaus sowie das Gestalten und Steuern Besuch des historischen Bergwerks Rammelsberg
der Prozesse vom Rohstoff bis zum verkaufsfähigen bei Goslar
Produkt, als auch weitere Verarbeitungsstufen gehören,
genau wie die Vertrautheit mit Maschinen- und Anlagentechnik, der Betriebsorganisation oder dem
Arbeitsschutz, zum Berufsbild des Rohstoffingenieurs. Ohne Kenntnisse zur Emissionsschutztechnik und
Wahrung einer intakten Umwelt ist heute die Gewinnung von Bodenschätzen nicht mehr denkbar.
2) Nachhaltige Energieversorgung
Die nachhaltige Versorgung der Menschen mit Energie
und der ökologische sowie ressourcenschonende Umgang
mit Rohstoffen ist gegenwärtig und zukünftig eine wichtige Aufgabe. Um den weltweit steigenden Energiebedarf
auch in Zukunft weiterhin decken zu können, werden Ingenieure benötigt, die Spezialisten für eine nachhaltige
Leitstand eines Ersatzbrennstoff-Kraftwerks
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Energieversorgung unter Berücksichtigung ökologischer und ökonomischer Gesichtspunkte sind. Studierende des Masterstudiengangs Nachhaltige Energieversorgung werden auf das zukunftsweisende und
wachstumsträchtige Gebiet der Energieversorgung vorbereitet. An dem interfakultativen Masterstudiengang sind die drei Fakultäten Georessourcen und Materialtechnik, Maschinenwesen sowie Elektrotechnik
und Informationstechnik der RWTH Aachen beteiligt. Entsprechend wird der thematische Fokus des Bereiches Rohstofftechnik durch vertiefende Inhalte aus dem Maschinenbau und der Elektrotechnik ergänzt.
Es können durch eine Vielzahl von Wahlmöglichkeiten individuelle Schwerpunkte gesetzt und damit das
Studium flexibel gestaltet werden.
Abschluss: Master of Science
3) Entsorgungsingenieurwesen
Das Studium befähigt dazu, Anlagen und Konzepte zu entwickeln, mit denen man feste und flüssige Abfallstoffe trennen, sortieren, aufbereiten, entsorgen und umweltschonend recyceln kann. Der Studiengang bildet die Schnittstelle zwischen verschiedenen Fachgebieten. Ein Entsorgungsingenieur arbeitet mit Maschinenbauern, Bauingenieuren und Betriebswirten zusammen, um z. B. mit ihnen
gemeinsam eine Recyclinganlage zu planen und zu realisieren. Den Studierenden wird das nötige Know-how vermittelt, um später in der Entwicklung, Planung und Umsetzung
Studentische Hilfskräfte bei der Aufbereitung
von Entsorgungsanlagen alle Facetten berücksichtigen zu von Deponieaushub
können. Der Studiengang Entsorgungsingenieurwesen wird
seit WS 2011/2012 nicht mehr angeboten und wird durch
den Studiengang Umweltingenieurwissenschaften der Fakultät Bauingenieurwesen weitergeführt.
4) Nuclear Safety Engineering
Der Studiengang richtet sich speziell an Absolventen/innen aus ingenieur- und naturwissenschaftlichen
Bachelorstudiengängen. Ziel des Studiengangs ist die Ausbildung von hochqualifizierten Fachkräften für
den Bereich Kernenergietechnik. Gerade die interdisziplinäre Ausrichtung des Studiengangs ermöglicht
dabei die Berücksichtigung des gesamten Kernbrennstoffkreislaufs von der Uranerzeugung über den
Betrieb kerntechnischer Anlagen bis zu Technologien des Rückbaus und der Aufbereitung und Entsorgung radioaktiver Abfälle. Entsprechend groß ist die thematische Bandbreite des Studiengangs (u. a.
Versorgung, Entsorgung, Recht, Strahlenschutz, Sicherheitsanalysen, Reaktortechnik und -sicherheit).
Die fachübergreifende Auseinandersetzung mit den kerntechnischen Spezialbereichen bewirkt frühzeitig
ein kritisches Verständnis für energiepolitische, ökonomische und gesellschaftliche Zusammenhänge.
Das Studium befähigt die Absolventen /innen zu hoher wissenschaftlicher Qualifikation und Selbständigkeit auf diesem Fachgebiet. Sie sind zu hochqualifizierten Tätigkeiten auf dem komplexen Gebiet des
nuklearen Brennstoffkreislaufs sowohl in der Industrie als auch in der Forschung/Wissenschaft (z. B.
Promotion) in der Lage.
Ab dem Wintersemester 2014/2015 sind keine weiteren Neueinschreibungen in den Studiengang möglich.
5) Umweltingenieurwissenschaften
Die Studierenden werden darin ausgebildet, technische Lösungen für eine nachhaltige Gestaltung der
Lebens- und Wirtschaftsräume des Menschen zu finden. In ingenieurtypischen Vorlesungen und Übungen sowie in eigenen schriftlichen Ausarbeitungen, wie Studien- und Bachelorarbeiten, sollen die Studierenden auf wissenschaftlichem Niveau Antworten auf die drängenden umwelttechnischen Fragen erarbeiten. Sie erhalten eine Grundausbildung in Mathematik, Mechanik, Thermodynamik, Hydromechanik,
Chemie und Ökologie. Der Bachelor-Studiengang wird durch einen Master-Studiengang mit fünf thematischen Schwerpunkten ergänzt, die Ingenieurwissenschaften und Umweltfragen verzahnen sollen. Die
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Vertiefungsrichtungen sind Energie und Umwelt im Bauwesen, Urban Water, Water Resources Management, Umweltverfahrenstechnik und Recycling. Es handelt sich um eine anspruchsvolle, technisch
orientierte Ausbildung, die den zukünftigen Absolventen breite Anwendungsfelder bietet. Sie können
unter anderem bei Planung, Bau und Betrieb von umwelttechnischen Anlagen, in Forschung und Lehre,
bei Umweltverbänden und Verwaltungen sowie in der Entwicklungszusammenarbeit eingesetzt werden.
Studienangebot der Fachgruppe Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
1) Werkstoffingenieurwesen
Rund 70 Prozent aller technischen Innovationen – so schätzt die
Bundesregierung – haben ihren Ursprung in neuentwickelten Materialien. Ob Speicherschichten, Spezialstähle für die Architektur, Biokeramiken für die Medizintechnik oder die Weiterentwicklung von Aluund Magnesiumkomponenten für den Fahrzeugbau – all das sind
Themen, mit denen sich die Werkstoffforscher beschäftigen. Speziell
im Hinblick auf Leichtbau, zunehmende Umweltanforderungen sowie
Rohstoff- und Ressourcenknappheit gewinnen Aspekte der Werk- Im Praktikum: moderne Metallogstoffentwicklung und nachhaltiger Herstellungsprozesse zunehmend raphie liefert vielfältige Werkstoffan Bedeutung. Das Studienangebot umfasst den Bereich der metalli- informationen
schen und mineralischen Werkstoffe und deren Erforschung aus Sicht
der Materialkunde und der Prozesstechnik. Neben den materialwissenschaftlichen Grundlagen stehen
die verschiedenen Herstellungs- und Verarbeitungsverfahren der Werkstoffe im Vordergrund. Darüber
hinaus geht es auch um die Prozessoptimierung und die Emissionsreduzierung bei der Herstellung und
der Rückgewinnung strategischer Metalle am Ende des Nutzungskreislaufs der Werkstoffe. Die Werkstoffforschung hat in Deutschland eine große Bedeutung und bietet zahlreiche zukunftssichere Betätigungsfelder.
2) Wirtschaftsingenieurwesen Fachrichtung Werkstoff- und Prozesstechnik
Das Studium des Wirtschaftsingenieurwesens deckt jeweils zu gleichen Teilen Themenbereiche eines
wirtschaftsund eines ingenieurwissenschaftlichen Studiums ab. Der angebotene Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen mit der Fachrichtung Werkstoff- und Prozesstechnik ist deutschlandweit einzigartig. Schwerpunkt im ingenieurwissenschaftlichen Teil des Studiums ist die Werkstoffentwicklung. Neben dem fundierten technischen Wissen im Bereich Werkstoff- und Prozessstechnik vermittelt der Studiengang umfangreiches betriebswirtschaftliches Know-how. So sind die Absolventen des Studienprogramms optimal für die Schnittstellen zwischen technischen und wirtschaftlichen Prozessen ausgebildet.
3) Metallurgical Engineering
Um die Internationalisierung zu fördern und zu unterstützen, bietet die Fachgruppe Materialwissenschaft und Werkstofftechnik seit 15 Jahren das internationale Masterprogramm "Metallurgical Engineering" an, um eine Möglichkeit für junge Menschen aus aller Welt zu schaffen, sich bei uns an der RWTH
weiter zu qualifizieren.
Die Inhalte dieses speziellen Masterprogramms orientieren sich am Masterstudiengang Werkstoffingenieurwesen, werden jedoch ausschließlich in englischer Sprache gehalten und sprechen internationale
Studierende mit abgeschlossenem Bachelorstudium an.
Die durch den internationalen Austausch erschaffenen Synergien wirken sich sowohl auf die Lehrenden
als auch auf die Studierenden positiv aus.
Die limitierten Vertiefungen in den Bereichen Prozesstechnik, Materialkunde und Stahl erlauben eine
konzentrierte Nutzung der vorhandenen Lehrkapazitäten. Seit Einführung des Studiums vor 15 Jahren
konnten über 300 internationale Studierende einen Anschluss der RWTH erreichen; viele Absolventen
konnten als wissenschaftliche Mitarbeiter in die Forschungsarbeit der Institute integriert werden.
12
4) Technik-Kommunikation
Der interdisziplinäre Studiengang Technik-Kommunikation ist von seiner Konzeption her einzigartig in
Deutschland. Durch die Kombination einer geistes- mit einer ingenieur- bzw. naturwissenschaftlichen
Disziplin wird ein in der Industrie und Wirtschaft gefragtes Qualifikationsprofil generiert. Das technische
Fach Grundlagen der Werkstofftechnik beschäftigt sich hierbei mit allen Fragen der Entwicklung, Herstellung, Verarbeitung und des Recyclings von metallischen und mineralischen Werkstoffen. Dabei geht
es darum, den inneren Aufbau der Materialien bis hinunter zur atomaren Ebene zu erforschen und zu
beeinflussen, um so ihre Eigenschaften bei der Herstellung und Entwicklung ganzer Bauteilkomponenten
gezielt zu kontrollieren und weiterzuentwickeln. Durch die Ausbildung in den Kommunikationswissenschaften werden den Studierenden nun Wege und Techniken vermittelt, die es ermöglichen, die hochkomplexen Zusammenhänge und Konzepte aus der Werkstofftechnik auf unterschiedlichen Ebenen aufzuarbeiten und so einer breiten Zielgruppe zu vermitteln. Dies ermöglicht den diffizilen Brückenschlag
zwischen den unterschiedlichen Denkwelten und macht aus den Absolventen echte Transferspezialisten
für technische Sachverhalte.
5) Materialwissenschaften
Die Fachgruppe bietet Studierenden die Möglichkeit, im interdisziplinären Bachelorstudiengang Materialwissenschaften die Grundlagen für eine erfolgreiche Weiterentwicklung von Materialien zu erlernen
und die erworbenen Fähigkeiten im Masterstudiengang individuell innerhalb zweier Vertieferbereiche
auszubauen. Dieser Studiengang vereint vier zukunftsträchtige Bereiche, wie den der Georessourcen
und Materialtechnik, des Maschinenwesens, der Elektro- und Informationstechnik sowie der Informatik
und Naturwissenschaften. Durch das breit angelegte Grundlagenwissen im Bereich der Materialwissenschaften ergeben sich gute Einstiegsmöglichkeiten in einem breiten Spektrum an Tätigkeiten in Industrie
und Forschung. Dabei liegen die Tätigkeitsfelder im Bereich der Herstellung, Verarbeitung, Anwendung
und Optimierung von leistungsfähigen Materialien.
6) CES Computational Engineering Science
In Zusammenarbeit mit den Fakultäten für Mathematik, Informatik
und Naturwissenschaften (Fakultät 1), Maschinenwesen (Fakultät 4)
und Medizin (Fakultät 10) wird der interdisziplinäre Studiengang CES
Computational Engineering Science angeboten.
Der Einsatz von Computern zur Bearbeitung technisch komplexer
Probleme gewinnt immer mehr an Bedeutung. Allerdings werden
weder die bloße Verfügbarkeit immer leistungsfähigerer Computer,
noch die Fähigkeit, sie zur Bewältigung großer naturwissenschaftlicher bzw. technologischer Herausforderungen der Zukunft betreiben Praktikum Prozessautomatisierung
zu können, hinreichend erfüllt. Die wesentliche Schwierigkeit liegt in
der mathematischen Darstellung – der Modellierung – der technischen Problemstellung, um sie der
Bearbeitung durch Computer zugänglich zu machen. In der Vermittlung der dazu notwendigen Fähigkeiten, die den Gebrauch von Rechensystemen in enger Verbindung mit den auf den Grundlagen aufbauenden Anwendungen erschließen, liegt das Kernanliegen dieses jungen Studienganges.
7) Automatisierungstechnik
Automatisierungstechnik ist eine interdisziplinäre Wissenschaft und als solche findet sie Anwendung in
vielen Bereichen wie Medizintechnik, Luft- und Raumfahrttechnik, Logistik etc. Der Automatisierungstechniker betrachtet die Welt in Form von Systemen. Die Abstimmung einzelner Subsysteme zu einem
funktionierenden Gesamtsystem ist eine der wesentlichen Aufgaben. Ein Reifen, ein Lenkrad, die Karos-
13
serie usw. alleine ergeben noch lange kein funktionstüchtiges Auto. Diese systemtheoretische Betrachtungsweise wird auf praktisch alle Bereiche des täglichen Lebens angewendet.
Studium und Lehre in Zahlen
Anteil Studierende Fakultät 5 an der
RWTH im WS 2013/14
816
557
RWTH
89%
Fak 5 11%
622
1,585
Rohstoffe und Entsorgungstechnik
Geographie
Angewandte Geowissenschaften
Meterialwissenschaft und Werkstofftechnik
Abbildung 2: Anteil der Studierenden der Fakultät an der RWTH (ohne Lehramt)
14
Studierende der Fakultät 5 nach Abschluss
4,500
4,000
32
342
323
3,500
Anzahl
3,000
2,500
56
43
418
97
385
182
1,378
1,114
876
2,000
1,500
1,944
1,966
2,036
WS 2011/12
WS 2012/13
WS 2013/14
1,000
500
0
Bachelor
Master
Diplom
Promotion
Sonstige
Abbildung 3: Entwicklung der Studierendenzahlen der Fakultät nach Abschluss
Studierende der Fakultät nach Lehreinheit
4,000
3,500
3,000
1,464
1,500
587
618
622
1,000
500
519
557
500
823
751
816
WS 2011/12
WS 2012/13
WS 2013/14
2,500
Anzahl
1,585
1,337
2,000
0
Rohstoffe und Entsorgungstechnik
Geographie
Angewandte Geowissenschaften
Meterialwissenschaft und Werkstofftechnik
Abbildung 4: Entwicklung der Studierendenzahlen nach Lehreinheit
15
Absolventen der Fakultät 5
900
Anzahl
800
700
80
600
70
500
400
300
200
100
74
70
76
29
140
61
24
128
66
3
66
283
55
92
88
102
198
95
48
375
236
321
382
0
2009
Bachelor
2010
Master
2011
Diplom
Magister
2012
2013
Promotionen
Abbildung 5: Entwicklung der Absolventenzahlen der Fakultät nach Abschluss
Wie Abbildung 5 ausweist, nimmt die Zahl der Absolventen in der Fakultät stetig zu und lässt für die
nahe Zukunft aufgrund der hohen Anzahl an Bachelor-Absolventen eine weitere signifikante Steigerung
erwarten.
Springorum-Denkmünze
Für die mit Auszeichnung bestandene Diplom-Hauptprüfung, Magisterprüfung bzw. Masterprüfung
wurden 17 Absolventinnen und Absolventen mit der Springorum-Denkmünze ausgezeichnet.
Borchers-Plakette
Für die mit Auszeichnung bestandene Doktorprüfung wurden 21 Absolventinnen und Absolventen mit
der Borchers-Plakette ausgezeichnet.
Friedrich-Wilhelm-Preis
Für die mit Auszeichnung bestandene Abschlussarbeit wurden 4 Absolventinnen und Absolventen mit
dem Friedrich-Wilhelm-Preis ausgezeichnet.
16
Interdisziplinäre Kooperationen
Aachen Institute for Advanced Study in Computational Engineering Science (AICES)
Die Graduiertenschule AICES wurde im Rahmen der Exzellenzinitiative im Jahre 2006
etabliert und im Jahr 2012 erfolgreich fortgesetzt. An AICES sind 28 Instituten aus 8
Fachbereichen /-gruppen der RWTH Aachen sowie das Forschungszentrum Jülich und
das Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf beteiligt. Aus der Fakultät
für Georessourcen und Materialtechnik sind Prof. Christoph Clauser, Juniorprofessor
Ming Hu, Prof. Dierk Raabe und Prof. Bob Svendsen in AICES involviert. In der Graduiertenschule wird an
innovativen Themen geforscht, die an der Schnittstelle zwischen den Natur- und Ingenieurwissenschaften, der angewandten Mathematik und den Computerwissenschaften liegen. Ein Schwerpunkt dabei
sind inverse Probleme und Multiskalenprobleme im Bereich der computergestützten Analyse technischer Systeme.
Access
Access e.V. ist ein privates, wirtschaftlich eigenständiges Forschungs- und
Entwicklungszentrum an der RWTH Aachen. Wesentliches Unternehmensziel
ist die anwendungsorientierte Forschung in Zusammenarbeit mit der Industrie, um den effektiven Transfer von Grundlagenwissen in die industrielle
Anwendung sicherzustellen. Schwerpunkte sind die Entwicklung und Optimierung von Gießverfahren,
die Entwicklung von Prototypen auf Basis moderner metallischer Werkstoffe für die Bereiche Luftfahrt,
Automotiv oder Energie sowie die Gefüge- und Gießsimulation, die im Rahmen öffentlich geförderter
Forschungsprojekte und direkter Aufträge namhafter Unternehmen von Access durchgeführt werden.
aec – Aluminium Engineering Center
Das aec (Aluminium Engineering Center) ist ein Zusammenschluss von acht aluminiumverarbeitenden Hochschulinstituten der Fakultäten Georessourcen und
Materialtechnik sowie Maschinenwesen. Innerhalb des aec arbeiten über 250
Mitarbeiter mit dem Werkstoff Aluminium.
Das aec hat die Ziele, die Bildung und Weiterbildung im Bereich des Aluminiums zu verbessern, eine
Basis zur interdisziplinären Forschung und Entwicklung im Bereich des Aluminiums zu schaffen und das
Potential des Werkstoffes Aluminium zu kommunizieren.
AKR – Aachener Kompetenzzentrum für Ressourcentechnologie
Bei der Herstellung von Werkstoffen aus natürlichen oder anthropogenen
Rohstoffen tritt die Frage nach der Ressourcen- und Energieeffizienz der
Herstellungsschritte zunehmend in den Mittelpunkt. Um Lösungsansätze
auf solche komplexen Fragestellungen nach einem interdisziplinären Ansatz zu entwickeln, wurde der
gemeinnützige Verein „Aachener Kompetenzzentrum für Ressourcentechnologie – AKR e.V.“ als zentrale
Anlaufstelle der RWTH Aachen ins Leben gerufen. Der Verein wird von über 20 Professuren der Fakultäten Georessourcen und Materialtechnik sowie Wirtschaftswissenschaften getragen, die sowohl technisches Wissen als auch fachliches Know-how aus den Bereichen Rohstoffrecht, Rohstoffwirtschaft sowie
Ressourcentechnik aeinbringen. Mit Zugriff auf annähernd 300 wissenschaftliche Mitarbeiter(innen) ist
das Aachener Kompetenzzentrum aktuell das größte seiner Art. Die Vereinsstruktur ermöglicht die
schnelle und unkomplizierte Initiierung und Koordination von Forschungsvorhaben auf dem Gebiet der
Ressourcentechnologie, bezweckt u.a. durch die Einrichtung eines industriellen Beirates eine noch intensivere Zusammenarbeit von Wissenschaft und Praxis und erhöht die Sichtbarkeit der Forschungskompetenz der Aachener Experten.
AMAP
Im Bereich der Werkstofftechnik von NE-Metallen und deren Herstellung
sowie Verarbeitung hat sich in den vergangenen zwei Jahren aus einer
Gruppe von zehn Industrieunternehmen und vier Universitäts-Instituten
der RWTH Aachen dieses Open-Innovation-Forschungscluster AMAP konstituiert. Die Kooperation kon-
17
zentriert sich auf Werkstoffe aus NE-Metallen, zu Beginn insbesondere auf solche mit Aluminiumbasis.
Ziel des Forschungsclusters AMAP ist die Forschung, Entwicklung sowie Aus- und Weiterbildung auf den
Gebieten der Nicht-Eisen-Metallerzeugung, der Weiterverarbeitung von NE-Metallen und der Herstellung von Produkten aus Metallen und metallischen Werkstoffen. Eine rentable Entwicklungsgestaltung
für alle im Forschungscluster beteiligten Partner sowie eine Verbesserung der Ergebnisse gemeinsamer
Projekte und eine bessere Risikoverteilung gemeinsamer Entwicklungen werden durch Kooperation
angestrebt. Das Forschungscluster verfolgt den evolutionären Gedanken einer gemeinsamen Forschung
an einem Ort, industrie- und institutsübergreifend. Diesen Ansatz setzt AMAP am Standort Aachen um.
champ – Center of Highly Advanced Metals and Processes
Ziel von "champ" ist die Bündelung der fachlichen Kompetenz und Geräteausstattung führender RWTH-Institute auf dem Gebiet der Herstellung, der Verarbeitung und des Recyclings von Metallen. Im Fokus der Arbeiten stehen insbesondere:
 innovative Hochleistungsmetalle, deren Eigenschaften für bestimmte Einsatzbereiche maßgeschneidert werden,
 die Entwicklung von Ur- und Umformverfahren zur Herstellung von Halbzeugen und Endprodukten,
 die Analyse und Optimierung von Einzelprozessen und Prozessketten von der Rohstoffgewinnung bis zum Recycling.
Die "champ"-Mitgliedsinstitute beschäftigen etwa 300 Mitarbeiter, die für ihre Forschungs- und Entwicklungsaufgaben vielfach ebenso auf Versuchsanlagen im Produktionsmaßstab wie auf hochspezialisierte
wissenschaftliche Geräte und Einrichtungen zurückgreifen. Hinzu kommt als weiteres Werkzeug die entlang der gesamten Prozesskette konsequent eingesetzte numerische Simulation. Ausgehend von dieser
Basis erschließt "champ" durch enge partnerschaftliche Beziehungen zu den übrigen Instituten der
Fachgruppe Materialwissenschaft und Werkstofftechnik weitere Fachkompetenz und ermöglicht so die
Erarbeitung von Systemlösungen in einem breiten Themenfeld.
EMR – Energy and Minerals Resources Group
Die 2011 neu gegründete EMR (Energy & Mineral Resources)-Gruppe stellt mit 6
assoziierten Instituten und etwa 80 Mitarbeitern eine der forschungsstärksten universitären Gruppierungen in Westeuropa dar, die sich in ihrer Kernkompetenz mit
dem Georessourcenmanagement beschäftigt. Im Vordergrund stehen die Prozessforschung und die
Entwicklung genetischer Modelle von metallischen und nichtmetallischen Lagerstätten und fossilen
Energieträgern (Erdöl, Erdgas, Schiefer- und Flözgas, Kohle). Die technisch-ökonomische und ökologische
Bewertung des Nutzungs- und Risikopotenzials der Rohstoffe bilden hierbei ebenso einen Schwerpunkt
wie neue Konzepte zur verantwortlichen Speicherung im Untergrund.
E.ON Energy Research Center (E.ON ERC)
Energieforschung darf sich nicht allein auf Lösungen einzelner technischer
Probleme beschränken. Notwendig sind vielmehr umfassende interdisziplinäre Ansätze und Untersuchungen zu komplexen Problemstellungen. Dementsprechend sind die Professuren des E.ON ERC über die vier Fakultäten Elektrotechnik und Informationstechnik, Wirtschaftswissenschaften, Maschinenbau sowie Georessourcen und Materialtechnik verteilt. Dabei steht in diesem Zentrum die internationale, interdisziplinäre, fakultätsübergreifende wissenschaftliche Zusammenarbeit im Vordergrund der Forschungsaktivitäten. Am Institut Applied Geophysics
and Geothermal Energy des E.ON ERC wurde in den vergangenen Jahren ein neuer Ansatz zur Entwicklung und Bewirtschaftung geologischer Reservoire entwickelt. Geothermische Energiequellen können
mit dieser komplexen Methodik, in der die Kombination von Messungen, Bohrungen und prognostischen Berechnungen eine wichtige Rolle spielt, auf ihr Langzeitverhalten in puncto Sicherheit und Wirtschaftlichkeit untersucht werden. Ähnliches gilt für potenzielle CO2-Speicher. Wechselwirkungen zwi-
18
schen flüssigen und festen Phasen werden ebenso intensiv erforscht wie die langfristigen Auswirkungen
von Druck- und Temperaturänderungen auf die Löslichkeit von Mineralen im Speichergestein.
Geoverbund ABC/J
Der Geoverbund ABC/J ist ein Zusammenschluss der Universitäten RWTH
Aachen, Bonn und Köln mit dem Forschungszentrum Jülich. Das Ziel dieser
Kooperation ist die Bündelung und verstärkte Vernetzung der Kompetenzen in der geowissenschaftlichen Forschung und Lehre sowie die Stärkung der ABC/J-Forschungsregion.
Im Fokus steht die Erforschung des dynamischen Systems Erde-Mensch im Kontext des globalen Wandels. Dabei repräsentieren die Geowissenschaften der ABC/J-Region das ganze Spektrum der terrestrischen Geowissenschaften. Im Geoverbund ABC/J werden gezielt Synergien genutzt, die sich aus diesem
breiten Spektrum an Disziplinen und gemeinsamen Infrastrukturen ergeben. Die Etablierung großer
Verbundprojekte unter Nutzung transdisziplinärer Ansätze steht in der Forschung, aber auch für die
Lehre und Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses im Vordergrund.
OWI Oel-Waerme-Institut GmbH
Die OWI Oel-Waerme-Institut GmbH erforscht und entwickelt als gemeinnützige, freie Forschungseinrichtung in Zusammenarbeit mit Partnern aus
Industrie und Forschung Konzepte und Technologien auf dem Gebiet der
Wärme- und Stromerzeugung. Der Schwerpunkt liegt auf der energieeffizienten und schadstoffarmen Nutzung flüssiger fossiler und regenerativer Brenn- und Kraftstoffe. Gegenstand der Forschung und Entwicklung sind die Bereiche Herstellungsverfahren, Stoffeigenschaften, Anwendung und Speicherung, Konzeptentwicklung sowie Technologiebewertung und -transfer. Das Ziel
der Arbeiten ist die Entwicklung neuer, marktfähiger Produkte.
Das OWI ist ein An-Institut der RWTH Aachen und versteht sich als Mittler zwischen Grundlagenforschung und Anwendung. Im Rahmen des Technologietransfers bearbeitet das OWI sowohl aus öffentlichen Fördermitteln finanzierte Projekte als auch industrielle Forschungsaufträge. Zu den Kunden gehören beispielsweise Hersteller von Haushaltsheizungen, Unternehmen der Automobilzulieferindustrie,
der Mineralölwirtschaft und des Industrieofenbaus.
RFCS – Research Fund Coal and Steel
Das Ziel des europäischen RFCS-Projektes “FEATureFACE” mit einem Gesamtprojektvolumen von 3,5
Mio. EUR besteht in der Entwicklung eines zuverlässigen Umfeld-Überwachungssystems für Maschinen
und Fahrzeuge in der Rohstoffgewinnung, das verschiedene elektromagnetische Technologien zur simultanen Objekt-Lokalisation nutzt. Das System bietet ein großes Potential zur Effizienzsteigerung von Abbaumaschinen und liefert einen Beitrag zur Erhöhung der Sicherheit und zur Prozess-Optimierung. Das
entlang der Wertschöpfungskette aufgestellte Konsortium unter Federführung des IMR der RWTH Aachen besteht dabei aus Universitäten, Technologielieferanten, Maschinenherstellern sowie Bergwerksbetreibern aus 4 Ländern.
SFB 761: Stahl - ab initio; Quantenmechanisch geführtes Design neuer Eisenbasiswerkstoffe
Im SFB 761 „Stahl ab initio“ arbeiten seit 2007 verschiedene Institute der RWTH Aachen mit dem Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf am „quantenmechanisch geführten Design neuer Eisenbasis-Werkstoffe“ zusammen.
Dazu werden auch ab initio Methoden genutzt, die ausschließlich auf Naturkonstanten
basieren und Informationen zum atomistischen Aufbau und letztendlich zu den Werkstoffeigenschaften liefern. Erstmals werden naturwissenschaftliche Ansätze und ingenieurmäßige Vorgehensweisen zur Entwicklung neuer Stähle kombiniert. In der von der DFG für weitere
vier Jahre genehmigten zweiten Antragsphase von Juli 2011 bis Juni 2015 verfolgt die Forschergruppe
folgende langfristige Aufgaben:
19



Entwicklung einer methodischen Vorgehensweise zur Werkstoff- und Prozessentwicklung basierend auf ab initio Ansätzen,
Werkstoff-Design einer neuen Klasse von Strukturwerkstoffen mit außergewöhnlichen Eigenschaftskombinationen,
Beschleunigung der Entwicklungszeit und Reduzierung des Aufwandes bei der Entwicklung neuer Werkstoffe und Prozesse
SFB 806: „Our way to Europe“
Am interdisziplinären SFB 806 („Our way to Europe“) sind zwei Professoren der RWTH
Aachen in vier Teilprojekten beteiligt. Federführend ist hier die Universität zu Köln;
die Universität Bonn ist ebenfalls beteiligt. In Zusammenarbeit zwischen Archäologen,
Geologen, Geographen, Bodenkundlern und Ethnologen wird die Ausbreitung des
anatomisch modernen Menschen von Afrika bis nach Europa unter verschiedenen
Aspekten betrachtet. Die Aachener Gruppen beschäftigen sich in einer Zusammenarbeit mit Archäologen überwiegend mit der Rekonstruktion der Paläoumweltbedingungen und Anwendung moderner geowissenschaftlicher Methoden.
SFB 917: Nanoswitches
In der konventionellen Halbleiterelektronik beeinträchtigen strukturelle Defekte die
Qualität von Bauelementen. Im Gegensatz dazu können solche Defekte in Oxiden und
bestimmten Chalkogeniden die entscheidenden nanoskaligen Funktionseinheiten sein.
Drei auf diesen Phänomenen beruhende Schaltprozesse untersucht seit 2011 der Sonderforschungsbereich 917 Resistiv schaltende Chalkogenide für zukünftige Elektronikanwendungen: Struktur, Kinetik und Bauelementskalierung – Nanoswitches der DFG. Die Erkenntnisse
aus den Forschungen könnten zu einem Paradigmenwechsel in der Halbleiterelektronik und zu neuen
defektbasierten Bauelementen führen. In diesem ausgesprochen interdisziplinären SFB mit engen Bezügen zur Jülich-Aachener Forschungsallianz JARA-FIT (Fundamentals of Future Information Technology)
arbeiten Forscher aus den Fakultäten für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (1), Georessourcen und Materialtechnik (5) und Elektrotechnik und Informationstechnik (6) der RWTH, zahlreiche
Institute des Forschungszentrums Jülich (Peter Grünberg Institute) sowie mit Access ein An-Institut der
RWTH Aachen eng zusammen.
Tibetan Plateau: Formation – Climate - Ecoystems (TIP) und CAME: BMBF Verbundprogramm WTZ
Zentralasien – Monsundynamik & Geoökosysteme
Mehrere Professuren der Fachgruppe Geowissenschaften und Geographie sind am Schwerpunktprogramm 1372 Tibetan Plateau:
Formation – Climate - Ecoystems (TiP) der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Förderschwerpunkt Zentralasien
(CAME) des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF)
in Verbundprojekten beteiligt. Die laufenden Arbeiten behandeln neotektonisch bedingte Landschaftsveränderungen, landschaftsökologische und paläoklimatische Untersuchungen an Sedimenten und die
Wechselwirkung zwischen Klimavariabilität, großräumiger klimatischer Steuerung und der Vergletscherung bzw. den Wasserhaushaltsgrößen auf dem tibetischen Plateau und in der nördlichen angrenzenden, semiariden Region Nordchinas (Gansu/ Innere Mongolei).
Urban Future Outline (UFO)
Urban Future Outline (UFO) ist ein Projektbündel im Projekthaus HumTec, einer
Maßnahme im Rahmen der dritten Linie, der sogenannten Zukunftskonzepte der
Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder an der RWTH Aachen. Institute aus
fünf Fakultäten der RWTH Aachen, u. a. auch federführend das Geographische Institut, behandeln in UFO in einem integrativen Ansatz Problemstellungen von Städten im 21. Jahrhunderts. Ziel des Projektes ist die Erarbeitung eines holistischen Gesamtkonzepts für ein
ethisch verantwortungsvolles, an Bedürfnissen von Menschen und gesellschaftlichen Rahmenbedingun-
20
gen orientiertes Wohnen in urbanen Umgebungen. Umgesetzt wird dies über ein Forschungsdesign, das
Mobilität, Energie und Stadtquartiersentwicklung mit Fragen der Akzeptanz, Kommunikation, ethischnormativen Kontexten, Umweltverträglichkeit und Gesundheit in einer alternden Gesellschaft zusammenführt.
ZMB – Zentrum Metallische Bauweisen
Die Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen verfügt in ihren Fakultäten für Bauingenieurwesen, Maschinenwesen sowie Georessourcen und Materialtechnik über leistungsstarke Institute, die mit der Werkstoff-Forschung und anwendung in verschiedenen Fachsparten befasst sind. Die Forschungsaufgaben und die Ergebniserwartung industrieller Partner erfordern in zunehmendem Maße eine interdisziplinäre Zusammenarbeit über
die Fachgebiete hinweg. Ebenso ist für die Lehre eine zusammenhängende Betrachtung von Herstellung,
Verarbeitung und Anwendung von Werkstoffen mit einem unmittelbaren Praxisbezug erforderlich. Aus
der Fakultät sind 2 Institute der Fachgruppe Materialwissenschaft und Werkstofftechnik beteiligt. Das
zmb betreibt ein eigenes Forschungsgebäude im Campus Melaten, dessen Laborfläche 2012 wesentlich
erweitert wurde.
21
Fachgruppe Geowissenschaften und Geographie
Professoren
Junior Prof. Dr. Evgeny Alekseev
Univ.-Prof. Dr.rer.nat. Dr.h.c. Rafig Azzam
Univ.-Prof. Dr.rer.nat. Christoph Clauser
Univ.-Prof. Dr.phil. Martina FromholdEisebith
Univ. Prof. Dr. rer. nat. Valentin Gordeliy
Univ.-Prof. Dr. Hendrikus Johannes
Hendricks-Franssen
Prof. Dr.rer.nat. Christoph Hilgers
Professurvertreter
Univ.-Prof. Peter Kukla, Ph. D.
Univ.-Prof. Dr.rer.nat. Frank Lehmkuhl
Univ.-Prof. Dr.rer.nat. Franz Michael Meyer
Univ.-Prof. Dr.phil. Cordula Neiberger
Univ.-Prof. Dr.phil. Carmella Pfaffenbach
Univ.-Prof. Dr.rer.nat. Klaus Rudolf
Reicherter
Univ.-Prof. Dr.rer.nat. Georg Roth
Univ.-Prof. Dr.rer.nat. Thomas R. Rüde
Univ. Prof. Dr.rer. nat. Magdalena ScheckWenderoth
Univ.-Prof. Dr.rer.nat. Christoph
Schneider
Univ.-Prof. Dr.rer.nat. Helge Stanjek
Univ.-Prof. Janos Urai
Univ.-Prof. Dr. Jan van der Kruk
Prof. Dr. Axel Wellmann
Institut für Energie- und Klimaforschung (FZ Jülich)
Lehrstuhl für Ingenieurgeologie und Hydrogeologie
Lehrstuhl für Applied Geophysics and Geothermal
Energy
Lehrstuhl für Wirtschaftsgeographie
Lehr- und Forschungsgebiet Biokristallographie
Lehr- und Forschungsgebiet Wissenschaftliches
Rechnen in terrestrischen Systemen
Lehr- und Forschungsgebiet Reservoir-Petrologie
(N.N.)
Lehrstuhl für Geologie und Paläontologie und Geologisches Institut
Lehrstuhl für Physische Geographie und Geoökologie
Lehrstuhl für Geologie, Geochemie und Lagerstätten
des Erdöls und der Kohle
Lehrstuhl und Institut für Mineralogie und
Lagerstättenlehre u. Labor für Geochemie und Umweltanalytik
Lehr- und Forschungsgebiet Wirtschaftsgeographie
der Dienstleistungen
Lehr- und Forschungsgebiet Kulturgeographie
Lehr- und Forschungsgebiet Neotektonik und Georisiken
Lehrstuhl und Institut für Kristallographie (N.N.) und
Lehr- und Forschungsgebiet Angewandte Kristallographie und Mineralogie
Lehr- und Forschungsgebiet Hydrogeologie
Sedimentbeckenanalyse (GFZ Potsdam)
Lehr- und Forschungsgebiet Physische Geographie
und Klimatologie
Lehr- und Forschungsgebiet Ton- und Grenzflächenmineralogie
Lehr- und Forschungsgebiet Geologie - Endogene
Dynamik
Lehr- und Forschungsgebiet Hydrogeophysik
Juniorprofessur Numerical Reservoir Engineering
22
Die Fachgruppe Geowissenschaften und Geographie der RWTH sieht sich mit ihrem Leitthema „Georessourcenmanagement“ und ihren thematischen Schwerpunkten in den Kompetenzbereichen Umwelt und
Gesellschaft, Georessourcen und Materialwissenschaften und Werkstofftechnik innerhalb der Fakultät
Georessourcen und Materialtechnik in einer verantwortungsvollen Rolle. Mit ihrem Profil, das bereits im
Rahmen der eigenen Fachgruppe natur-, ingenieur- und gesellschaftswissenschaftliche Themen verknüpft, und der vielfältigen Vernetzung innerhalb der Fakultät trägt die Fachgruppe zum Leitbild der
‚Integrierten Interdisziplinären Technischen Hochschule’ RWTH bei. Georessourcen wie Energie-, metallische und mineralische Rohstoffe, Wasser, Boden und Klima bilden die entscheidenden Lebensgrundlagen der Gesellschaften und ihrer Ökonomien. Auf der Grundlage eines System- und Prozessverständnisses werden Strategien entwickelt und Handlungsoptionen für den nachhaltigen Umgang mit diesen Ressourcen aufgezeigt.
Die Fachgruppe hat im Zuge ihrer Profilbildung vier Forschungsfelder im Rahmen der Kompetenzbereiche der Fakultät definiert. Dies sind die Forschungsfelder Umwelt, Gesellschaft, Raum, Wirtschaft
(1); Erneuerbare Ressourcen und Umweltmanagement (2); Energy and Mineral Resources (3) und Geomaterialien (4). Forschungsprojekte der letzten Jahre zeichnen sich aufgrund der Komplexität der Forschungsaufgaben durch fachübergreifende Zusammenarbeit im nationalen und internationalen Rahmen
aus. Vernetzungen der Fachgruppe GuG innerhalb der RWTH bestehen im Zuge der Beteiligung an
„HumTec“ (Urban Future Outline (UFO)) und zum FZ Jülich im Rahmen der Jülich-Aachen Research
Alliance in den Bereichen Energie, Simulation und Informationstechnologie (JARA-Energy, JARA-HPC und
JARA-FIT). Ein weiteres Bespiel der engen Forschungs- und Lehrvernetzung mit dem Forschungszentrum
ist die Einrichtung von drei Leerprofessuren und einer Juniorprofessur nach dem Jülicher Modell. Mit
der Gründung des Forschungsnetzwerkes „ABC/J“ (Aachen, Bonn, Köln, Jülich) wird seit 2010 eine Profilschärfung der beteiligten Standorte vollzogen. Die Fachgruppe ist durch die Beteiligung am Transregio
SFB32, dem Quartärforschungszentrum (QSGA) sowie dem SFB806 „Our Way to Europe“ in dieses Netzwerk eingebunden.
Beispiele für die Vernetzung mit der Industrie sind die Beteiligungen am 2011 etablierten SiemensForschungsbereich (SFB) „Seltene Erden“ und am E.ON Energy Research Center (ERC) sowie die seit
2008 andauernde Forschungskooperation mit dem BASF-Tochterunternehmen Wintershall Holding
GmbH.
Weiterhin ist die Fachgruppe an Studiengängen der GUtech im Oman beteiligt und führt gemeinsam mit
den Universitäten in Zürich und Delft den IDEA-League-Masterstudiengang „Applied Geophysics“ durch.
Auch einige an der RWTH Aachen angesiedelte Masterstudiengänge werden mittlerweile ganz oder
teilweise in englischer Sprache durchgeführt. Das Deutsch-Indische Zentrum für Nachhaltigkeit (IGCS –
Indo-German Center for Sustainability) wird seit 2010 unter Federführung eines Fachgruppenmitglieds
am Indian Institute of Technology (IIT) in Chennai (Madras) etabliert.
Honorarprofessoren
apl. Professoren
Privatdozenten
Prof. Dr.-Ing. Horst Düllmann
Prof. Dr.rer.nat. Christoph
Hilgers
Prof. Dr.phil. Gerrit Köster
PD Dimitrios Nicholas
Argyriou, Ph.D.
PD Dr.rer.nat. Stefan Back
PD Dr. rer.nat. Wilfried Bauer
PD Annika Dziggel, Ph.D.
PD Dr.rer.nat. Jochen Kolb
Prof. Dr.phil Michael Gramm
Prof. Dr.jur. Willi Linkens
Prof. Dr.rer.nat. Christoph Treskatis
Prof. Dr.phil. Wolfgang Römer
Prof. Dr.rer.nat. Wolfgang
Schoop
Prof. Dr.rer.nat. Jan-Claudius
Schwarzbauer
PD Dr.phil.nat. Gabriele
Marquart
PD Dr. rer. nat. Christoph
Neukum
PD Dr.rer.nat. Andreas Voth
Personal
23
Professoren
18*
WMP
30
WMDS
49
NWMPS
37
NWMDS
7
Auszubildende
8
*ohne Leerprofessoren
Drittmittelausgaben
Drittmittelausgaben der Fachgruppe GuG in 2013
Sonstige; 25%
Wirtschaft; 40%
DFG ohne SFB;
18%
EU; 2%
BMBF; 15%
Abbildung 6: Drittmittelausgaben der Fachgruppe Geowissenschaften und Geographie 2013 in [%]
Studierende
Studierende der Fachgruppe GuG
1,400
7
1
1,200
5
Anzahl
1,000
97
128
115
5
17
800
445
427
377
600
400
616
657
714
WS 2011/12
WS 2012/13
WS 2013/14
200
0
Bachelor
Master
Diplom
Promotion
Sonstige
Abbildung 7: Entwicklung der Studierendenzahlen der Fachgruppe Geowissenschaften und Geographie
24
Absolventen
Absolventen der Fachgruppe GuG
350
300
Anzahl
250
200
150
100
50
15
70
16
17
3
2
88
12
40
129
17
4
24
6
167
180
11
11
70
104
13
114
150
105
0
2009
Bachelor
2010
Master
2011
Diplom
Magister
2012
2013
Promotionen
Abbildung 8: Entwicklung der Absolventenzahlen der Fachgruppe Geowissenschaften und Geographie
25
Lehrstuhl für Ingenieurgeologie und
Hydrogeologie
Univ.-Prof. Dr. Dr. h.c. Rafig Azzam
Personal
PS*
Professoren
1
Akademische Oberräte
2
Wissenschaftliche Mitarbeiter
DS**
13
5
Wissenschaftliche Hilfskräfte
2
1
Studentische Hilfskräfte
1
3
* PS: Planstellen
** DS: Drittmittelstellen
Der Lehrstuhl für Ingenieurgeologie und Hydrogeologie (LIH) lehrt und forscht auf den Gebieten Ingenieurgeologie, Umweltgeologie,
Wassermanagement und Geodatenmanagement. Die sowohl grundlagenbasierte als auch
anwendungsorientierte Forschung beschäftigt
sich mit Fragestellungen der sicheren und
nachhaltigen Ressourcennutzung. Die Lehre hat
das Ziel einer hochqualifizierten wissenschaftlichen und anwendungsorientierten Ausbildung
der Studenten.
Schwerpunkte in der Lehre
A) Angewandte Geowissenschaften
(B.Sc./M.Sc.)
Der Lehrstuhl ist fest in die Lehre für den Bachelor- und den Masterstudiengang „Angewandte Geowissenschaften“ eingebunden. Neben den mehrteiligen Grundlagenvorlesungen
der Ingenieurgeologie werden vertiefende Veranstaltungen zu den Themen Felshohlraumbau,
Umweltgeotechnik, Deponietechnik und Brachflächenmanagement angeboten.
C) Lehr-Exporte
Für andere Studienrichtungen wie Bau-, Entsorgungs-, Umwelt-, Wirtschafts- oder Rohstoffingenieurwesen und Angewandte Geographie
werden z.T. speziell aufbereitete Veranstaltungen angeboten, in denen in der Regel die Interaktionen zwischen Untergrundeigenschaften,
Umweltaspekten und anthropogenen Eingriffen
im Fokus stehen.
Forschungsschwerpunkte
Nichtwissenschaftliche Mitarbeiter
B) Georessourcenmanagement
(B.Sc./M.Sc.)
Am Studium „Georessourcenmanagement“ ist
der Lehrstuhl mit Grundveranstaltungen zu
Geographischen Informationssystemen sowie
zur Ingenieur- und Hydrogeologie beteiligt. Dieses Wissen wird dann im Masterstudium vor
allem in den Modulen Ingenieurgeologie, Management von Massenbewegungen und Flächenmanagement vertieft.
A) Ingenieurgeologie der Locker- und
Festgesteine
Zur Verbesserung der Prozessbeobachtung und
-prognose untersucht und entwickelt der Lehrstuhl neue Sensortechnologien wie drahtlose
Sensornetzwerke und Laserscanning. Zudem
werden neue Analyseansätze wie Data Mining
und Sensorfusion erforscht. Weitere Aktivitäten
beschäftigen sich mit Bodenadhäsion an Werkzeugen, hydraulischem Grundbruch, Risikoanalysen für die CO2-Einlagerung im Untergrund
und Planung von Pumpspeicherkraftwerken.
B) Hydrologie in der Ingenieurgeologie
Der Bereich Hydrogeologie und Hydrologie befasst sich mit der quantitative Analyse von Abflussprozessen an der Erdoberfläche und damit
gekoppelten Phänomenen im teil- und vollgesättigten Untergrund. Damit verbunden sind die
Entwicklung von Konzepten zum Trinkwasserschutz, Betrachtung des Stofftransports
und die Untersuchung der Mobilität synthetischer Nanopartikel in Boden und Grundwasser.
C) Wassermanagement
Nachhaltiges Wasser- und Ressourcenmanagement in Entwicklungs- und Schwellenländern
wird durch eine nie dagewesene Urbanisierungsdynamik immer wichtiger und komplexer.
Der Lehrstuhl untersucht in Rahmen von Projekten in Indien und China die Auswirkungen urbaner Landnutzung auf die Wasserressourcen
bzw. die Interaktion von Urbanisierung und
Wasserressourcen in Megastädten.
26
D) Natursteine, Natursteinverwitterung, Denkmalschutz
Viele Bauwerke weltweit wurden aus Naturstein
geschaffen. Die Natursteine unterliegen den
komplexen Prozessen der Verwitterung. Aktivitäten des Lehrstuhls umfassen Natursteinprüfung, Qualitätskontrolle von Natursteinen als
Baumaterial, Grundlagenforschung zur Natursteinverwitterung sowie Schadensdiagnose an
Natursteinbauwerken. Ein wichtiges Ziel der
Forschungsarbeiten ist der Beitrag zum möglichst nachhaltig wirksamen Bauwerksschutz.
Ausgewählte Forschungsvorhaben
A) Felskartierung mit LiDAR
Terrestrisches Laserscanning mit LiDAR ist als
mobiles Kartierverfahren seit ca. 10 Jahren verfügbar. Während in der Vergangenheit v.a. die
Oberflächenvermessung und Bilanzierung von
Massenbewegungen im Fokus standen, ist das
Ziel der Anwendung und Forschung am LIH die
Entwicklung virtueller Aufschlussmodelle um
ingenieurgeologische Fragestellungen zu lösen.
Neben der reinen Visualisierung und Dokumentation gehören hierzu automatische Trennflächenanalysen und Kluftkartierungen. So können
z.B. Störungs- und Kluftsysteme lagegetreu zur
Beurteilung ihrer Relevanz in Bauprojekten dargestellt werden. Zudem erlaubt die Betrachtung
und Verfügbarkeit der Daten in 3D eine bessere
räumliche Extrapolation der Daten für Planungszwecke.
B) Hydrologie von Pumpspeicherkraftwerken
Das Unterbecken des geplanten Pumpspeicherkraftwerks Blautal soll innerhalb eines Taleinschnittes mit dem aufgefahrenen Steinbruchabschnitt, aber ohne technische Abdichtung der
Beckensohle und -flanken errichtet werden. Die
Machbarkeit dieser Konstruktionsvariante muss
aus hydrogeologischer und geotechnischer Sicht
geprüft werden. Mit einem numerischen
Grundwasserströmungsmodell werden für das
Untersuchungsgebiet die Auswirkungen des
Vorhabens auf die Grundwasserverhältnisse
simuliert und entsprechenden Maßnahmen zur
Begrenzung der prognostizierten Auswirkungen
bewertet.
C) CO 2 RINA- CO 2 storage Risk
INtegrated Analysis
Eine wesentliche Herausforderung bei der Evaluierung der Nachhaltigkeit von CO2 Speicherszenarien stellt die Entwicklung einer quantitativen Bewertungsstrategie zur Ermittlung
von Leckage-Risiken über Injektionspfade und
Geopfade dar. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes werden numerische Modellierungen
zur Risikoanalyse chemischer Veränderungen im
Schnittstellenbereich Grundwasser - Boden und
Atmosphäre durchgeführt, die mit stochastischen Methoden gekoppelt werden. Ziel des
Projekts ist die Ermittlung und Überprüfung
von Wahrscheinlichkeiten individueller Schadensszenarien zur Grundwasserkontamination
und CO2 Ausgasung über die Bodenzone.
D) nanoFLOW
Künstliche Nanopartikel haben in den letzten
Jahren mehr und mehr ihren Weg in unseren
Alltag gefunden. Über Mobilität und Verbleib
von Nanopartikeln in der Umwelt ist bisher allerdings nur wenig bekannt. Im Rahmen des
Forschungsprojektes nanoFLOW wird das
Transportverhalten von kommerziell erhältlichen Nanopartikeln im Grundwasser untersucht. Hierzu wurden Laborversuche zum
Transport von Nanopartikeln in Festgestein und
Boden durchgeführt und numerisch modelliert
um den Transport sowohl qualitativ als auch
quantitativ zu beschreiben.
E) Wassermanagement in
Megastädten
Seit 2007 leben erstmals weltweit mehr Menschen in Städten als auf dem Land. Besonders
sogenannte Megastädte in Entwicklungs- und
Schwellenländern weisen extrem hohe Dynamiken mit erheblichen Folgen für die Umwelt auf.
Es werden in Indien, Indonesien und China verschiedene Fragestellungen wie der Einfluss der
Urbanisierung auf die Grundwasservulnerabilität, Methoden zur Strukturierung und Entwicklungsprognose einer Megastadt, Wechselwirkungen zwischen Urbanisierung und Wassermanagement untersucht. Derzeit wird an der
Entwicklung eines Wissensbasierten Modellie-
27
rungs- und Simulationstool für komplexe
Mensch-Umwelt-Systeme für diese Fragestellungen gearbeitet.
deutschlands aufgebaute IIT Madras an diese
renommierte Forschungsuniversität platziert,
um die Wissenschaftsbeziehungen zwischen
den beiden Ländern zu intensivieren. Das Zentrum wird vom Lehrstuhlinhaber, Prof. Dr. Azzam, und seinem indischen Kollegen, Prof. Dr.
Rajan, koordiniert.
F) Verwitterungsforschung in Petra /
Jordanien
Die Salzverwitterung ist als eine Hauptursache
von Schäden an Steinbauten bekannt. Trotz
langjähriger Forschung sind die Vorgänge der
Salzverwitterung aber noch wenig verstanden.
Das Forschungsprojekt „PetraSalt“ strebt Verwitterungsmodelle an, die die dynamischen
Wechselbeziehungen zwischen Gestein, Klima,
Salzbelastung und der Entwicklung von Verwitterungsschäden zuverlässig interpretieren. Als
Untersuchungsobjekte dienen Felsmonumente
der berühmten Weltkulturerbestätte Petra in
Jordanien. Für ein hochauflösendes Monitoring
der komplexen Umweltbedingungen an den
Felsmonumenten wird mit einem autonom operierenden Funksensor-Netzwerk eine sehr innovative Technologie eingesetzt.
G) Indo-German Centre for
Sustainability (IGCS)
Das Indo-German Centre for Sustainability
(IGCS), das am IIT Madras angesiedelt ist, dient
seit seiner Gründung im Jahr 2010 als deutschindische Plattform für den Austausch von Wissenschaftlern, Doktoranden und Studierenden,
die in gemeinsamen Projekten, Schools und
Workshops interdisziplinär in Themenbereichen
der Nachhaltigkeit wie Wassermanagement,
Energie, Abfallmanagement, Landnutzung und
ländliche Entwicklung lernen und anwendungsorientiert forschen. Das im Rahmen der
DAAD-Initiative „A New Passage to India“ geförderte Zentrum wurde in Anlehnung an das
1959 mit Hilfe der damaligen Regierung West-
28
Ausgewählte Publikationen








Baier, K.; Sebesvari, Z.; Mohr, J. (2012): Trinkwasser- und Sanitätsversorgung in Varanasi und Hyderabad (Indien).
Millenium-Entwicklungsziele nachgefragt. - Geographische Rundschau 64, 11, 43-47.
Chen, Y-L., Ni, J., Shao, W., Azzam, R. (2012): Experimental study on the influence of temperature on the mechanical
properties of granite under uni-axial compression and fatigue loading. International Journal of Rock Mechanics and
Mining Sciences 56, 62-66.
Heinrichs, K., Azzam, R. (2012): Investigation of salt weathering on stone monuments by use of a modern wireless
sensor network exemplified for the rock-cut monuments in Petra / Jordan - a research project (2010 - 2013), IJHDE 1,
2, 191-216.
Hu, H., Fernandez-Steeger, T.M., Dong, M., Azzam, R. (2012): Numerical modeling of LiDAR-based geological model
for landslide analysis, Automation in Construction 24, 184 193.
Neukum, C., Azzam, R. (2012): Impact of climate change on groundwater recharge in a small catchment in the Black
Forest, Germany. Hydrogeology Journal 20, 3, 547-560.
Nguyen, H.T., Wiatr, T., Fernandez-Steeger, T.M., Reicherter, K., Rodrigues, D. (2013): Landslide hazard and cascading
effects following the extreme rainfall event on Madeira Island (February 2010). Natural Hazards 65, 1, 635 – 652.
Vadillo, I., Benavente, J., Neukum, C. Grützner, C.; Carrasco, F.; Azzam, R., Cristina, L., Reicherter, K. (2012): Surface
geophysics and borehole inspection as an aid to characterizing karst void and vadose ventilation patterns (Nerja research site, S. Spain). Journal of Applied Geophysics, 153-162.
Walter, M., Arnhardt, C., Joswig, M. (2012): Seismic monitoring of rockfalls, slide quakes, and fissure development at
the Super-Sauze mudslide, French Alps. Engineering geology 128, 12-22.
Mitgliedschaften und Kooperationen







Deutsche Gesellschaft für Geotechnik DGGT und
Fachsektion Ingenieurgeologie
International Association of Engineering Geology
and the Environment IAEG
International Association of Hydrogeology IAH
United Nations University UNU
Universität Lüttich - Belgien
Chinese Academy of Sciences CAS
University of Shanghai for Science and Technology USST - China






Sun Yat-sen University, Guangzhou - China
Indian Institute of Technology IIT Madras Indien
Indian Institute of Technology IIT Kanpur - Indien
National Institute of Technology NIT Rourkela Indien
German Jordanian University und Jordan University, Amman - Jordanien
Department of Antiquities und Petra Archaeological Park & Cultural Heritage Commission,
Jordanien
Promotionen
Dong, Mei: Combination of Methodologies for Three-dimensional Geological and Geotechnical Modeling Exemplifying the Inner Aachen City, Germany (2013)
Hu, Hui: Deformation monitoring and modeling based on LiDAR data for slope stability assessment
(2013)
Drittmittelausgaben 2013 in %
BMBF; 7%
Kontakt
Lehrstuhl für Ingenieurgeologie und Hydrogeologie
Lochnerstrasse 4-20
52064 Aachen
Telefon: +49 241 8095740
Fax: +49 241 80 92280
Homepage: www.lih.rwth-aachen.de
Wirtschaft; 11%
DFG ohne
SFB; 16%
Sonstige; 66%
29
Lehrstuhl und Institut für Applied Geophysics and Geothermal Energy, E.ON
Energy Research Center
Semester) abgeschlossen und kann daran anschließend zum Master of Science (Regelstudienzeit vier Semester) geführt werden. Das Studienangebot umfasst neben Grundlagen in Mathematik, Chemie und Physik sowie dem „System Erde“, Vertiefungsrichtungen in den Bereichen Geophysik, Hydrogeologie, Ingenieurgeologie, Geochemie, Lagerstättenkunde und Mineralogie. Die Geowissenschaften leisten einen wichtigen Beitrag für die Nutzung der Erdressourcen
(Erze, Mineralien, Erdöl und Erdgas, Wasser,
geothermische Energie, etc.) und des unterirdischen Raums als Baugrund.
Univ.-Prof. Dr.rer.nat.
Christoph Clauser
(Bachelor)
In diesem interdisziplinären Studiengang (Regelstudienzeit sechs Semester) werden sowohl naturwissenschaftliche Grundlagen (Mathematik,
Physik, Chemie, Geowissenschaften) vermittelt
als auch eine Basis in Rechts- und Wirtschaftswissenschaften sowie Managementaspekten.
Vertiefungsrichtungen sind die Themenbereiche
Wasser, Energie, Boden, mineralische Rohstoffe
und Georisiken. Ein Schwerpunkt ist insbesondere die nachhaltige Nutzung der Georessourcen.
Personal
PS*
Professor
1
Assistenten
2
DS**
Lehrbeauftragte
4
13,5
0,5
3,25
Auszubildende
2
14
* PS: Planstellen
Das Institut für Applied Geophysics and Geothermal Energy forscht schwerpunktmäßig auf
den Gebieten geothermische Energie und geologische CO2-Speicherung, unter Verwendung
von
numerischer
Simulationstechnik,
Petrophysik und Bohrlochgeophysik. Das Forschungsprofil wird durch anwendungsorientierte
Arbeiten bestimmt. Unser Ziel ist ein Beitrag zu
sicherer Energieversorgung sowie umweltbewusster und nachhaltiger Nutzung von Rohstoffen.
Das Institut bietet verschiedenste Veranstaltungen in den Bereichen Geophysik (inkl. Geothermik, Bohrlochgeophysik, NMR, SIP), Petrophysik,
Strömungs- und Transportsimulation sowie
Scientific Reading and Writing an.
A) Angewandte Geowissenschaften (Bachelor/Master)
Der geowissenschaftliche Studiengang wird mit
dem Bachelor of Science (Regelstudienzeit 6
C) Joint Master in Applied Geophysics
(IDEA League)
Das vier Semester umfassende Master-Programm kombiniert die Stärken der drei beteiligten Universitäten. Mögliche Spezialisierungsgebiete sind Kohlenwasserstoffexploration und
-management sowie Umwelt- und Ingenieurgeophysik, einschließlich Exploration und Management geothermischer Ressourcen.
Die Forschungen in den Bereichen geothermische Energie und geologische CO2-Speicherung
werden in eigenständigen Arbeiten, in Kooperationsprojekten mit anderen Instituten und Forschungseinrichtungen oder auch in Zusammenarbeit mit Industriepartnern realisiert. Die Arbeiten finden überwiegend in den Gebieten numerische Simulationstechnik, Petrophysik und Bohrlochgeophysik statt.
Die aktuellen Forschungsprojekte umfassen eine
große thematische Breite. Auf der Laborseite
wurde ein Hochdruck-Hochtemperatur Labor
eingerichtet, um unter in-situ Bedingungen verschiedenste Gesteinseigenschaften zu bestimmen.
30
Bei der numerischen Simulationstechnik liegt ein
Arbeitsschwerpunkt auf der Entwicklung von
Programmen zur 3D-Simulation von reaktiver
Strömung, einund mehrphasigem Stoff- und
Wärmetransport und zur 3D inversen Parameterschätzung, mit Anwendungen auf Porenspeicher, Hot-Dry-Rock Reservoire und CO2Sequestrierung. Weiter wird ein Formalismus
entwickelt, der die Platzierung neuer Erkundungsbohrungen optimiert.
Bohrlochmessungen und deren Interpretation
erfolgen vornehmlich zur Ermittlung der Abfolge
und Eigenschaften der erbohrten Gesteine, aber
auch zur Bestimmung von Paläotemperaturen an
der Erdoberfläche aus der Inversion von Bohrlochdaten und zum Quantifizieren kleinster
Strömungen im tiefen Untergrund anhand ihrer
Wärmetönung. Im Bereich der Gesteinsphysik
sind hauptsächlich thermische und Transporteigenschaften Gegenstand der Forschung. Im
Rahmen von IODP wird eine Kombination von
Petrophysik, Bohrlochmessungen und numerischer Modellierung zur Erforschung des
hydrogelogischen Regimes des New Jersey Shelf
eingesetzt.
Weitere Projekte liegen im Bereich der spektralen Induzierten Polarisation (SIP) bzw. ImpedanzSpektroskopie und Kernspinresonanz (NMR).
Anwendungen sind die Bestimmung von Benetzungseigenschaften von Gesteinen, Vorhersagen
von Wasser- und Gasgehalten im Untergrund,
sowie hydraulischen Eigenschaften vollständig
und teil-gesättigter Gesteine.
Zudem gibt es Projekte im Bereich von Ozeanbohrungen oder auch archäologischen Zielen.
A) Optimierungsstrategien und Risikoanalyse für tiefe geothermische Reservoire – eine Machbarkeits-studie
(MeProRisk-II)
Der Fokus des Verbundprojekts MeProRisk-II
liegt in der Optimierung von Erkundungs-, Entwicklungs- und Betriebsmaßnahmen für geothermische Reservoire. Grundlegende Ziele sind
(1) die Bestimmung von hydrodynamisch und
thermisch relevanten Reservoir-Parametern
sowie ihren Unsicherheiten und (2) die Optimierung der Standortwahl für neue (teure) Explorationsbohrungen, die den maximalen Zugewinn
an Information gewährt.
Die Interdisziplinarität spielt bei MeProRisk-II
eine übergeordnete Rolle. Das Gelingen des Pro-
jekts basiert auf einer Zusammenarbeit zwischen
Geowissenschaftlern, Informatikern und Ingenieuren. Im Fokus der ersten Phase des Projekts
(2007-2010) waren verschiedene Methoden zur
Erfassung von Klüftung im Gestein, Bestimmung
von Gesteinseigenschaften und Weiterentwicklung eines leistungsfähigen Strömungs- und
Tranportsimulators.
In Phase II (2012-2015) werden diese Methoden
auf drei Geothermie-Projekte angewendet, womit der Nutzen dieser Methoden demonstriert
wird.
Schematische Darstellung des Arbeitsablaufs der
Erfassung und numerischen Umsetzung eines
geothermischen Reservoirs.
B) Exergetisch optimierte Betriebsführung eines Gebäudes unter flexibler
Einbindung eines
Erdwärmesondenfeldes
In dem Projekt zur exergetisch optimierten Betriebsführung eines Bürogebäudes geht es um
eine langfristige und nachhaltige Versorgung des
E.ON ERC Hauptgebäudes der RWTH Aachen.
Dabei wird in Zusammenarbeit zwischen dem
Institut für Raumklima und Gebäudetechnik
(EBC) und dem Institut for Applied Geophysics
and Geothermal Energy (GGE) neuste Gebäudetechnik mit regenerativer Energiegewinnung aus
einem Feld von 40 Erdwärmesonden (EWS)
kombiniert.
Herzstück zur Energieversorgung des Gebäudes
ist eine Turbo-Wärmepumpe die über einen
Wärmetauscher mit dem Erdwärmesondenfeld
verbunden ist. Das Erdwärmesondenfeld besteht
aus 40 Doppel-U-Rohr Sonden. Diese sind jeweils
100 Meter tief und um einen dynamischen Betrieb zu ermöglichen in drei Schächte unterteilt.
Zusätzlich sind alle EWS mit Temperaturfühlern
und Durchflussventilen ausgerüstet. Im Gebäude
31
besteht die Möglichkeit über unterschiedliche
Arten der Klimatechnik, wie dezentralen Fassadenventilationsgeräten für Spitzenleistungen
oder Betonkernaktivierung zur Grundversorgung
im Niedertemperaturbereich, entsprechend dem
Bedarf der einzelnen Teilbereiche Wärme und
Kälte zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus
besteht ein großes exergetisch optimiertes Energieeinsparungspotential in der variablen Wärmeverschiebung innerhalb des Gebäudes von
Abwärme aus Server- oder CIP-Räumen in andere Bereiche wie Büros.
Die Steuerung ist automatisiert anhand von
Messwerten aus Luftqualitätssensoren und
Temperatursensoren die im gesamten Gebäude
angebracht sind.
Um die Grundlast des Gebäudes entsprechend
der einzelnen Nutzungsszenarien nachhaltig und
langfristig
zu
gewährleisten
wird
das
Erdwärmesondenfeld komplett überwacht. Jede
der einzelnen EWS ist mit glasfaseroptischer
Messtechnik ausgestattet die es erlaubt mit einer Aufläsung von 10 Zentimetern die Temperatur entlang der EWS zu messen. Diese Messwerte dienen zur Kalibrierung eines Untergrundmodells, welches die Grundlage zur numerischen
Simulation der Temperaturverteilung im gesamten Erdwärmesondenfeld bildet.
Mit SHEMAT-Suite, einem Simulator für Wärme
und Massentransport für poröse Medien, werden anhand des Untergrundmodells Prognosen
hinsichtlich des Langzeitbetriebs des Sondenfelds erstellt.
Somit soll ein exergetisch optimierter und energieeffizienter Betrieb des Gebäudes ermöglicht
werden.
Das dreijährige Forschungsprojekt ist eingebettet in das Kompetenzzentrum High-Performance
Scientific Computing in Terrestrial Systems (HPSC
TerrSys) des Geoverbunds ABC/J. Die Forschung
erfolgt in Kooperation mit dem Lehr- und Forschungsgebiet Hydrogeologie (LFH) der RWTH
Aachen. Ziel ist die Untersuchung der Grundwasserströmung und Permeabilitätsverteilung in
einem tektonisch komplexen FestgesteinsAquifer mittels wissenschaftlichen Hochleistungsrechnens. Als Untersuchungsgebiet dient
der Hastenrather Graben bei Eschweiler, etwa
15 km nordöstlich von Aachen am Übergang des
linksrheinischen Schiefergebirges zur niederrheinischen Bucht. Der karbonische Kohlenkalk bildet den Hauptaquifer, aus dem der lokale Wasserversorger Trinkwasser fördert.
Die
hydraulischen
Eigenschaften
des
Aquifersystems werden mittels statistischer Inversionsverfahren (Monte Carlo-Methode, Ensemble Kalman-Filter) geschätzt und ihre Unsicherheit quantifiziert. Als Basis dienen hydraulische und geophysikalische Daten, die in Kooperation mit dem LFH erhoben werden, sowie ein
hydrogeologisches Untergrundmodell, das am
LFH erarbeitet wird. Für die rechenzeitintensiven
numerischen Vorwärts- und Inversionsrechnungen wird zunächst die Open-MP parallelisierte
Version des Simulationspakets SHEMAT-Suite
verwendet. In einem nächsten Schritt soll eine
weiter entwickelte, hybrid parallelisierte Version des Simulationspakets die Anwendung auf
den Supercomputern des Jülich Supercomputing
Center und der RWTH Aachen ermöglichen.
C) Wassermengenbilanz und Verteilung
von Permeabilität in einem tektonisch
begrenzten Festgesteins-Aquifer
32








Heuser, M., Spagnoli, G., Leroy, P., Klitzsch, N., Stanjek, H., 2012, Electroosmotic flow in clays and its potential for reducing
clogging in mechanical tunnel driving, Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 71, (4), 721—733, Springer,
Berlin
Jorand, R., Vogt, C., Marquart, G., Clauser, C., 2013, Effective thermal conductivity of heterogeneous rocks from laboratory
experiments and numerical modeling, Journal of geophysical research B: Solid earth, 118, 5225—5235, American Geophysical Union, Washington, DC
Mottaghy, D., Dijkshoorn, L., 2012, Implementing an effective finite difference formulation for borehole heat exchangers
into a heat and mass transport code, Renewable Energy, 45, 59—71, Pergamon Press, Oxford
Naderi Beni, A. Kühn, M., Meyer, R., Clauser, C., 2012, Numerical Modeling of a Potential Geological CO2 Sequestration
Site at Minden (Germany), Envrionmental Modeling & Assesment, 17, (4), 337—351, Baltzer Science Publ., Amsterdam
Naderi Beni, A., Stanjek, H., Clauser, C., 2013, The formation of iron hydroxide coatings in an Emscher Marl : inverse reactive transport modeling of reactive surface area, Environmental earth sciences, 71, (2), 763—771, Springer, Berlin
Vogt, C., Iwanowski-Strahser, K., Marquart, G., Arnold, J., Mottaghy, D., Pechnig, R., Gnjezda, D., Clauser, C., 2013, Modeling contribution to risk assessment of thermal production power for geothermal reservoirs, Renewable Energy, 53, 230—
241, Pergamon Press, Oxford
Vogt, C., Kosack, C., Marquart, G., 2012, Stochastic inversion of the tracer experiment of the enhanced geothermal system
demonstration reservoir in Soultz-sous-Forêts — Revealing pathways and estimating permeability distribution,
Geothermics, 42, 1—12, Pergamon Press, Pisa
Vogt, C., Marquart, G., Kosack, C., Wolf, A., Clauser, C., 2012, Estimating the permeability distribution and its uncertainty at
the EGS demonstration reservoir Soultz-sous-Forêts using the ensemble Kalman filter, Water Resources Research, 48,
W08517, 15 S., Union, Washington, DC
 Aachen Institute for Advanced Study in
Computational Engineering Science, AICES
 Jülich Aachen Research Alliance, JARA
o JARA Energy
o JARA High-Performance Computing (HPC)
 Deutsches Forschungsbohrkonsortium e.V.
(GESEP)
 Forschungskollegium Physik des Erdkörpers
e.V. (FKPE)
 Deutsche Geophysikalische Gesellschaft
(DGG)
 European Petrophysics Consortium (EPC)
 European Consortium for Ocean Research
Drilling (ECORD)
 Integrated Ocean Drilling Program (IODP)
Promotionen
Vogt, Christian: Optimization of geothermal energy reservoir modeling using advanced numerical tools
for stochastic parameter estimation and quantifying uncertainties (2013)
Kontakt
Institut für Applied Geophysics and Geothermal Energy,
E.ON Energy Research Center, RWTH Aachen University
Mathieustraße 10
52074 Aachen
Telefon: +49 241 80 49880
Fax: +49 241 80 49889
Homepage: http://www.eonerc.rwth-aachen.de/gge
Wirtschaft; 32%
Sonstige; 57%
DFG ohne SFB;
11%
33
und Geographisches Institut
Zu diesem grundständigen Studiengang des
Geographischen Instituts trägt der Lehrstuhl
Wirtschaftsgeographie mit folgenden Lehrangeboten bei: Grundvorlesungen Industriegeographie, Agrargeographie sowie Raumordnung
und Regionalplanung; Einführung Geostatistik;
Vertiefungsvorlesungen und Hauptseminare zu
diversen Themen im Kontext lokal-globaler
Entwicklungszusammenhänge; Methoden der
Visualisierung; wissenschaftliche Arbeitstechniken/ empirische Methoden; Pro- und Grundseminare mit Geländetagen; Seminar Empirische
Methoden und Projektstudien; Regionalseminare mit großem Regionalpraktikum.
B) M.Sc. Wirtschaftsgeographie
Univ.-Prof. Dr. phil.
Martina Fromhold-Eisebith
Personal
PS*
Professor
DS**
1
Oberingenieur
Akademischer Oberrat
3
1,5
1
10
3
2
* PS: Planstellen
Wie entwickeln sich Wirtschaftsregionen und
welche standortspezifischen Strukturen, Funktionen und Prozesse prägen sie? In welcher Weise wirken dabei Akteure aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik zusammen und welche
Förderansätze erscheinen erfolgversprechend?
Solche Fragen im Spannungsfeld von raumbezogener Analyse, praxisorientierter Konzeption
und Evaluation raumwirksamer Fördermaßnahmen prägen unsere Lehr- und Forschungsaktivitäten. Dabei werden regionale, grenzübergreifende ‚euregionale’, nationale sowie globale
Wirkungszusammenhänge einbezogen, mit Blick
auf das Zusammenspiel naturräumlicher, ökonomischer, sozialer, technologischer und politischer Faktoren.
A) B.Sc. Angewandte Geographie
Das konsekutiv auf dem Geographie-Bachelor
aufbauende Master-Studienprogramm Wirtschaftsgeographie wird großenteils von den
Lehrenden des Lehrstuhls Wirtschaftsgeographie getragen. Der anwendungsbezogene Fokus
der Ausbildung wird hier weiter verstärkt und
vertieft. Dies betrifft die beiden Kernmodule
Wissen, Innovation und Wirtschaftsraum sowie
Regional- und Stadtmarketing, die Vorlesung
Geostatistik II, das Seminar Karteninterpretation sowie Regionalseminare mit großem Regionalpraktikum. Hinzu kommen die teils mit Einbezug von Lehrbeauftragten aus der Praxis gestalteten Wahlmodule Wirtschaftsförderung
und kommunales Management sowie Europäische Raumentwicklung und Grenzräume.
C) Weitere Studiengänge der RWTH
Aufgrund ihrer Ausrichtung auf eine integrierte,
systemische Sichtweise eignen sich die Lehrangebote der Wirtschaftsgeographie gut dafür, in
eine Reihe weiterer Studiengänge der RWTH
eingebunden zu werden. Dies betrifft den in der
Fakultät 5 angesiedelten B.Sc. Georessourcenmanagement sowie Studienprogramme anderer
Fakultäten (z.B. Master Europastudien, Nebenfachoptionen in Studiengängen der Fakultäten 3
und 7). Einzelne Lehrveranstaltungen (z.B. Industriegeographie) werden teils auch von Studierenden der Ingenieurfächer als ‚nichttechnisches Wahlfach’ absolviert.
A) Technologie-/ innovationsorientierte Regionalentwicklung
Wissen und Innovation prägen in wachsendem
Maße die Regionalentwicklung in Industrie- wie
34
Schwellenländern. Forschungen am Lehrstuhl
untersuchen raumbezogene Bedingungen der
Genese, des Einsatzes sowie der Wirkungen
neuer Technologien, bezogen auf diverse Technologiefelder (z.B. Life Sciences, Photovoltaik).
Ein spezieller Fokus liegt dabei auf Wissensnetzwerken zwischen Akteuren, ihren räumlichen Strukturen und Implikationen. Im Zuge der
wachsenden Verschmelzung von Innovationsund Nachhaltigkeitsforschung zeigt sich ein
Trend zu Themen der ‚sustainability transition’
und ‚environmental economic geography’. Dabei kommen neben qualitativen Methoden der
empirischen Sozialforschung auch quantitative
Ansätze zum Einsatz (z.B. formale soziale Netzwerkanalyse).
B) Konzepte der Regionalentwicklung
und –förderung
Die wachsende Konzeptorientierung von Praktiken der Regionalförderung verstärkt die konzeptions- und evaluationsbezogene Forschung
am Lehrstuhl. Unsere Arbeiten betreffen Ansätze wie Innovationssysteme, kreatives Milieu,
Cluster, Wissensregion und ‚regional/ sectoral
resience’ sowie, in global-lokaler Perspektive,
die industrielle Transition. Ein weiterer Schwerpunkt in unserem Team betrifft die Förderthemen Tourismus und Stadt-/Regionalmarketing.
Es werden einerseits konzeptionelle Ansätze
kritisch diskutiert und konstruktiv weiterentwickelt, andererseits die Anwendungskontexte
der neuen Konzepte untersucht sowie Ergebnisse evaluiert.
C) (Grenz)Raumentwicklung der EU
Was regionale Schwerpunkte bei Forschungen
zu den oben genannten Themenfeldern betrifft,
so analysieren wir wirtschaftsräumliche Entwicklungen vor allem in ausgewählten EU-Staaten, inklusive grenzübergreifender Regionen
(Euregio Maas-Rhein mit Belgien und den Niederlanden). Ein weiterer Fokus liegt dabei auf
dem Wirtschaftsraum Iberische Halbinsel. Neben der Analyse wirtschaftsund sozialräumlicher Entwicklungszusammenhänge spielen anwendungsbezogene Perspektiven eine wichtige
Rolle (Regionalförderung/-marketing). Fragen
der Nachhaltigkeit und des Umweltschutzes
gewinnen gerade bei Forschungen zur EURaumentwicklung an Bedeutung.
D) Wirtschaftsräumliche Entwicklungen außerhalb Europas
Im Kontext einer zunehmend internationalisierten Wirtschaft wächst die Bedeutung von Forschungen, welche Entwicklungen in Konkurrenzund Partnerräumen Europas in den Blick nehmen. Am Lehrstuhl liegt der Fokus zum einen
auf industriellen Aufholprozessen in Teilräumen
Süd-, Südost und Ostasiens (Indien, Indonesien,
Taiwan). Zum anderen ziehen die Golfstaaten
wachsendes Interesse auf sich, dabei speziell
der Oman, wo an der German University of
Technology vor einigen Jahren der Studiengang
Sustainable Tourism and Regional Development
implementiert worden ist.
A) ARDIS - Academic Researchers
Driving Innovation Systems
Finanziert über ein Marie-Curie-Stipendium der
EU für eine Gastwissenschaftlerin von der TU
Delft aus dem Bereich Innovationsökonomie
(2011-13), sind wichtige Merkmale, Rahmenbedingungen und Wirkungen der Aktivität anwendungsorientierter Wissenschaftler untersucht
worden. Die Forschungen, die Experteninterviews mit standardisierten Befragungen verknüpfen, beziehen im vergleichenden Ansatz
die fünf Hochschulen der IDEA League ein: Neben RWTH Aachen und TU Delft die ETH Zürich,
ParisTech sowie das Imperial College London.
Ziel des Projekts war zum einen, eine adäquatere Einstufung universitärer Forschungsdisziplinen in das Spektrum zwischen Grundlagen- und
Angewandter Forschung vorzunehmen. In geographischer Hinsicht ging es zum anderen darum, Mechanismen der wissenschaftlichen Kooperation und Determinanten der räumlichen
Ausrichtung von effektiven Kooperationsbeziehungen der untersuchten Wissenschaftler zu
erfassen. Dabei werden jene Akteure als wichtige Knotenpunkte des skalenübergreifenden
Technologietransfers betrachtet. Der methodische Ansatz – in allen einbezogenen Hochschulen wurden Vertreter der gleichen Forschungsdisziplinen befragt (matched pairs-Ansatz) –
ermöglicht, einerseits disziplin- und andererseits standortspezifische Merkmale der Wissensvernetzung zu erfassen.
B) ‚Citizens’ Rail’ – Our Train, Our Station, Our Citizens
Dieses unter Interreg IV-B von der EU ko-finanzierte Projekt (2012-15) versucht, den lokalen
35
und regionalen Zugverkehr bzw. kleine Bahnhöfe durch die Entwicklung von Infrastrukturmaßnahmen und partizipative Bürgereinbindung zu
revitalisieren. Die insgesamt acht Partnerorganisationen aus Großbritannien, Frankreich, den
Niederlanden und Deutschland entwickeln für
fünf einbezogenen Vorhaben in jenen Ländern
zukunftsfähige Ansätze der Attraktivitäts- und
Nutzungssteigerung von ‚slow rail’. Dabei sind
sowohl die wirtschaftlichen und sozialen Strukturen im Bahnhofsumfeld als auch die jeweils
differierenden politisch-organisatorischen Rahmenbedingungen des Bahnsystems und Bahnhofsbetriebs zu berücksichtigen. Ein besonderer
Schwerpunkt liegt darauf, in vielfältiger Weise
regionale Bevölkerungsgruppen in die Gestaltung und Betreuung der Vorhaben einzubinden.
Das Team des Lehrstuhls Wirtschaftsgeographie
ist in diesem Rahmen für die übergreifende
Konzeption und Umsetzung eines Evaluierungsansatzes verantwortlich, der alle bearbeiteten
Vorhaben einbezieht und interregionale Lernprozesse ermöglichen soll. Dabei werden auch
Studierende über Projektstudien und eine internationale Masterclass eingebunden.
C) PM-Lab. Feinstaub-Informationssystem für die Euregio Maas-Rhein
Von der EU ko-finanziert im Zuge von Interreg
IV-A (2010-13), hat dieses Projekt für den gesamten Grenzraum der Euregio Maas-Rhein
grenzübergreifende Standards der Messung,
Regulation und Vermeidung von FeinstaubBelastungen erarbeitet. Dabei wurde mit öffentlichen Partnern in den niederländischen, belgischen und deutschen Teilräumen der Euregio
kooperiert sowie mit Kollegen am eigenen Institut (Klimatologie). Durch den harmonisierten
Ansatz intensiviert das Projekt die Zusammenarbeit im Grenzraum und verbessert den Austausch von Messdaten und -verfahren zwischen
den beteiligten Einrichtungen.
Die Erfassung von maßgeblichen gesetzlichen
Grundlagen zur Feinstaubbelastung sowie ausgeprägten Belastungsquellen in den Bereichen
Industrie und Verkehr stand im Zentrum der
Arbeiten am Lehrstuhl Wirtschaftsgeographie.
Dabei wurden gezielt die herausragenden Feinstaub-Emittenten identifiziert und einer eingehenderen Betrachtung unterzogen. Über empirische Ansätze (Expertengespräche) wurden
diese Akteure daraufhin befragt, welche weiteren Ansätze und Möglichkeiten der Reduktion
von Feinstaub bestehen und unter welchen
Bedingungen diese umsetzbar wären. Dies
schafft die Grundlage für verbesserte politische
Ansätze zum Umweltschutz.
D) KreativQuartier Mülheim/ Ruhr
Im Auftrag kommunaler Partner werden am
Lehrstuhl Wirtschaftsgeographie regelmäßig
anwendungsorientierte Studien erstellt. Sie
untersuchen konkret für den betreffenden
Teilraum relevante Entwicklungsparameter und
zukunftsfähige Gestaltungsoptionen im Schnittpunkt wirtschaftlicher, sozialer und politischer
Prozesse bzw. Interessen, gestützt auf empirische Untersuchungsansätze.
Für die Stadt Mülheim an der Ruhr sind so in
2013 speziell die mit der Ansiedlung und Unterstützung von Kreativ-Unternehmen verbundenen Entwicklungsoptionen erfasst und bewertet
worden. Dabei ging es zum einen darum, die
spezifischen Wachstums- und Standorterfordernisse branchenangehöriger Akteure zu ermitteln. Zum anderen wurden Immobilien identifiziert, die in besonderem Maße für die Bildung
kooperativer Standortgemeinschaften der Kreativwirtschaft geeignet sind. Die Ergebnisse werden von der Mülheimer Wirtschaftsförderung
konstruktiv für weitere Planungen eingesetzt.
36





Dewald, U. (2012): Energieversorgung im Wandel - Marktformierung im deutschen Photovoltaik-Innovationssystem.
Berlin: LIT.
Fromhold-Eisebith, M. & M. Fuchs (eds) (2012): Industrial Transition. New Global-Local Patterns of Production, Work,
and Innovation. The Dynamics of Economic Space Series. Ashgate: Farnham.
Fromhold-Eisebith, M. (2012): Clusterförderung und regional resilience – zum (unmöglichen?) Spagat zwischen Stabilität und Anpassungsfähigkeit. In: Koschatzky, K., Stahlecker, T. (Hrsg.): Clusterpolitik quo vadis? Perspektiven der
Clusterförderung. Karlsruhe: Fraunhofer-Verlag, 33-53.
Fromhold-Eisebith, M. & C. Werker (2013): Universities' functions in knowledge transfer: a geographical perspective.
In: Annals of Regional Science, online DOI 10.1007/s00168-013-0559-z .
Voth, A. (2013): Schutz und Förderung regionaler Agrarprodukte in der EU. In: Praxis Geographie 4/13, S. 40-46 .



Verband der Geographen an deutschen Hochschulen - VGDH
Mentor Panel der Commission on the Dynamics
of Economic Spaces der International Geographical Union – IGU
Landesarbeitsgemeinschaft NRW der Akademie
für Raumforschung und Landesplanung – ARL


Wissenschaftlicher Beirat der Zeitschrift für
Wirtschaftsgeographie
Mitherausgeberin der Geographischen Zeitschrift und der Reihe ‚Wirtschaftsgeographie’,
LIT-Verlag
Promotionen
Backhaus, Wolfgang: Netzwerkmanagement für Lernende Regionen am Beispiel des BMBF-Programms
"Lernende Regionen - Förderung von Netzwerken (2012)
Trienes, Marco: Innovation und Governance über Grenzen? Perspektiven eines grenzüberschreitenden
Regionalen Innovationssystems. Das Beispiel der roten Biotechnologie in der Euregio Maas-Rhein (2013)
Sonstige; 11%
DFG ohne
SFB; 3%
Wirtschaft; 22%
Kontakt
Seminargebäude Wüllnerstr. 5b
52056 Aachen
Telefon: 0241-8093640 (Sekretariat: -93645)
Fax: 0241-8092309
Homepage: http://www.econgeo.rwth-aachen.de
EU; 64%
37
Chair for scientific computation in terrestrial systems
Univ. Prof. Dr.-Ing. Harrie-Jan Hendricks
Franssen
Personal
PS*
DS**
Professor
1
0
Oberingenieur
0
0
0
0
2
6,5
0,5
0
0
0
0
0
* PS: Planstellen
The chair of „scientific computation in terrestrial systems“ provides MSc courses in the areas
of numerical modelling of flow and transport
processes in terrestrial systems, environmental
data analysis and the improvement of numerical models with help of data. The chair is occupied since September 2009. The research focuses on improving predictions with integrated
hydrological models, including the subsurface
and surface compartments and the interaction
between the atmosphere and the land surface.
An objective is also the operational implementation of real-time models to reduce the risk of
natural or human hazards. The research is carried out at the research centre Julich, and financed by the Helmholtz association and acquired funding.
A) Data Analysis in Geosciences
Environmental data play a crucial role in environmental sciences. A critical analysis of data
sets, detecting structures in complex multivariate data sets and deducing preliminary conclusions on the basis of a purely empirical analysis
are of importance for the use of data together
with numerical simulations. The data analyses
focus on spatial and temporal data sets, using
geostatistical techni-ques (variogram estimation, simple kriging, cokriging, MultiGaussian
simulation) and time series analysis (in the continuous, discrete and frequency domain). Also
basic statistical techniques for exploratory data
analysis are discussed. The course “data analysis
in the geosciences” is offered for the MSc Applied Geosciences and the MSc Applied Geophysics.
B) Flow and transport modeling
Models for flow and transport processes in the
subsurface can predict the yield of a drinking
water well, the migration of a contaminant
plume or the amount of recharge that an aquifer receives from rainfall and rivers. This lecture
discusses the flow and transport equations and
their numerical solutions. The interaction with
rivers and methods to calculate recharge from
rainfall are also topics of attention. Another
important aspect is the uncertainty of the numerical modeling of flow and transport processes and the quantification and reduction of
this uncertainty with help of inverse modelling
methods. The course “modeling of flow and
transport processes” is offered for the MSc Applied Geosciences.
A) Land surface modeling
The condition of the land surface (for example
soil moisture contents) plays an important role
in many applications. Soil moisture content is
important in regional climate models as soil
moisture content plays an important role in the
energy partitioning (between sensible, latent
and ground heat flux) at the land surface. For
flood risk forecasting it is also important to
know soil moisture contents, as intensive rainfall on wet soils generates faster surface runoff
than on relatively dry soils. The research focuses on an improved characterization of the
land surface states and the exchange fluxes of
water and energy between the land surface and
the atmosphere, at the mesoscale (or catchment scale). The improved characterization of
these states and fluxes is heavily focused on the
simultaneous assimilation of several data types
at different scales: land surface temperature
from MODIS, brightness temperature from
SMOS, leaf area index from MODIS, latent and
38
sensible heat fluxes measured by the eddy covariance technique, evapotranspiration and
groundwater recharge measured by lysimeters,
soil moisture contents from TDR and cosmic ray
probes, river discharge and groundwater levels.
We are developing an integrated multiscale
multivariate data assimilation system in combination with integrated subsurface- land surface
models.
B) Stream aquifer interaction
Streams and aquifers show complex interactions in space and time and often aquifers receive considerable amounts of water from
streams that infiltrate into the groundwater. At
the same time, aquifers support stream flow,
especially during longer dry periods. Not only
water, but also pollutants, heat and nutrients
are exchanged between streams and aquifers.
This research line focuses on a better characterization of the exchange fluxes between rivers
and aquifers. On one hand, a better process
under-standing is aimed at, including coupled
modeling of groundwater flow and heat transport, and including the role of riverbed heterogeneity and its modification during flood
events. On the other hand, thermal data carry
important information on the exchange fluxes
between streams and aquifers. The sequential
assimilation of thermal data is therefore also
expected to yield an improved estimate of exchange fluxes, and groundwater levels and
groundwater temperatures. In particular, we
focus on the assimilation of temperature data
measured by distributed temperature sensing
(DTS), using fiber optic cables.
C) Parameter identification of
groundwater models
The prediction of groundwater flow, solute
transport and heat transport is strongly affected
by uncertainty of hydraulic conductivities. This
uncertainty can be modeled and reduced with
Monte Carlo based inverse modeling techniques. Often it is assumed that the spatial variability of hydraulic conductivities shows a MultiGaussian distribution. However, there is geological evidence that in natural formations hydraulic conductivity often shows complex NonGaussian patterns. This research aims at generating multiple equally likely realisations of hydraulic conductivity taking into account such
geological information, conditioned to time
series of piezometric head, concentration and
temperature data, and also static data like hydraulic conductivity and porosity.
D) Analysis of long-term time series of
evapotranspiration
Evapotranspiration is difficult to measure. There
is therefore also still a large uncertainty on
temporal trends in evapotranspiration in different regions of the world. Since about two decades a world-wide network measures
evapotranspiration with the eddy covariance
technique. However, this time series is still relatively short and affected by systematic and random errors. Lysimeter data give local highly
accurate information on evapotranspiration and
long time series are available. This project focuses on collecting long time series over the
world and analyzing temporal trends in those
time series.
E) Real-time optimization of irrigation
Large parts of the word are affected by scarcity
of water resources and agricultural production
is strongly dependent on irrigation. It is important that irrigation amount is optimized in order
to avoid unnecessary irrigation on one hand and
avoid also agricultural production losses. Optimization of irrigation can be achieved by combining model predictions, real-time information
about soil water status (or plant stress),
weather forecasts from ensemble predictions
and an optimization routine which takes into
account logistic and economical constraints.
Our real-time approach was already tested operationally for citrus fields in Spain, and will be
further developed and tested.
A) TR-32, subproject C6 (DFG)
The condition of the land surface (for example
soil moisture contents) plays a key role in the
water and energy budget of the vegetation,
subsurface and lower atmosphere. An adequate
large scale characterization of soil moisture is
important to improve weather and hydrological
predictions. This subproject focuses on the use
of sequential data assimilation techniques to
improve the characterization of the land surface. The main focus is on the multi-scale assimilation of soil moisture data, namely point
measurements, field scale measurements by
cosmic ray probes and larger scale measurements by passive microwave remote sensing
techniques. New multi-scale data assimilation
39
techniques have been developed to jointly assimilate these different sources of information
and update model parameters.
B) Wasserportfolio (HGF-funding)
This project focuses like TR-32 on the use of
sequential data assimilation techniques to improve the characterization of the land surface.
Here the main focus lies on the multivariate
data assimilation, which means that various
data types are jointly used to improve model
predictions. This includes multiscale soil moisture data, multiscale evapotranspiration data
(from eddy covariance and lysimeter) and river
discharge.
C) EXPEER (FP7 project from EU)
This project focuses like TR-32 and the Wasserportfolio on the use of sequential data assimilation techniques to improve the characterization
of the land surface, but also inverse modelling
techniques are considered. This project is primarily focused on upscaling the measured carbon dioxide fluxes from the very small scale to
the catchment scale. Measurements which are
used for upscaling are net ecosystem exchange
fluxes as measured by eddy covariance and leaf
area index measured by MODIS.
D) AGADAPT (funded by Climate-KIC
(EU))
Our task in AGADAPT was focused on the realtime optimization of irrigation. This real-time
optimization was done on the basis of model
simulations, measurements and meteorological
predictions which took into account prediction
uncertainty. For the optimization approach,
hydraulic and economical constraints were considered as well. The real-time optimization was
applied on orange fields close to Valencia
(Spain).
E) FOR2131 (funded by DFG)
The research unit data assimilation will establish a united data assimilation framework for a
fully coupled subsurface- land surface- atmosphere model. Our specific project focuses on
multivariate data assimilation with the coupled
subsurface- land surface model ParFlow-CLM. It
is planned to assimilate neutron counts, brightness temperature, land surface temperature,
land surface fluxes measured by eddy covariance and leaf area index. A central aspect of the
research will be determining data value as function of time of year and the availability of other
information.
F) Ensemble Kalman Filter zur Parameterschätzung in geklüfteten und
fluviatilen geothermischen Reservoiren (funded by DFG)
This research is conducted jointly with the
group of Prof. Clauser. We try to develop improved methods for parameter identification
for coupled flow, solute transport and heat
transport in the deep subsurface. In particular,
Ensemble Kalman Filter Methods, which can
sequentially condition to measurement data
will be made more robust for conditions where
model states and parameters are Non-Gaussian.
The approach is applied on a test site for geothermal reservoirs in France.
40




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


Bauser, G., H.J. Hendricks Franssen, F. Stauffer, H.P. Kaiser, U. Kuhlmann and W. Kinzelbach. 2012. A Comparison
study of two different control criteria for the real-time management of urban groundwater works. Journal of Environmental Management 105, 21-29.
Han, X., Hendricks Franssen, H.J., Li, X., Zhang, Y., Montzka, C., Vereecken, H. 2013. Joint Assimilation of Surface Temperature and L-band Microwave Brightness Temperature in Land Data Assimilation. Vadose Zone Journal 12(3).
Kessomkiat, W., Hendricks Franssen, H.J., Graf, A., Vereecken, H. 2013. Estimating random errors of eddy covariance
data: an extended two-tower approach. Agricultural and Forest Meteorology, 171, 203-219.
Kurtz, W., Hendricks Franssen, H.J., Vereecken, H. 2013. Is high resolution inverse characterization of heterogeneous
river bed hydraulic conductivity needed and possible? Hydrology Earth System Sciences, 17, 3795-3813.
Kurtz, W., Hendricks Franssen, H.J., Vereecken, H. 2012. Identification of time-variant river bed properties with the
Ensemble Kalman Filter. Water Resources Research, 48, W10534, doi:10.1029/2011WR011743.
Li, L., H. Zhou, J. Gomez-Hernandez and H.J. Hendricks Franssen. 2012. Jointly mapping hydraulic conductivity and porosity by assimilating concentration data via Ensemble Kalman Filter. Journal of Hydrology, 428-429, 152-168.
doi:10.1016/j.hydrol.2012.01.037.
Schöniger, A., W. Nowak and H.J. Hendricks Franssen. 2012. Parameter estimation by Ensemble Kalman filters with
transformed data: Approach and application to hydraulic tomography. Water Resources Research 48, W04502,
doi:10.1029/2011WR010462.
Stoll, S., Hendricks Franssen, H.J., Bardossy, A. and Kinzelbach, W. 2013. On the relationship between atmospheric circulation patterns, recharge and soil moisture dynamics. Journal of Hydrology 502, 1-9.
EGU (European Geophysical Union)
IAH (International Association of Hydrogeologists).
AGU (American Geophysical Union)
AMS (American Meteorological Society)
ETH Zurich, Zurich, Switzerland
Danish Hydraulic Institute, Denmark
University of Neuchatel, Neuchatel, Switzerland
Technical University of Valencia, Valencia, Spain
Portland State University, Portand OR, USA
University of Stuttgart, Stuttgart, Germany
University of Bonn, Bonn, Germany
Monash University, Monash, Australia
National Centre for Atmospheric Research (NCAR),
Boulder CO, USA
UC Irvine, Irvine CA, USA
Institute for Agronomical Research (INRA), France
Wageningen Agricultural University, Wageningen,
Netherlands
National Centre for Scientific Research (CNRS), Toulouse, France
Promotionen
Kurtz, Wolfgang: Titel Dissertation: Improved characterization of river-aquifer interactions through data
assimilation with the Ensemble Kalman Filter (2013)
Kontakt
Institut IBG-3, Forschungszentrum Julich GmbH
Anschrift Leo Brandtstrasse, 52425 Hülich
Telefon: 02461 61 4462
Fax: 02461 61 2518
Homepage:
http://www.fz-juelich.de/ibg/ibg3/EN/Research/Research%20Topics/Stochastic%20analysis%20of%20terrestrial%20systems/_node.html
41
Lehr- und Forschungsgebiet ReservoirPetrologie
ralen wird in der Polarisationsmikroskopie gelehrt.
Inhalt der MSc-Veranstaltungen ReservoirPetrology und -Geology ist die theoretische und
angewandte Einführung in die Eigenschaften
und das Verhalten von Reservoiren, Speichern
und Reservoir-Gesteinen.
B) Georessourcenmanagement (MSc) &
Applied Geophysics (MSc)
Reservoir-Petrologie
Prof. Dr. Christoph Hilgers
Personal
PS*
Professor
DS**
1
Oberingenieur
1
¼
2
C) Materialwissenschaften (BSc)
Die Polarisationsmikroskopie für Materialwissenschaftler führt in die grundlegenden Arbeitsmethoden ein. Die Methodik dient der
einfachen und schnellen Identifikation von verschiedenen Phasen und Gefügen in Werkstoffen.
4
* PS: Planstellen
Das Lehr- & Forschungsgebiet ReservoirPetrologie, eingebunden in die Energy & Mineral Resources (EMR) Gruppe der Lehreinheit
Angewandte Geowissenschaften, beschäftigt
sich mit den Eigenschaften von porösen und
geklüfteten Reservoir-Gesteinen und deren
Änderungen vom mikroskopischen bis zum Reservoir-Maßstab.
Mit einer umfassenden Charakterisierung und
grundlegenden Experimenten werden Vorhersagen zu Zementationsprozessen in Gesteinen
und den damit einhergehenden Stoff- und FluidMigrationen gemacht. Zur Nutzung des Untergrunds werden strategische Analysen zu Reservoiren und Speichern entwickelt.
(BSc / MSc)
In den BSc-Kursen werden die Grundlagen der
Gesteine und ihrer Genese (Petrologie), sowie
die praktische Arbeit in komplexen Kristallingesteinen behandelt. Die Identifikation von Mine-
Die
MSc-Kurse
Planning-RealizationOptimization sowie Energy Resources Management liefern eine Übersicht des Projektmanagements von der Unternehmensvision bis
zur operativen Umsetzung und adressieren
geogene Energien und Energiespeicher.
In der angewandten und Grundlagenforschung
werden unter dem Schlagwort Structural Diagenesis die Veränderungen von Gesteinen und
Gesteinseigenschaften auf verschiedenen Skalen analysiert, und mit der Nutzung von Georessourcen mit folgenden Schwerpunkten gekoppelt:
Heterogenitäten von Reservoiren
Hierzu zählen die zeitlichen und räumlichen
Änderungen von Gesteinseigenschaften und
hydraulischen Verbindungen, unterstützt durch
regionale 3D- Untergrundmodelle; die digitale
Erfassung der 3D-Sedimentarchitektur, diskreter
Bruchnetzwerke und Porositäts-PermeabilitätsVerteilungen im Gelände; die Analyse und
Quantifizierung von Nukleations-prozessen,
Zementationsraten und unter-schiedlicher
Kristallmorphologien in Brüchen, Poren und
Porenhälsen mit Experimenten.
Nutzung von Reservoiren & EnergieSystemen
Hierzu zählen Portfolio-, Prozeß- und strategische Analysen zu geologischen Energiespeichern und Energiehandel; generelle
Prozessoptimierungen und Risikomanagement
von Georessourcen.
42
A) Tight-Gas Sandsteine
Dichte, an der Oberfläche aufgeschlossene
Sandsteinanaloge fluviatiler Systeme wurden
umfassend charakterisiert und mit aktuellen
Explorationsbohrungen verglichen. Eine erste
Analyse der Sedimentologie, der Diagnese und
der Tektonik zeigt die Rolle der interagierenden
Prozesse auf. Insbesondere der Einfluss der
Stratigraphie und Tektonik auf die Porositätsverteilungen und mechanischen Gesteinseigenschaften führte zu Erkenntnissen, die zu einer
besseren Interpretation der Heterogenitäten im
Bohrloch führten.
Verteilung von Quarzkörnern (weiß) und Porosität
(blau) mit heterogener Verteilung der Porenzemente
im Dünnschliff.
Reservoir-Heterogenität in Zyklothemen mit dichten, gasführenden Sandsteinen. Realistischer A bstand von Explorations-bohrungen dargestellt durch
vertikale, gelbe Linien.
B) Kleinskalige Fließbarrieren
Ehemalige Wüstensande des Rotliegend, die
nun als Gasreservoire in Norddeutschland exploriert werden, wurden im Hinblick auf die
Reservoir-Heterogenitäten untersucht. Nicht
nur die teilweise zementierte Feinschichtung
der Sedimentgesteine, auch die Drucksuturen
und Deformationsbänder führen zu erheblichen
Anisotropien der Permeabilität. Die Analyse von
Bohrkernen und geophysikalischen Bohrlochdaten führte zu einer Genese der Heterogenitäten
und deren Skalierung. Dabei können neben
geologischen Zeiträumen auch kurzeitige Einflüsse durch Druckänderungen des Reservoirs
während der Exploration von Bedeutung sein.
C) Grain Coating
Die
Qualität
von
siliziklastischen
Reservoirgesteinen wird signifikant von der
Gegenwart von Tonhäutchen beeinflußt. Je
nach Ablagerungsmilieu des Sediments und
Diagenese des Gesteins bilden sich unterschiedliche Mineralphasen wie Illit und Chlorit, die
unterschiedliche
Einfluss
auf
die
Reservoireigenschaften haben können. An Analogen und in Bohrkernen werden die mineralogischen und petrophysikalischen Eigenschaften
erfasst und die Reservoirqualitäten numerisch
simuliert.
Verteilung von Quarzkörnern, Tonhäutchen, Poren
und Zementen in einem Reservoir-Sandstein als
Grundlage für die Abschätzung der Reservoir Qualitäten.
D) Energiespeicher
43
Vergleich der Produktions- und Speicherkosten für
Wasserstoff und erneuerbares Methan, betrachtet
für unterschiedliche Szenarien.
Der zunehmende Anteil erneuerbaren Energien
führt zu Energie-Überschüssen, die Zwischenspeicher benötigen. Durch Power-to-Gas (P2G)
kann die überschüssige Energie zu Wasserstoff
und Methan konvertiert und bei Bedarf im geologischen Untergrund gespeichert werden. Neben klassischen Poren- und Kavernenspeichern
werden alternative Speicheroptionen betrachtet, und die Kosten abgeleitet.
Basierend auf der NPV-Methode und unter Berücksichtigung der Unsicherheiten werden verschiedene Szenarien berechnet und die kritischen Parameter identifiziert, die für einen ROI
der betrachteten Modelle notwendig sind. Bei
Methan bietet sich die Speicherung in Pipelines
an, während Wasserstoff in Salzkavernen am
ökonomischsten gespeichert werden kann.
Grundsätzlich wären für die betrachteten Modelle festgesetzte Einspeise-tarife von 10-13
ct/kWh notwendig.




Hufe, A., Stanjek, H., Hilgers, C.; "Diffusion-controlled cementation experiments in porous rock analogs using potash alum and halite"; 2013; DGMK
Lun, L., Dunn, P., Stern, D., Oyerinde, A., Chorneyko, D., Stewart, J., Fowler, K., Nollet, S.; "A Procedure for Integrating Geologic Concepts into History Matching"; 2012; SPE 159885-PP
Nollet, S., Kleine Vennekate, G.J., Giese, S., Vrolijk, P., Urai, J.L., Ziegler, M.; "Localization patterns in sandbox-scale
numerical experiments above a normal fault in basement"; 2012; Journal of Structural Geology 39 (2012) 199-209
Steindorf, P., Hoehne, M., Koehrer, B., Becker, S. Hilgers, C.; "Structural Diagenesis in Upper Carboniferous Tight
Gas Sandstones – Lessons learned from the Piesberg analog study"; 2013; DGMK
 AAPG – American Association of Petroleum
Geologists
 AKR e.V. – Aachener Kompetenzzentrum für
 ASQ – American Society for Quality




FGS – Fellow of the Geological Society
GV – Geologische Vereinigung
SPE – Society of Petroleum Engineers
Wintershall, RWE DEA, Siemens, DMT
Sonstige; 20%
Kontakt
EMR │ Energy- & Mineral Resources Group
Lehr- & Forschungsgebiet Reservoir-Petrologie
Wüllnerstr. 2
Telefon: +49 241 80 98271
Fax: +49 241 80 92201
Homepage: www.emr.rwth-aachen.de
DFG ohne
SFB; 3%
Wirtschaft; 77%
44
Lehrstuhl für Geologie und Paläontologie und Geologisches Institut
Geologisches Institut
Univ.-Prof. Peter A. Kukla, Ph.D.
Personal
PS*
Professor
DS**
1
Oberingenieur
2
1,5
6,5
2
64
4
*PS: Planstellen
Das Geologische Institut ist eingebunden in die
Energy and Mineral Resources (EMR) Gruppe
der Lehreinheit Angewandte Geowissenschaften.
(B.Sc. / M.Sc.)
Ziel des Studienganges ist die Vermittlung von
geowissenschaftlichen Grundlagen und berufsqualifizierenden Kenntnissen in den Vertiefungsrichtungen Ingenieurgeologie-Hydrogeologie-Geophysik, Geomaterialien und GeologieGeochemie-Lagerstätten. Der Lehrstuhl ist vor
allem bei der Vermittlung der geologischen
Grundlagen, der regionalen Geologie mit Geländeausbildung und der Sedimentologie im
Bachelorstudiengang involviert. Im Masterstudiengang bilden Schwerpunkte der Lehre in der
Vertiefungsrichtung „Energy and Mineral Resources“ Spezialisierungsangebote in den Bereichen Reservoirgeologie, Petroleumtechnologie,
Sedimentologie, Seismik, Geologische Modellierung, Portfolio Management und Wirtschaftlichkeitsberechnungen von Kohlenwasserstofflagerstätten.
(B.Sc. / M.Sc.)
Die Qualifizierung der Studierenden in diesem
Studiengang zielt auf die Erlangung von Kompetenzen in betriebs- und rohstoffwirtschaftlichen, aber auch rohstoffpolitischen Themen.
Der Lehrstuhl ist vor allem bei der Vermittlung
der geologischen Grundlagen mit Geländeausbildung im Bachelorstudiengang involviert. Im
Masterstudiengang bilden Schwerpunkte der
Lehre Spezialisierungsangebote in der Vertiefungsrichtung „Energy and Mineral Resources“
in den Bereichen Reservoirgeologie, Petroleumtechnologie, Seismik, Geologische Modellierung, Portfolio Management und Wirtschaftlichkeitsberechnungen von Kohlenwasserstofflagerstätten.
C) Nebenfachstudienangebote
Module der beiden oben genannten Studiengänge werden als Nebenfach für ingenieurwissenschaftliche (Maschinenbau, Umweltingenieurwissenschaften, Wirtschaftsingenieurwesen)
und naturwissenschaftliche (Biologie, Mathematik) Studiengänge angeboten.
A) Reservoirgeologie
Die integrierte, geowissenschaftliche Analyse
von Reservoiren (Speichergesteinen) stellt
weltweit für die Rohstoffaufsuchung und
–gewinnung ein zentrales Thema dar. Die
Reservoirgeologie stützt sich methodisch auf
Labormethoden
(Petrologie,
Diagenese,
Petrophysik),
Feldstudien
(ReservoirAnalogstudien) und numerische Modellierungsverfahren. Hierzu finden fortlaufende Forschungsprojekte mit Industriepartnern und
Landesbehörden zu den Themen dichte Gaslagerstätten („Tight Gas“ und Flözgas), zyklische
Speicherung verschiedener Träger von Primärenergie (Wasserstoff, Methan, Stickstoff u.a.),
Kapazität von Poren- und Salzkavernenspeichern und zur Salzgeodynamik statt.
B) Sedimentologie (Karbonate,
Klastika, Evaporite)
Der Forschungsschwerpunkt liegt auf der Analyse und Interpretation rezenter und fossiler Sedimente und Sedimentgesteine und deren Ab-
45
lagerungsräume mit Hilfe sedimentologischer
und geophysikalischer Methoden. Ein wichtiges
Forschungsfeld am Institut ist dabei die Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Karbonat- und Evaporitsedimenten. Ein weiterer
Schwerpunkt liegt auf der labor- und simulations-gestützten Modellierung von Ablagerungsund Diageneseprozessen bei der Bildung und
Nutzung von Kohlenwasserstoff-Reservoiren.
C) Seismische Interpretation, Geologische Modellierung
Der Forschungsschwerpunkt liegt auf der Interpretation und Analyse multi-dimensionaler
seismischer Daten aus sedimentären Becken, an
passiven und aktiven Kontinentalrändern und in
Falten- und Überschiebungsgürteln. Den Forschungsarbeiten ist die Integration einer Vielzahl geologischer and geophysikalischer Oberflächen- und Untergrunddaten in statischen und
dynamischen geologischen Modellen gemeinsam, anhand derer tektonische und sedimentäre Prozesse qualitativ beschrieben und quantitativ erfasst werden können. Ein wichtiger Aspekt für die Arbeitsgruppe „Seismische Interpretation und Geologische Modellierung“ ist die
inner- sowie außeruniversitäre Vermittlung der
erarbeiteten Forschungsergebnisse an Studenten, Wissenschaftler, Industrie und die Öffentlichkeit.
A) DFG-Projekt „Synsedimentary
Faults“
Das Vorkommen schwerkraft-gesteuerter,
synsedimentärer Abschiebungen und der damit
verbundenen syn-tektonischen Stratigraphie ist
an vielen Orten der Erde dokumentiert, und
steht dort häufig im Zusammenhang mit dem
Vorkommen wichtiger KohlenwasserstoffLagerstätten. Bisher haben sich nur wenige Forschungsarbeiten mit der Analyse des Zusammenspiels von Tektonik und Sedimentation
dieser Systeme auseinandergesetzt; daher sind
wichtige Aspekte der Entwicklung dieser Systeme derzeit nur unzureichend geklärt. Dies betrifft insbesondere ein begrenztes Verständnis
1) der relativen Bedeutung der HauptSteuerungsfaktoren für synsedimentäre Störungsaktivität und syntektonische Ablagerung,
sowie die Möglichkeit der Quantifizierung dieser Faktoren; 2) der Mechanismen, die die Anlage, Aktivität sowie die Aufgabe großmaßstäb-
licher, störungskontrollierter Ablagerungszentren kontrollieren; dies schließt auch die strukturelle Konfiguration und räumlich-zeitliche
Entwicklung syn-sedimentärer Störungen ein;
und 3) der Möglichkeit der Vorhersage lithologischer Eigenschaften der tektonisch-stratigraphischen Systeme anhand geophysikalischer
Untergrunddaten bei fehlender Bohrungs- oder
Aufschluss-Kontrolle. Das DFG-geförderte Projekt trägt zur Klärung dieser Aspekte mit Hilfe
einer Kombination geologischer Geländearbeiten, Fernerkundungsanalysen und 2D/3D seismischen Interpretationen bei.
B) DFG SPP 1375 „SAMPLE“
Das mehrjährig angelegte Projekt vergleicht im
Rahmen des Schwerpunktprogramms SAMPLE
(South Atlantic Margin Processes and Links with
onshore Evolution) anhand hochauflösender
Industrieseismik
die
Kohlenwasserstoffführenden Kontinentalränder im Seegebiet vor
Brasilien (Pelotas, Santos und Campos Becken)
und im südlichen Afrika vor Namibia und Angola
(Namibe, Benguela, Kwanza Becken). Die Arbeiten und Ergebnisse haben für die wichtigen
Kohlenwasserstoffprovinzen beiderseits des
Atlantiks eine wirtschaftliche Bedeutung. Im
Projekt werden die Steuerungsfaktoren der
post-breakup Kontinentalrandentwicklung und
damit die initiale strukturelle Konfiguration des
Kontinentalrandes, die Subsidenzgeschichte, die
Sedimentationsgeschichte
(Sedimenteintrag,
Sedimentverteilung, Sedimenttyp) sowie Veränderungen des Meeresspiegels über die Zeit
herausgearbeitet. Die Integration, Quantifizierung und relative Gewichtung des Einflusses
dieser Steuerungsfaktoren in den unterschiedlichen Kontinentalrand-Segmenten wird mit Hilfe
einer tektonisch-stratigraphischen Restoration
ermittelt.
C) DFG Projekt „Interne Salzstrukturen“
Die dreidimensionale Geometrie von Salzstöcken mit Faltungen und Boudinage kompetenter Evaporitlagen, Scherzonen, Fluideintrag und
Fluidüberdrücken sind lediglich von einigen
Untertagesalzbergwerken (und Endlagerstandorten) sowie wenigen Aufschlüssen an Salzstöcken, aber auch aus seismischen Daten und
Bohrungen bekannt. Trotzdem werden große
Salzkörper in 3D-seismischen Studien meist als
strukturlose, homogene Masse gezeigt. In diesem Post-Doc („Eigene Stelle“) Projekt sollen
46
deshalb die Internstrukturen von Salzkörpern
am Beispiel der Zechstein-Sequenzen in 3D
Reflexionsseismikdaten der nördlichen Niederlande anhand der seismisch aufgelösten Reflektoren des Z3 Hauptanhydrits und des Plattendolomits untersucht werden. Eine vorbereitende
Machbarkeitsstudie zeigt, dass salzinterne
Strukturen mithilfe von Reflektoren in moderner 3D-Seismik kartiert werden können. Eine
detaillierte Kartierung und Interpretation wird
demnach das Verständnis der Internstrukturen
in Salzkörpern vertiefen. Die Ergebnisse werden
mit kinematischen Rekonstruktionen der unterund überlagernden Sedimentpakete kombiniert,
was die Definition von wichtigen Parametern
für Modelle der Salzdynamik im Zechstein ermöglicht. Die Rheologie der Evaporite wird aus
Literaturwerten ermittelt und mit analogen
Messreihen und numerischen Rekonstruktionen
verglichen. Die Ergebnisse werden dann mit
Geländebeobachtungen
und
der
Seismikinterpretation abgeglichen. Das Ziel der
Studie ist ein verbessertes Verständnis des
Zusammenwirkens wichtiger Prozesse in Salzkörpern, z.B. (i) der Initiierung und Dynamik der
Salztektonik, (ii) der Entwicklung von salzinternen Strukturen durch bruchhafte und duktile
Deformation kompetenter Lagen, (iii) die Kopplung salzinterner Prozessen mit denen der Sedimente im Liegenden und Hangenden, und (iv)
die Auswirkung der geschichteten EvaporitRheologie auf die strukturelle Entwicklung. Diese Studie wird außerdem einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung von Methoden zur Vorhersage salzinterner Strukturen vor dem Bohren
und der Anlage von Untertagebergwerken liefern.
D) EU Projekt (7. RP) „Blue Mining“
Das im Februar 2014 begonnene Projekt wird
im Teilprojekt 3 (WP3) durch die Institute Bergbaukunde 1 und das Geologische Institut gemeinsam bearbeitet. Das übergeordnete Projektziel ist eine wirtschaftliche Machbarkeitsstudie zur umweltverträglichen Exploration und
Förderung von Eisen-Mangan Knollen und Krusten und von Massivsulfiderzen im tiefen ozeanischen Bereich. Mit dem Hintergrund einer fundierten geologischen Lagerstätten-Evaluierung
mittels numerischer Reservoirmodelle sollen
ökonomische Fallbeispiele mit Sensitivitätsparametern auf Basis bereits vorhandener und
neu gewonnener Daten gerechnet werden.
E) NW-Schelf Australien
Das Browse Basin (Nord West Schelf, Australien)
erlaubt einen außergewöhnlich guten Einblick in
die eozäne bis rezente Entwicklung eines
Karbonatschelfs von einer Kaltwasser-Karbonatrampe zu einer tropischen Karbonatplattform.
Ein umfassender Datensatz hochauflösender
3D-Reflektionsseismik, regionaler 2D-Reflektionsseimik sowie geophysikalischen Messungen und Probenmaterial aus Industriebohrungen spiegelt diese Entwicklung wieder. Die
drittmittelgeförderten Forschungsarbeiten im
Meeresgebiet vor NW Australien werden insgesamt zu einem besseren Verständnis der internen Architektur und der äußeren Form von
Kaltwasserund
tropischen
Karbonatplattformen beitragen, und dabei helfen, die sedimentäre Dynamik dieser beiden
unterschiedlichen Systeme zu klären.
F) Klimaforschung
Etwa Zweidrittel der Weltbevölkerung Leben in
den Ländern um den indischen Ozean. Die Demographie prognostiziert ein schnelles Bevölkerungswachstum in dieser Region. Wirtschaftlich
sind fast alle dieser Länder von der Landwirtschaft abhängig, und reagieren sehr empfindlich
auf Dürren oder Überschwemmungen. Im Rahmen des drittmittelgeförderten Projekts „Orbitalparameter, Ozean-Atmosphäre Wechselwirkungen und Nährstoffgehalt im Indischen Ozean
vom mittleren Holozän bis heute“ soll herausgearbeitet werden, wie der Monsun, der das
Klima im Indischen Ozean bestimmt, auf den
zukünftigen Klimawandel reagieren wird. Dieses
Projekt konzentriert sich auf die Rekonstruktion
des Systems Indischer Ozean/Monsun vom
mittleren Holozän bis heute mit Hilfe von geochemischen Proxy-Daten aus Korallen. Holozäne
Korallen sind besonders gut geeignet, um die
Dynamik des indischen und afrikanischen Monsuns zu untersuchen. Der Monsun ist ein saisonales Klima-Phänomen und Korallen ermöglichen eine genaue Rekonstruktion der
Saisonalität. Im Verlauf des Holozäns führten
Änderungen der Insolation zu Änderungen in
der Saisonalität die Ähnlichkeiten mit heute
beobachteten Klima-Anomalien aufweisen. Das
Projekt verfolgt einen Multi-Proxy Ansatz, um
Oberflächenwasserparameter
(z.B.
Sr/Ca:
Meerwasseroberflächentemperatur) mit der
Thermoklinenvariabilität zu verknüpfen (Stickstoffisotope: Auftrieb). So können die Ozean-
47
Atmosphäre-Wechselwirkungen im Indischen
Ozean erfasst werden. Derzeit wird das Projekt
durch die Japan Society for the Promotion of
Science unterstützt. Bei der DFG wurde zudem
ein Heisenberg-Stipendium beantragt.

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Antrett, P.; Vackiner, A.; Kukla, P..; Klitzsch, N.; Stollhofen, H.: Impact of arid surface megacracks on hydrocarbon reservoir properties. In: AAPG Bulletin. - Tulsa, Okla. : AAPG 96 (2012) 7, S./Art.: 1279-1299
Fazli Khani, H.; Back, S.: Temporal and lateral variation in the development of growth faults and growth strata in western Niger Delta, Nigeria. In: AAPG Bulletin. - Tulsa, Okla. : AAPG. - ISSN: 0149-1423. - 96 (2012) 4, S./Art.: 595-614
Felis, T.; Merkel, U.; Asami, R.; Deschamps, P.; Hathorne, E. C.; Kölling, M.; Bard, E.; Cabioch, G.; Durand, N.; Prange, M.;
Schulz, M.; Cahyarini, S. Y.; Pfeiffer, M.: Pronounced interannual variability in tropical South Pacific temperatures during
Heinrich Stadial 1. In: Nature Communications - 3 (2012), S./Art.: 965
Masoumi, S.; Reuning, L.; Back, S.; Sandrin, A.; Kukla, P.: Buried pockmarks on the Top Chalk surface of the Danish North
Sea and their potential significance for interpreting palaeocirculation patterns. In: International Journal of Earth Sciences : GR, 1432-1149, 1437-3254. - 2013 (2013), S./Art.: 16 S. Online-First
Müther, D.; Back, S.; Reuning, L.; Kukla, P.; Lehmkuhl, F.: Middle Pleistocene landforms in the Danish Sector of the
southern North Sea imaged on 3D seismic data. In: Glaciogenic reservoirs and hydrocarbon systems / Ed. by M. Huuse
et al. - London : Geological Society, 2012. Special publications 368, 2041-4927, S./Art.: 111-127
Rosleff-Soerensen, B.; Reuning, L.; Back, S.; Kukla, P.: Seismic geomorphology and growth architecture of a Miocene
barrier reef, Browse Basin, NW-Australia. In: Marine and Petroleum Geology 29 (2012) 1, S./Art.: 233-254
Strozyk, F.; van Gent, H. W.; Urai, J.; Kukla, P.: 3D seismic study of complex intra-salt deformation : an example from the
Upper Permian Zechstein 3 stringer, western Dutch offshore. In: Salt Tectonics, Sediments and Prospectivity. - Edinburgh : Scottish Academ. Press, 2012. - (Special publication / the Geological Society, London ; 363). S./Art.: 489-501
Vackiner, A.; Antrett, P.; Strozyk, F.; Stollhofen, H.; Back, S.; Kukla, P.: Reconstructing the Upper Permian sedimentary
facies distribution of a tight gas field in Central Europe on the basis of a modern analog field study in the Panamint Valley, western U.S.. In: Geosphere.Boulder, Colo. : GSA - 8 (2012) 5, S./Art.: 1129-1145
 Aachener Kompetenzzentrum für Ressourcentechnologie (AKR)
 Bundesanstalt für Geowissenschaften und
Rohstoffe (BGR)
 Deutsche Gesellschaft für Geowissenschaften (DGG)
 Deutsche Gesellschaft für Mineralöl und
Kohle (DGMK)
 Geologische Vereinigung (GV)
 German University of Technology in Oman
(GUtech)
 Nederlandse Aardolie Maatschappij (NAM)
 Petroleum Development Oman (PDO)
 Petroleum-Geoservices (PGS)
 Schlumberger International
 Wintershall Holding GmbH
Promotionen
Müther, Dagmar: Quaternary history and development of the western Danish North Sea sector
dispayed on 3D seismic (2012)
Becker, Stephan: Reservoir Quality in the A2C-Stringer interval of the late Neoproterozoic Ara-Group
of the South Oman Salt Basin: Diagenetic relationships in space and time (2013)
Fazli Khani, Hamed: Three-dimensional analysis of syndepositional faulting and synkinematic sedimentation, Niger Delta, Nigeria (2012)
Kontakt
EMR – Lehrstuhl für Geologie und Paläontologie
und Geologisches Institut
Wüllnerstr. 2
52072 Aachen
Telefon: +49 241 8095720
Fax: +49 241 80 92151
Homepage: http://www.emr.rwth-aachen.de
Sonstige; 16%
Wirtschaft; 24%
DFG ohne SFB;
60%
48
Lehrstuhl für Physische Geographie
und Geoökologie (PGG)
mit dem Lehr- und Forschungsgebiet Ton- und
Grenzflächenmineralogie durchgeführt.
C) M.Sc. Angewandte Geographie
Univ. Prof. Dr. rer. nat. F. Lehmkuhl
Personal
PS*
Professor
1
1
1
1,5
7
DS**
Im Masterstudium der Angewandten Geographie werden die Kernmodule Landschaftssystemanalyse und Fernerkundung angeboten. In
der Landschaftssystemanalyse wird den Studierenden eine Einführung in die grundlegenden
Konzepte, Arbeitsweisen und Fragestellungen
der Landschaftssystemanalyse vermitteln. In der
Fernerkundung wird ein Überblick über Methoden und Anwendungsbereiche gegeben und die
Analyse komplexer geographischer Räume mit
Hilfe digitaler und analoger Satellitenbilder
praktisch durchgeführt.
14
4
* PS: Planstellen
Der Lehrstuhl für Physische Geographie und
Geoökologie (PGG) behandelt in Lehre und Forschung angewandte und grundlegende Fragen
der Landschaftsentwicklung. Methodische
Schwerpunkte
bilden
sedimentologischbodenkundliche Analyseverfahren, fernerkundliche Untersuchungsmethoden und geomorphologische Forschungsansätze. Besonderer
Wert wird auf interdisziplinäre Ansätze gelegt,
die sich in der langjährigen Zusammenarbeit mit
Institutionen der nationalen und internationalen Forschungslandschaft sowie außeruniversitärer Partner widerspiegelt
A) B.Sc. Angewandte Geographie / BA
Geographie
A)
Geomorphologie
und
Sedimentologie
Detaillierte geomorphologische Kartierungen
auf Basis von Geländearbeiten sowie mit hochauflösenden digitalen Geländemodellen und die
Rekonstruktion von geomorphologischen Prozessketten stehen im Focus des Lehrstuhls. In
der Arbeitsgruppe werden auf Basis moderner
Messtechnik (u.a. Laserbeugung) detaillierte
methodische
Forschungsarbeiten
zur
Sedimentologie durchgeführt.
B) Paläoklimatologie und Geoarchäologie
In verschiedenen Regionen der Welt führt der
Lehrstuhl Untersuchungen zur paläoklimatischen Entwicklung und Geoarchäologie durch.
Diese Arbeiten dienen dem tieferen Verständnis
des klimatischen Systems und seiner Einflussfaktoren sowie der Mensch-Umweltbeziehung
vor allem von der Eiszeit und bis in die Gegenwart.
Der Lehrstuhl ist an diesen Studiengängen mit
den Grundvorlesungen Geomorphologie und
Boden- und Biogeographie sowie der Vorlesung
Kartographie beteiligt. Neben Seminaren werden u.a. Projektstudien und Exkursionen mit
praxis- und forschungsrelevanten Inhalten
durchgeführt.
B) B.Sc. Georessourcenmanagement
Im Rahmen dieses Studienganges wird die Vorlesung Boden- & Biogeographie angeboten.
Darüber hinaus wird als Wahlpflichtmodul im 5.
und 6. Semester das Modul Boden gemeinsam
49
A) SPP 1372 Monsunentwicklung am
nördlichen Rand des Tibet Plateaus
Das Projekt ist Teil des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanzierten Schwerpunktprogramms TIP (SPP 1372 Tibetan Plateau: Formation – Climate – Ecosystems) und
befasst sich mit der Rekonstruktion der quartären Klima- und Landschaftsentwicklung auf dem
nördlichen Tibet Plateau. Ziel des Projektes ist
es, die unterschiedlichen Landformungsprozesse zu verstehen und Rückschlüsse auf die Klimaeinflüsse zu ziehen. Besonders Augenmerk
liegt hierbei auf der Untersuchung der Westerlies, des Südasiatischen Monsuns und des Ostasiatischen Monsuns. Das Konzept umfasst die
Bearbeitung von zwei See-Einzugssystemen mit
unterschiedlichen klimatischen Einflüssen bei
ähnlichen Einzugsgebieten. Alle zwei Einzugsgebiete weisen voll entwickelte Sedimentkaskaden von den Gletschern bis zum See auf (s.a.:
http://www.pgg.rwth-aachen.de/tip). Das Projekt befindet sich zurzeit in der finalen Phase
mit der Auswertung der vergangenen Forschungsexpeditionen.
B) SPP 1372 Monsoonal variations
and climate change during the late
Holocene derived from tree rings and
glacier fluctuations
Das seit Oktober 2010 in Kooperation mit dem
Team von Prof. A. Bräuning (Universität Erlangen) laufende DFG-Projekt (ebenfalls eingebunden in das SPP 1372) hat die Erforschung der
monsunalen Variationen und des Klimawandels
im Spätholozän im östlichen Nyainqêntanglha
Shan (Südost Tibet) zum Ziel. Hierzu werden in
einem Multiproxykonzept geomorphologische
und sedimentologische Analysen holozäner
Gletschersettings durchgeführt und mit
dendrochronologischen Befunden kombiniert.
C) BMBF CAME
Im Juli 2011 startete das vom BMBF geförderte
Projekt „Supra-regional signal pathways and
long-time archives: Quaternary monsoon dynamics at the northern margin of the Tibetan
Plateau”. Die Untersuchungsgebiete umfassten
den nördlichen Teil des abflusslosen Gaxun-NurBeckens und den Qilian Shan-Gebirgszug am
Nordostrand des Tibetplateaus. Erste Analysen
zeigen ein komplexes räumliches Muster der
Sedimentverteilung. Dieses Muster lässt sich auf
unterschiedliche Windsysteme in dem Raum
zurückführen. Im nächsten Schritt werden nun
die Stärken der Windsysteme im Laufe der letzten 20.000 Jahre rekonstruiert.
D) SFB 806 „Our Way to Europe”
Die Arbeiten im Rahmen des Teilprojektes „B1 The „Eastern Trajectory“: Last Glacial
Palaeogeography and Archaeology of the Eastern Mediterranean and of the Balkan
Peninsula“, ein zentrales Arbeitsgebiet im Sonderforschungsprojekt 806 „Our Way to Europe“
(www.sfb806.de), konzentrierten sich im Jahre
2012/2013 auf Feldkampagnen mit geoarchäologischen Prospektionen, der Dokumentation
terrestrischer Archive und Probennahmen, sowie auf weiterführende Auswertungen der Laborergebnisse für internationale Publikationen.
Hierbei arbeiten Mitarbeiter des Lehrstuhls in
enger Kooperation mit Archäologen des Instituts für Ur- und Frühgeschichte an der Universität zu Köln zunächst räumlich in zwei Arbeitsgebieten: Der Levante (Jordanien) und Osteuropa
(Rumänien und Serbien).
Einer der Schwerpunkte der ersten Antragsphase bis 2013 lag auf einem Projekt zur spätpleistozänen Landschaftsrekonstruktion im südlich
von Petra gelegenen Wadi Sabra. Erste
sedimentologische und geochemische Untersuchungen im Kontext mit mittel- bis jungpaläolithischen Besiedlungen deuten darauf hin, dass
die klimatischen Bedingungen in der südlichen
Levante zum Ende des Pleistozäns zumindest
temporär günstigere Lebensbedingung vorhielten, als dies rezent der Fall ist. Das Untersuchungsgebiet könnte somit als Refugialraum des
anatomisch modernen Menschen gedient haben, eine These, die es weiterhin mit Labordaten und Literaturvergleichen zu verifizieren gilt.
Am Anfang der seit Juli 2013 bewilligten zweiten Projektphase steht die weitere Datenauswertung mit einer Erweiterung und Konzentration auf Mittel- und Osteuropa. Es wurden erste
Erkundungsfahrten nach Ungarn und SüdSerbien sowie in den Elsass durchgeführt.
50
Tongrube in Ruma (Serbien) mit Lössablagerung und deutlichem Paläoboden
E) Niederrhein und Wurmtal
Die beiden Promotionsprojekte „Geoarchäologische Rekonstruktion der Landschaftsgenese im
Gebiet der Niederrheinischen Lössbörde - Erfassung und Differenzierung der natürlichen und
anthropogenen Reliefentwicklung der letzten
6000 Jahre“, gefördert durch die Stiftung Archäologie im Rheinischen Braunkohlenrevier
und „Geoarchäologische Erfassung des holozänen Landschaftssystemwandels am Beispiel der
Nordeifel - Abschätzung des menschlichen Einflusses auf fluviale Systeme des Mittelgebirgsraum am Beispiel der Urft nahe Nettersheim“,
konnte der Einfluss römischer Landnutzung auf
unterschiedliche Landschaftseinheiten sowie
die morphologischen Aktivitätsphasen der Frühen Kaiserzeit (1. Jhd.) erarbeitet und quantifiziert werden.
Das durch einen Seed-Fund der RWTH Aachen
University
geförderte
Projekt
Fluviale
Morphodynamik in einer bergbaulich beeinflussten Region am Beispiel der Wurm (OPSF195)
bearbeitet die Veränderungen der natürlichen
Morphodynamik eines Flusses unter dem Einfluss des Menschen in Form von bergbaulich
induzierten Subsidenzen (Bergsenkungen) sowie
das durch Mühlenstaue und Querbauwerke
veränderte Erosions- und Akkumulationsverhalten. Das interdisziplinäre Projekt in Kooperation
mit dem Lehrstuhl für Geologie, Geochemie und
Lagerstätten des Erdöls und der Kohle sowie
dem Institut und Lehrstuhl für Wasserbau und
Wasserwirtschaft soll diese Veränderungen
einerseits durch physikalische und numerische
Modellierung der Subsidenzeffekte auf das Gewässer sowie andererseits durch die Rekonstruktion der Belastungshistorie der Sedimente
mit Kontaminanten aus Industrie und kommunaler Einleitung quantifizieren. Der geomorphologisch-sedimentologische Ansatz wird dabei
ergänzt durch die Expertise der Projektpartner
aus dem Bereich der (Umwelt)Geochemie sowie
Gewässermodellierung. Die heutigen Flusssysteme werden dabei als „humanized fluvial systems“ angesehen, deren natürliches Prozessgeschehen in hohem Maße durch menschliche
Aktivität, respektive direkte und indirekte
anthropogene Eingriffe, überprägt ist. Der Rekonstruktion der Landschaftsentwicklung seit
Beginn der Technosphäre im Bereich des Mittellaufs der Wurm folgt im weiteren Projektverlauf
die Ausweitung auf den Unterlauf mit einem
Fokus auf der räumlichen und zeitlichen Verbreitung von Schadstoffen unterschiedlicher
Quellen, die durch Hochwasserereignisse
remobilisiert werden. Die kulturraumspezifische
Industriekultur, ein hohes Maß an Versiegelung
sowie die Größe des Einzugsgebietes bieten
hervorragende Möglichkeiten zur Rekonstruktion der zielrelevanten Parameter.
Das Einzugsgebiet der Wurm mit verschiedenen morphologisch wirksamen anthropogenen Eingriffen und unterschiedlichen (bisher unspezifizierten) Schadstoffquellen.
51








Bertrams, M., Protze, J., Löhrer, R., Schyle, D., Richter, J., Hilgers, A., Klasen, N., Schmidt, C., Lehmkuhl, F. (2012): Multiple environmental change at the time of the Modern Human passage through the Middle East – First results from
geoarchaeological investigations on Upper Pleistocene sediments in the Wadi Sabra (Jordan). Quaternary International 274, 55-72.
Felauer, T., Schlütz, F., Murad, W., Mischke, S., Lehmkuhl, F. (2012): Late Quaternary climate and landscape evolution
in arid Central Asia: a multidisciplinary research of lake archive Bayan Tohomin Nuur, Gobi desert, southern Mongolia.
Journal of Asian Earth Sciences 48 125–135.
Fischer, P., Hilgers, A., Protze, J., Kels, H., Lehmkuhl, F., Gerlach, R. (2012): Formation and Geochronology of Last Interglacial to Lower Weichselian loess/palaeosol sequences – case studies from the Lower Rhine Embayment, Germany. Quaternary Science Journal / Eiszeitalter und Gegenwart, 61: 48-63.
IJmker, J., Stauch, G., Dietze, E., Hartmann, K., Diekmann, B., Lockot, G., Opitz, S., Wünnemann, B., Lehmkuhl, F.
(2012): Characterisation of transport processes and sedimentary deposits by statistical end-member mixing analysis
of terrestrial sediments in the Donggi Cona lake catchment, NE Tibetan Plateau. Sedimentary Geology 281:166-179.
Lehmkuhl, F. (2012): Holocene glaciers in the Mongolian Altai: an example from the Turgen-Kharkhiraa-Mountains.
Journal of Asian Earth Sciences 52, 12–20.
Lehmkuhl, F., Hülle, D., Knippertz, M. (2012): Holocene geomorphic processes and landscape evolution in the lower
reaches of the Orkhon River (northern Mongolia). - Holocene geomorphic processes and landscape evolution in the
lower reaches of the Orkhon River (northern Mongolia). Catena 98, 17-28.
Löhrer, R., Bertrams, M., Eckmeier, E., Protze, J., Lehmkuhl, F. (2013): Mapping the distribution of weathered Pleistocene wadi deposits in Southern Jordan using ASTER, SPOT-5 data and laboratory spectroscopic analysis. Catena 107:
57-70.
Stauch, G., IJmker, J., Pötsch, S., Zhao, H., Hilgers, A., Diekmann, B., Dietze, E., Hartmann, K., Opitz, S., Wünnemann,
B., Lehmkuhl, F. (2012): Aeolian sediments on the north-eastern Tibetan Plateau. Quaternary Science Reviews 57:7184.

IALE (International Association for Landscape Ecology)

Deutsche Bodenkundliche Gesellschaft


Niederlande: VU University of Amsterdam
BGRG (British Geomorphological Research
Group)


USA: Department of Geology, University of
Cincinnati
Deutsche Gesellschaft für Geographie


China: NICE, Nanjing University
Arbeitskreis Geomorphologie


China: Salt Lake Institute, Xining
DEUQUA (Deutsche Quartärvereinigung)
Promotionen
Borchardt, Holger: Einfluss periglazialer Deckschichten auf Abflusssteuerung am Beispiel des anthropogen überprägten Wüstebaches (Nationalpark Eifel) (2013)
Lucas, Mario Konstantin: Energiekonsum und Umweltänderungen im ländlichen China. Am Beispiel von
drei Landkreisen in Zentralchina (Pingyi), in der Inneren Mongolei (Zhenglanqi) und in Tibet (Taktse)
(2013)
Bertrams, Manuel: Late Quaternary landscape evolution in the Wadi Sabra (Jordan) based on
sedimentological and geochemical investigation
Kontakt
Lehrstuhl für Physische Geographie und Geoökologie
RTWH Aachen
Wüllnerstr. 5b
52056 Aachen
Telefon: +49 241 8096460
Fax:+49 241 8092460
Homepage: www.pgg.rwth-aachen.de
Wirtschaft; 5%
Sonstige; 14%
BMBF; 14%
DFG ohne SFB;
67%
52
Lehrstuhl für Geologie, Geochemie und
Lagerstätten des Erdöls und der Kohle
Univ.-Prof. Dr.rer.nat Ralf Littke
Personal
PS*
DS**
Professor
2
2
13
4
1/4
4
33
* PS: Planstellen
Der Lehrstuhl für Geologie, Geochemie und
Lagerstätten des Erdöls und der Kohle lehrt
und forscht auf dem Gebiet Aufsuchung und
Gewinnung von Erdgas, Erdöl und Kohle. Im
Mittelpunkt stehen geochemische, geologische
und petrophysikalische Fragestellungen und
Untersuchungsmethoden, kombiniert mit der
Anwendung
numerischer
Simultationsprogramme.
Die
organischgeochemischen Methoden werden darüber
hinaus zur Untersuchung wichtiger umweltanalytischer Fragestellungen eingesetzt.
(Bachelor / Master)
Angewandte Geowissenschaften ist ein naturwissenschaftlicher Studiengang, der mit dem
Bachelor of Science (Regelstudienzeit 6 Semester) und daran anschließend mit dem Master of
Science (Regelstudienzeit 4 Semester) abgeschlossen wird. Das Studienangebot umfasst im
Bereich des Bachelor die Einführung in die organische Geochemie inklusive Praktika und
Übungen, die Erdöl- und Erdgasgeologie sowie
die Umweltgeochemie. Im Bereich des Master
werden insbesondere für den Bereich der Umweltgeochemie und der Erdöl-, Erdgas-, und
Kohlegeologie und Geochemie vertiefende Veranstaltungen angeboten. Erdöl, Erdgas und
Kohle stellen nach wie vor mehr als ¾ der Energieversorgung, weltweit wie auch in Deutschland, zur Verfügung.
B) Georessourcenmanagement (Bachelor / Master)
Georessourcenmanagement ist ein Studiengang, der neben dem naturwissenschaftlichen
Schwerpunkt auch wirtschaftsund ingenieurwissenschaftliche Elemente aufweist. Hier führt
der Lehrstuhl neben den naturwissenschaftlichen Fächern, die bereits unter Angewandte
Geowissenschaften aufgeführt sind, auch Veranstaltungen zu ökonomischen und technischen
Aspekten im Bereich des Erdöls, des Erdgases
und der Kohle durch.
A) Organische Petrologie / Kohlenpetrologie
Im Bereich der Organischen Petrologie/Kohlenpetrologie werden Untersuchungen
zur thermischen Reife (Vitrinitreflexion, spektrale Infrarotmessungen) an mikroskopisch kleinen
organischen Partikeln durchgeführt. Diese Untersuchungen dienen der Bestimmung der
Temperaturgeschichte von Sedimentgesteinen
im
Allgemeinen
und
Erdöl/ErdgasMuttergesteinen im Besonderen. Darüber hinaus werden die Typen des organischen Materials für Fazies/Palaeo-Environment-Studien bestimmt. Schließlich wird die Anisotropie und
Reflektivität von kohligen Partikeln und Koksen
untersucht.
B) Petrophysik
Dieser Forschungsbereich behandelt physikalisch-chemische Aspekte der Entstehung und
Migration von Fluiden (Flüssigkeiten und Gasen)
in sedimentären Becken. Mit Hilfe experimenteller Methoden werden Fragen des Fluidtransportes in niedrigpermeablen Gesteinen und
Kohlen untersucht. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt liegt auf dem Gebiet der thermischen und mikrobiellen Erdgasbildung.
C) Organische Geochemie
Das Arbeitsgebiet der Organischen Geochemie
beschäftigt sich sowohl mit umweltchemischen
Fragestellungen als auch mit der organischchemischen Analyse von Ölen, Kohlen und an
organischem Material reichen Gesteinen. Umweltgeochemische Untersuchungen behandeln
53
die anthropogene stoffliche Beeinträchtigung
von Grund- und Oberflächenwasser, ihren Sedimenten sowie Bodensystemen. Im Vordergrund stehen dabei molekulare Beschreibungen
zu Auftreten, Verteilung und Transformation/Degradation organischer Kontaminanten.
Untersuchungen an fossilen Materialien beinhalten ebenfalls molekulare Aspekte der organischen Zusammensetzung, mit dem Ziel, Information zu Ablagerungsgeschichte, -milieu und bedingungen sowie zu Qualität und Schicksal
des organischen Materials aus den chemischen
Signaturen abzuleiten. Beide Teilgebiete sind
durch eine gemeinsame analytisch-methodische
Basis miteinander verknüpft.
D) Numerische Simulation
Studien unter Verwendung der numerischen
Simulation von Sedimentbecken dienen der
Untersuchung von Erdöl- oder Erdgas-Systemen
und werden zumeist in Zusammenarbeit mit inund ausländischen Explorations- und Produktionsfirmen durchgeführt. Daneben werden diese
Techniken auch benutzt, um die thermische
Geschichte und ggf. die KohlenwasserstoffBildung in orogen deformierten Gebieten zu
untersuchen. Eingangsdaten für diese Simulation sind vielfältige geologische, geochemische
und geophysikalische Daten, so dass ein quantitatives Verständnis aller relevanten Prozesse
innerhalb der Becken erreicht wird.
A) GASH – Gas Shales in Europe
Im Jahr 2009 startete ein umfassendes und interdisziplinäres Forschungsprojekt zur Charakterisierung und Quantifizierung des europäischen
Schiefergas-Potentials. An dem durch das Geoforschungszentrum Potsdam (GFZ) koordinierten Projekt beteiligten sich insgesamt 10 Industriesponsoren aus der Erdölindustrie sowie 7
Forschungsinstitute. Über einen Zeitraum von 4
Jahren wurde auf unterschiedlichsten Ebenen
und Maßstäben geforscht.
Zu den zentralen Zielen gehörten die Quantifizierung der petro-physikalischen Eigenschaften
(Gasspeicherung & Transport), ein besseres
Verständnis der Entwicklung von Schiefergas in
Raum und Zeit und eine erste Einschätzung der
Reserven im norddeutschen Raum.
Für die petrophysikalische Charakterisierung
wurden potenzielle europäische "Gas Shales"
untersucht (Posidonia-, Wealden- und AlaunShale in Deutschland, Alum-Shale in Dänemark,
als Vergleich auch Barnett Shale, USA). Im Rahmen des Projektes wurden spezielle Versuchsverfahren entwickelt und optimiert. Zur Bestimmung der Gasgehalte wurden Sorptionsmessungen sowie Porositätsmessungen in Abhängigkeit von Druck und Temperatur durchgeführt (bis 25 MPa und 150°C). Die Ergebnisse
dienen zur Abschätzung der kumulativen Gasmengen als Funktion der Teufe, thermischen
Reife, Kompaktion und Wassersättigung.
Außerdem wurden Permeabilitäten in Abhängigkeit des effektiven Stresses und des Wassergehaltes ermittelt, mit Relevanz bei Produktionsabschätzungen.
Basierend auf diesen Daten wurden geodynamische Simulationsstudien zur Becken- und
Kohlenwasserstoffsystementwicklung durchgeführt und die thermische Entwicklung sowie das
Schiefergaspotential u.a. für den norddeutschen
Raum abgeschätzt (Abb. 1).
B) Kohlenwasserstoffsystem im südlichen Libanon
Im südlichen Libanon, nördlich des Toten Meeres, gibt es rund um den Ort Hasbeya natürliche
Asphaltaustritte an der Erdoberfläche, die bereits seit 400 Jahren abgebaut wurden. Einige
der Asphalte rund um das Tote Meer wurden
sogar seit dem Altertum genutzt und gehandelt,
unter anderem zur Einbalsamierung von Mumien in Ägypten. Darüber hinaus wurde der
Asphalt historisch auch als Medizin, Zement und
Isoliermaterial für Boote genutzt. Im 19. Jahrhundert wurden die Asphalte aus Hasbeya nach
Europa exportiert, um dort Weinstöcke vor
Insekten zu schützen. Erst im 20. Jahrhundert
verloren die Asphaltvorkommen ihre wirtschaftliche Bedeutung. Am Lehrstuhl für Geologie und
Geochemie des Erdöls und der Kohle wurden im
vergangenen Jahr Arbeiten mit dem Ziel begonnen den Ursprung dieser Asphaltvorkommen
aufzuklären. Ein wesentlicher Grund für das neu
erwachte Interesse liegt in den Kohlenwasserstoffsystemen vor der Küste des Libanon. Diese
sind noch wenig erforscht, während in jüngster
Zeit im benachbarten Israelischen Anteil des
Östlichen Mittelmeeres sehr große Gasvorkommen gefunden wurden. Die Asphalte an
Land können also Aufschluss über mögliche
Muttergesteine für Erdöl bzw. Erdgas liefern.
Eine Arbeitsgruppe unseres Institutes besuchte
das Gebiet von Hasbeya nahe des fast 3000 m
hohen Mt. Hermon. Umfangreiches Probenmaterial wurde nach Aachen gebracht und geo54
chemisch und petrographisch mit modernsten
Methoden untersucht. Erste Ergebnisse zeigen,
dass der Asphalt aus einem nahe gelegenen
Muttergestein stammt und nicht über lange
Distanzen transportiert wurde. Diese Ergebnisse
werden mit solchen aus anderen Gebieten des
Libanon zurzeit verglichen und am Ende genutzt, um ein numerisches Modell der Gesteine
im Untergrund und insbesondere der Kohlenwasserstoffsysteme aufzubauen. Die Untersuchung wird durch den Deutschen Akademischen
Austauschdienst (DAAD) gefördert und in enger
Kooperation mit französischen Partnern durchgeführt.
Hasbeya Region im südlichen Libanon. (A) Karbonatisches
Muttergestein aus der Oberkreide. (B) Asphaltstücke aus
der Nähe eines ehemaligen Asphaltsteinbruchs.
C) „Quellen und Risiken der organischen und anorganischen Schadstoffbelastung von Fischen und
benthischen Organismen aus der
Bucht von Jakarta, Indonesien"
Für Indonesien bildet Nahrung aus dem Meer
nicht nur eine essentielle Versorgungsgrundlage, sondern auch eine wichtige ökonomische
Ressource. Im Spannungsfeld von anthropogener Nutzung und korrespondierender Kontamination mit der Notwendigkeit einer sauberen
aquatischen Umwelt für den Fischfang nimmt
die stoffliche Verschmutzung von Küstenbereichen und ihren Ökosystemen eine zentrale
umweltrelevante Rolle ein. Ein besonders starker Nutzungskonflikt betrifft die Bucht von Jakarta, die nicht nur erhebliche Anteile industrieller und kommunaler Emissionen des Ballungsraums Jakarta aufnimmt, sondern auch für den
regionalen Fischfang von Bedeutung ist. Dabei
können emittierte anthropogene Schadstoffe
nach Anreicherung in Sediment, Wasser,
benthischen Organismen und Fischen zu einem
relevanten Risiko für die menschliche Gesundheit werden.
Im Rahmen des laufenden Projekts wird daher
der Verschmutzungszustand der Bucht von Jakarta erfasst und die Auswirkungen auf die marinen Nahrungsmittelressourcen werden aufgezeigt. Dazu werden die Umweltpfade wichtiger
organischer und anorganischer Schadstoffe von
den Emissionsquellen über die Anreicherung in
marinen Organismen bis hin zum menschlichen
Verzehr quantitativ verfolgt. Die Flüsse, die in
die Bucht von Jakarta münden, sind eine der
Hauptquellen für die Verschmutzung. Erste
Ergebnisse zeigen, dass der Eintrag ungeklärter
kommunaler Abwässer die Wasserqualität der
Flüsse Jakartas stark beeinflusst. Insbesondere
organische Substanzen aus Waschmitteln und
Körperpflegemitteln sowie polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs) werden durch
die Flüsse in die Bucht von Jakarta eingetragen.
Anhand der Verteilung des Insektenabwehrmittels Diethyltoluamid in den Küstengewässern
lässt sich zeigen, dass die gesamte Bucht von
Jakarta durch diese Einträge betroffen ist. Die
Untersuchung von Muscheln aus den Aquakulturbetrieben der Bucht zeigt, dass sich in den
Muschelgeweben dieselben PAKs angereichert
haben, die auch in den Flüssen präsent sind. Das
Projekt wird im Rahmen des deutschindonesischen Forschungsprogrammes SPICE III
(Science for the Protection of Indonesian
Coastal Ecosystems) zusammen mit dem Research and Development Center for Marine and
Fisheries Product Processing and Biotechnology
in Jakarta durchgeführt und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.
Traditionelle Fischerboote in der Bucht von Jakarta, Indonesien
55








Abeed, Q., Leythaeuser, D., Littke, R. (2012): Geochemistry, origin and correlation of crude oils in Lower Cretaceous
sedimentary sequences of the southern Mesopotamian Basin, southern Iraq. Organic Geochemistry, Vol. 46, pp. 113126.
Amann-Hildenbrand, Ghanizadeh, A., Krooss, B.M., (2012): Transport properties of unconventional gas systems. Marine and Petroleum Geology. 31, 90-99.
Bruns, B., Di Primio, R., Berner, U., Littke, R. (2013): Petroleum system evolution in the inverted Lower Saxony Basin,
northwest Germany: a 3D basin modeling study. Geofluids, Vol. 13, pp. 246-271
Gasparik, M., Ghanizadeh, A., Bertier, P., Gensterblum, Y., Bouw, S., Krooss, B.M. (2012): High-pressure methane
sorption isotherms of black shales from the Netherlands. Energy and Fuels 26, 4995-5004.
Heim S, Schwarzbauer J (2013): Reconstructing pollution history by geochronology of anthropogenic contaminants in
aquatic sediment archives - a review. Environ Chem Lett 11, 255-270
Littke, R., Urai, J. L., Uffmann, A. K., Risvanis, F. (2012): Reflectance of dispersed vitrinite in Palaeozoic rocks with and
without cleavage: Implications for burial and thermal history modeling in the Devonian of Rursee area, northern
Rhenish Massif, Germany. International Journal of Coal Geology, Vol. 89, pp. 41-50.
Riefer P, Klausmeyer T, Adams A, Schmidt B, Schäffer A, Schwarzbauer J (2013): Incorporation mode of a branched
nonylphenol isomer in soil derived organo-clay complexes and its temporal behavior. Environ Sci Technol 47 (13),
7155-7162
Sachse, V. F., Delvaux, D. and Littke, R. (2012): Petrological and geochemical investigations of potential source rocks
of the central Congo Basin, Democratic Republic of Congo. AAPG Bulletin, Vol. 96, Iss. 2, pp. 245-275.
 Geologische Vereinigung (GV-Vorsitz)
 DFG – Senatskommission für Zukunftsaufgaben
der Wissenschaften
 Wissenschaftlicher Beirat GFZ Potsdam (Vorsitz)
und Kuratorium
 NRW-Akademie der Wissenschaften und Künste
 Deutsche Akademie der Technikwissenschaften
(acatech)
 American Association of Petroleum Geologists
(AAPG)
 Association of Chemistry and the Environment
(ACE)
 University of Belgrade – Serbien
 IFP Energies nouvelles - Frankreich
 University of Queensland – Australien
 CSIRO Sydney – Australien
 Shell – Forschungsabteilung, Rijswijk, Niederlande
 Wintershall Holding GmbH
Promotionen
Weniger, Philipp: Thermal and microbial gas generation, accumulation and dissipation in coal basins:
role of sorptive storage capacity evolution (2012)
Abeed, Qusay Houssain: Mesozoic Petroleum Accumulations of Southern Iraq. A Petroleum System
Study (2012)
Gensterblum, Yves: CBM and CO2 –ECBM-related sorption in coal (2013)
Ghanizadeh, Amin: Experimental Study of Fluid Transport Processes in the Matrix System of Organicrich Shales (2013)
Gašparik, Matúš: Experimental Investigation of Gas Storage Properties of Black Shales (2013)
Uffmann, Anna Kathrin: Paleozoic petroleum systems of northern Germany and adjacent areas: A 3D
modeling study (2013)
Kontakt
EMR-Energy and Mineral Resources Group
Institute of Geology and Geochemistry of
Petroleum and Coal (GGPC)
Lochnerstrasse 4-20
52056 Aachen
Telefon: +49 241 8095757
Fax: +49 241 80 92152
Homepage: www.emr.rwth-aachen.de
DFG ohne SFB;
1%
Sonstige; 25%
Wirtschaft; 60%
BMBF; 11%
EU; 3%
56
Institut für Mineralogie und
Lagerstättenlehre
Univ. Prof. Dr. F.M. Meyer
Personal
PS*
Professor
DS**
1
Oberingenieur
2
1,5
6,5
3,5
1
5
* PS: Planstellen
Kurze Institutsbeschreibung
Der wissenschaftliche Schwerpunkt des Instituts
für Mineralogie und Lagerstättenlehre (IML)
liegt in der Erforschung von Bildungsbedingungen, Eigenschaften und mineralogischem Inventar sowie der Nutzungs- und Umweltrelevanz
von Lagerstätten der metallischen und nichtmetallischen mineralischen Rohstoffe. Diese Thematik besetzt ein interdisziplinäres Feld der
Angewandten Geowissenschaften und verknüpft die relevanten Disziplinen der Geochemie, Mineralogie, Geometallurgie, Petrographie
und Tektonik. Das Methodenspektrum umfasst
die lithologische und strukturelle Aufnahme von
Erzkörpern und ihres geologischen Rahmens,
petrographisch-mineralogische
Bestandsaufnahmen und genetische Interpretation, Fluideinschlussanalytik, sowie die Litho- und Isotopengeochemie.
Die
wichtigsten
lagerstättengenetischen Projekte der letzten
Jahre umfassen Orogene Gold-, EisenoxidKupfer-Gold, Vulkanogene Massivsulfiderz- und
Porphyrische Kupfer-Gold-Lagerstätten. Das
Professor Klockmann Labor für Geometallurgie
verfügt mit dem
Bruker D8-Advance
Diffraktometer, der JEOL JXA-8900R Elektronenstrahl-Mikrosonde und der neuen QEMSCAN FEI
650 F über eine exzellente Ausstattung auf dem
Gebiet der Geometallurgie, die eine Brückenfunktion zwischen Mineralogie, Aufbereitungstechnik und Metallurgie darstellt. Das besondere Interesse gilt den Hochtechnologiemetallen
Tantal, Niob, Indium, Tellur und den Seltenen
Erden in Pegmatiten, Karbonatiten und
Buntmetallsulfiderzen. In dem Labor für Geochemie und Umweltanalytik werden beispielsweise Metallbelastungen, bzw. das geochemische Verhalten geogener und anthropogener
Metallspezies an Bergbau- und Industriestandorten untersucht. Das Labor ist u. A. mit einem
PerkinElmer
Elan DRCe
ICP-QuadrupolMassenspektrometer in Kombination mit dem
NewWave UP193Fx ArF-Excimer-Laser ausgestattet, mit dem Spurenelementmessungen an
Flüssigkeiten als auch in Kombination mit einem
Laser-Ablationssystem an Feststoffen durchgeführt werden.
Die Projektschwerpunkte liegen damit einerseits auf der Analyse und Modellierung
metallogenetischer Prozesse und zugrundeliegender physikochemischer Parameter sowie der
mineralogischen, geochemischen, ökonomischen und ökologischen Charakterisierung und
Beurteilung metallischer und nichtmetallischer
Rohstoffe. Andererseits liegen die Projektschwerpunkte in der Umwelt- und Isotopengeochemie sowie der technischen Mineralogie.
A) Studiengänge
Das IML bietet ein interdisziplinäres Lehrangebot für folgende Studiengänge (BSc, MSc) an:
Georessourcenmanagement, Angew. Geowissenschaften, Angew. Geographie, Rohstoffingenieurwesen sowie Technik-Kommunikation
(MA) und Applied Geophysics (MSc).
B) Lehrinhalte
Die folgenden Themen werden abgedeckt:
Grundlagen der Mineralogie und Petrographie,
Scientific Reading, Lagerstätten metallischer
und nicht-metallischer Rohstoffe, Projektarbeit
Lagerstätten, Erzmikroskopie, Einführung in die
anorganische Geochemie, Geochemische Analytik, Anorg. Umweltgeochemie, Geländepraktika
57
+ Exkursionen. Veranstaltungen in englisch
(MSc-Kurse): Hydrothermal Systems, Ore Forming Processes, Sulfide Petrology and Thermochemistry, Mineral Exploration, Ore Body Modeling, Ore Systems Analysis, Economics of Mineral Resources.
A) Lagerstättenforschung
1) IOCG-Lagerstätten
Die Bedeutung dieser Lagerstätten liegt darin,
dass neben Fe-Oxiden, Cu und Au auch SEE, Co,
Bi sowie U auftreten können. Mit unseren Arbeiten in Mauretanien konnten wir erstmals
nachweisen, dass die Verbindung von Au mit
flüssigem Bi-Metall auch in sehr verdünnten
hydrothermalen Lösungen bei Temperaturen >
350oC zu einer effizienten Au-Mineralisation
führt. In Lalachang (China) wurde neben der CuMineralisation auch eine SEE-Vererzung festgestellt.
2) Orogene Lagerstätten
Orogene Lagerstätten sind ein wichtiger Bestandteil für die Gewinnung von Au, Ag und
Buntmetallen. Sie stellen einen Großteil der
Goldreserven der Erde dar. Prozesse, die die
Lagerstättenbildung kontrollieren sind Gegenstand der Bearbeitungen durch das Institut. In
der Lagerstätte Hutti (Indien) konnte erstmals
gezeigt werden, dass die Au-Mineralisation
durch zwei unabhängige Hydrothermalereignisse gebildet wurde.
3) Submarine Lagerstätten
Die Bildung von fossilen und rezenten Buntmetalllagerstätten am Meeresboden stellt einen
integralen
Bestandteil
der
Lagerstättenforschung dar, da diese Lagerstätten einen der Hauptlieferanten von Zn und Cu
sowie anderer wichtiger Hochtechnologiemetalle darstellen.
B) Mineralogie und Petrologie
Ein Schwerpunkt bildet die Erforschung von
Stoffumsätzen in magmatischen Vorkommen.
Dazu zählen Karbonatite und Pegmatite, die
steigende Bedeutung für die Gewinnung von
Hochtechnologiemetallen besitzen. Mit Hilfe
der metamorphen Petrologie lassen sich Aussagen über die Entwicklung von Gesteinen treffen.
Dies
ist
z. B. für die Erstellung
lagerstättengenetischer Modelle von Bedeutung.
C) Umweltgeochemie
Die Umweltgeochemie befasst sich mit den
stofflichen Wechselwirkungen des oberflächennahen Systems der Gesteine, Böden, Gewässer,
Lebewesen und der Atmosphäre. Besondere
Beachtung finden die anthropogenen Einflüsse,
welche nachhaltig in die globalen Kreisläufe
eingreifen. Am IML, das mit seinem Labor für
Geochemie und Umweltanalytik Teil des Laborverbunds für Umweltgeochemie der Fachgruppe Geowissenschaften und Geographie ist, werden insbesondere anthropogene Einträge der
Schwermetalle und Säurebildner untersucht.
A) Siemens Forschungsbereich Rare
Earth Green Mining and Separation
Der Siemens Forschungsbereich (S-FB) Seltene
Erden ist eine auf vier Jahre ausgelegte Kooperation von sechs Professuren der RWTH Aachen
mit Experten des Siemens Industry Sektors. Das
IML erforscht im Zuge zweier Promotionsarbeiten die weltweite Verfügbarkeit und nachhaltige Versorgung von „Seltenen Erdelementen“.
Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Mineralogie
und Mineralchemie sowie der Geometallurgie
von konventionellen und unkonventionellen
Lagerstätten. Diese werden hinsichtlich Ökonomie und Ökologie analysiert und anhand von
geologischen und aufbereitungstechnischen
Parametern evaluiert. Dabei spielen umweltanalytische Aspekte im Hinblick auf die Forderung nach „Green Mining and Separation“ eine
Schlüsselrolle.
B) Goldführende Sulfiderze im Siegerland
Aufgrund der Bedeutung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe für den High-Tech Standort
Deutschland werden lagerstättenkundliche Untersuchungen im Siegerland-Wied Bezirk des
Rheinischen Schiefergebirges durchgeführt. Die
Mineralisation ist an Gangsysteme gebunden,
die sich mit der Anlage der Siegener Hauptstörung entwickelten. Gold kommt in Form von
Nanopartikeln und diskreten Einschlüssen in
Sulfiden vor.
C) Hydrothermale Alteration in archaischer ozeanischer Kruste
Im Rahmen des ICDP Barberton Drilling Project:
Peering into the Cradle of Life werden in diesem
Projekt die Prozesse der Silifizierung und BorMetasomatose in archaischer ozeanischer Krus-
58
te untersucht. Die Untersuchung findet u.a. an
Sedimenten statt, die Hinweise auf mikrobielles
Leben im Archaikum enthalten.
D) Metamorphe Entwicklung und tektonische Bedeutung hochdruckmetamorpher Gesteine im Paläoproterozoikum
In diesem Projekt wird die Druck-TemperaturZeit-Deformations Entwicklung hochdruckmetamorpher Gesteine des Paläoproterozoischen Nagssugtoqidian Orogens in Südost
Grönland untersucht. In Zusammenarbeit mit
dem Geologischen Dienst von Dänemark und
Grönland (GEUS) werden in diesem Projekt
Druck-Temperatur-Zeit Pfade mit Hilfe von
Pseudoschnitt Modellierung und U-Pb Datierungen berechnet und mit detaillierten kinematische Untersuchungen an Scherzonen kombiniert. Die Ergebnisse geben nicht nur neue Einblicke in die tektonische Entwicklung und Exhumierungsgeschichte des Orogens, sondern
auch wichtige Hinweise auf die geodynamischen
Prozesse während der Bildung des Superkontinents Nuna im mittleren Paläoproterozoikum.
E) Fraktionierung von high-tech Metallen zwischen vulkanogenen
Massivsulfidvererzungen (VMS) und
deren subaquatischen sowie
subärischen Gossans – Vergleich mariner und terrigener
Lagerstättenbildungsprozesse
In diesem Projekt werden VMS Lagerstätten im
nördlichen Oman petrographisch und geochemisch untersucht. Analysiert wird die Verteilung
von high-tech Metallen (wie z.B. In, Se, Te, Ge,
Ga) in primären, hydrothermalen Sulfiden sowie
in deren subaquatischen und subaerischen
Verwitterungsprodukten. Des Weiteren wird
das Verhalten dieser kritischen Elemente während unterschiedlicher Stufen der Alteration in
den verschiedenen Environments untersucht
und mögliche Anreicherungen erforscht.
F) SEE-Potential der Borborema Pegmatit-Provinz, NE-Brasilien
Die Zielsetzung ist die Evaluierung des SEEPotenzials in der Borborema Pegmatit Provinz.
Es werden Studien über die Mineralogie der
Pegmatite, mit besonderem Augenmerk auf SEE
führende Minerale und die Untersuchung des
artisanalen Bergbaus durchgeführt.
59

Dziggel, Annika; Diener, Johann F. A.; Stoltz, Nicolas Benjamin; Kolb, Jochen (2012) Role of H 2O in the formation of
garnet coronas during near-isobaric cooling of mafic granulites : the Tasiusarsuaq terrane, southern West Greenland.
Journal of metamorphic geology 30, 957-972.

Kolb, Jochen; Kokfelt, Thomas F.; Dziggel, Annika (2012) Geodynamic setting and deformation history of an Archaean
terrane at mid-crustal level: The Tasiusarsuaq terrane of southern West Greenland. Precambrian Research 212-213,
34-56.

Sindern, S., Gerdes, A., Ronkin, Y.L., Dziggel, A., Hetzel, R., Schulte, B.A. (2012) Monazite stability, composition and
geochronology as tracers of Proterozoic events at the eastern margin of the East European Craton (Taratash complex,
Middle Urals). Lithos, 132-133, 82-97.

Sindern, S., Meyer, F.M., Lögering, M.J., Kolb, J., Vennemann, T., Schwarzbauer, J. (2012) Fluid evolution at the
Variscan front in the vicinity of the Aachen thrust. Int J Earth Sci (Geol Rundsch) 101:87–108.

Kolb, Jochen; Dziggel, Annika; Schlatter, Denis M. (2013) Gold occurrences of the Archean North Atlantic craton,
southwestern Greenland : A comprehensive genetic model. Ore geology reviews 54 (2013) 29-58.

Rogers, Amanda Jane; Kolb, Jochen; Meyer, Franz Michael; Vennemann, Torsten (2013) Two stages of gold mineralization at Hutti mine, India (2013) Mineralium Deposita 48, 99-114.





Aachener Kompetenzzentrum für Ressourcentechnologie, AKR
Berufsverband Deutscher Geowissenschaftler,
BDG
Gadjah Mada University, Yogyakarta, Indonesia
Geological Survey of Denmark and Greenland,
GEUS
Ges. f. Bergbau, Metallurgie, Rohstoff- u. Umwelttechnik, GDMB








Deutsche Mineralogische Gesellschaft, DMG
Mineralogical Association of Canada
Mineralogical Society London
Schweiz. Mineralogische und Petr. Gesellschaft
Society of Economic Geologists, SEG
Society for Geology Applied to Mineral Deposits,
SGA
Umwelt-Forum der RWTH Aachen
Universidade Federal do Rio Grande do Norte,
UFRN, Brasilien
Promotionen
Havenith, Vanessa Maria Josephine: Diageneseevolution von Ober-Rotliegend II Sandsteinen eines
Tight-Gas Feldes in Ostfriesland (NW Deutschland) (2012)
Sonstige; 1%
Kontakt
IML – Lehrstuhl und Institut für Mineralogie
und Lagerstättenlehre
Wüllnerstraße 2
52056 Aachen
Telefon: 0241-8095758
Fax: 0241-8092153
Homepage: http://www.iml.rwth-aachen.de
DFG ohne
SFB; 14%
Wirtschaft; 85%
60
Lehr- und Forschungsgebiet Wirtschaftsgeographie der Dienstleistungen
Inanspruchnahme der Dienste, Wettbewerbseinflüsse durch internationale Vernetzungen
B) Verkehr und Logistik
Akteurszentrierte Analyse von Verkehrssystemen, Wechselwirkungen von Raumstruktur und
Verkehr, Verkehrsgenese, Verkehrspolitik und planung,
Auswirkungen
von
VerkehrsGroßprojekten, Verkehrsunternehmen in der
Globalisierung, Spannungsverhältnis von ökonomischen Anforderungen und ökologischen
Zielen
C) Geographische Handelsforschung
Prof. Dr. Cordula Neiberger
Personal
PS*
Professor
DS**
1
Wirtschaftsgeographische Analyse von Branchenstrukturen, Verflechtungen und räumlichen
Wirkungen des Groß- und Einzelhandels, theoretische Konzepte zur Erfassung und Erklärung
von Restrukturierungsprozessen, Einflüsse von
Globalisierung, demographischen Wandel und
ökologischer Sensibilität
Oberingenieur
A) Flughafen und Region
1
0,5
0,5
2
* PS: Planstellen
Das Institut für Wirtschaftsgeographie der
Dienstleistungen wurde zum 1.8.2011 nach
Übergang des bisherigen Leiters in den Ruhestand durch Frau Prof. Dr. Cordula Neiberger
neu besetzt. Es werden zum einen die Schwerpunkte in der Lehre weitgehend fortgesetzt,
zum anderen werden im Bereich der Forschung
aber verstärkt Schwerpunkte im Bereich von
Verkehr und Logistik gesetzt. Ein solcher
Schwerpunkt soll durch eine intensivierte Auseinandersetzung mit dem Thema Wertschöpfungsketten gesetzt werden. Hierzu sind bereits
neue Forschungsprojekte in Planung.
A) Wirtschaftsgeographie der DL
Dienstleistungswirtschaft in räumlichen Strukturen, Funktionen und Vernetzungen, Grundlagen
für Standortwahl und Formenwandel der
Dienstleistungsdarbietung, Veränderungen von
Reichweiten und Formen der Nachfrage bzw.
Flughäfen als Motoren aktueller Wirtschaftsund Stadtentwicklung im internationalen Vergleich, Entstehung neuartiger Strukturen und
Dynamiken, Bewertung mit Blick auf eine nachhaltige, postmoderne und globalisierte Wirtschafts- und Stadtentwicklung
B) Globale Wertschöpfungsketten
Koordination und Konfiguration arbeitsteiliger
Prozesse auf regionaler, nationaler und internationaler Aggregationsebene
A) Do Airports green Cities? Auswirkungen von Nachhaltigkeitsstrat egien von Flughäfen auf ihr Umfeld
Nach einer ausführlichen NachhaltigkeitsDebatte in der Wissenschaft der 90er Jahre und
der zunehmenden Präsenz der Diskussion um
den Climate Change in der Öffentlichkeit überdenken heute auch immer mehr Unternehmen,
inwieweit nachhaltiges Wirtschaften für sie von
Bedeutung ist. Dieses kann sowohl in der Kostensenkung als auch der positiven Außenwirkung liegen. Insbesondere Flughafenbetreiber
haben weltweit entsprechende Nachhaltigkeitskonzepte erstellt bzw. arbeiten an diesen.
Ebenso bemühen sich Städte zunehmend um
61
eine nachhaltige Siedlungs- und Verkehrsgestaltung.
Das Projekt setzt an diesem Punkt an, indem es
der Frage nachgeht, inwieweit die Nachhaltigkeitsstrategien ausgewählter europäischer
Flughäfen auch eine Auswirkung auf die städtischen Agglomerationen der Flughäfen haben
können, also inwieweit durch das auf Nachhaltigkeit ausgerichtete strategische Handeln von
Flughäfen nachhaltiges Handeln von Stadt- und
Regionalverwaltungen, Unternehmen und Privatpersonen induziert werden kann bzw. schon
wird und welche räumlichen Wirkungen dies auf
die Flughafenregion haben kann. Gleichzeitig
soll die Einflussnahme der Städte auf die Strategien der Flughäfen mit einbezogen werden. Die
gegenseitige Beeinflussung kann in Form von
Verhandlungen, Kooperationen, Vorbildfunktion
oder des Imports neuer Technologien liegen
und sich auf verschiedene Wirkungsfelder beziehen, wie Verkehr, Energieversorgung (Bezug
von Öko-Strom), Logistik (Einbringen von GreenLogistics–Standards) oder Immobilienwirtschaft
(energieeffizientes Bauen).
B) Wertschöpfungsketten beim Recycling von Technologiemetallen
Das Recycling von Elektroaltgeräten zur Rückgewinnung von Technologiemetallen erfolgt in
Wertschöpfungsprozessen, die sich als Kette
oder Netzwerk von Akteuren beschreiben lassen. Die Steuerung dieser Ketten als Interaktion
von Koordination und der Konfiguration sind
dabei bisher empirisch zumeist in der Produktion untersucht worden. In diesem Projekt liegt
der Untersuchungsfokus auf der Interaktion von
Unternehmen mit unterschiedlichen Steuerungskonzepten. In der Entsorgungswirtschaft
agieren neben privatwirtschaftlichen auch öffentliche Unternehmen. Diese sind dem CitizenValue verpflichtet und haben meist ein anderes
Verständnis von einem „Verbraucher“. Dabei ist
der Verbraucher in der Recyclingkette ein wesentliches Element, da der Rohstoff in Form
ausgedienter Elektrogeräte nur durch dessen
bewusste Entsorgungsentscheidung dem Verwertungssystem zugeführt werden kann.
Im Kern der Untersuchung stehen dementsprechend Entscheidungsträger der Entsorgungsbranche. Deren Einstellungen, Handlungen und
Strategien werden mit dem Ziel ausgewertet,
die Koordination und Konfiguration von Wertschöpfungsketten im Recycling zu analysieren
und die wesentlichen Unterschiede zu Produktionsnetzwerken herauszustellen. Hier kann ein
Beitrag zur theoretischen Diskussion um die
Steuerung von Wertschöpfungsketten geleistet
werden. Zudem erfolgt eine Qualitätsbewertung des Verbraucherzugangs zur Erfassung von
Altgeräten in Verbindung mit einer GIS-Analyse
der Erreichbarkeit von Sammelstellen. Hierdurch lässt sich ein Maß für die Performance
sowohl für öffentliche als auch privatwirtschaftliche Entsorgungsunternehmen ableiten.
62


Neiberger, C. 2014: Do Airports green cities? Von der Airport City zur nachhaltigen Region. Flughafenstrategien und
Regionalentwicklung. In: Planung neu denken. H. 1. www.planung-neu-denken.de
Neiberger, C. und P. Neumann 2013: Unternehmensnetzwerke und Wissenstransferprozesse thüringischer Unternehmen. Ergebnisse einer Langzeitstudie. Berichte. Geographie und Landeskunde 87, H. 2, 157-173.


Arbeitskreis Verkehr im VGDH (Verband der
Geographen an Deutschen Hochschulen (Sprecherin))
Arbeitskreis Geographische Handelsforschung
im VGDH



ERSA European Regional Science Association
GFR Gesellschaft für Regionalforschung
DVWG Deutsche Verkehrswissenschaftliche
Gesellschaft
BMBF; 24%
Kontakt
Institut
Anschrift
Anschrift
Telefon:
Fax:
E-Mail:
Homepage:
Wirtschaftsgeographie der Dienstleistungen
Wüllnerstr. 5b
52062 Aachen
0241/8096062
0241/8092336
[email protected]
www.diegeo.rwth-aachen.de
Sonstige; 76%
63
Lehr- und Forschungsgebiet Kulturgeographie
kum mit stadtgeographischem Schwerpunkt
vorwiegend im europäischen Ausland.
4. Aufbaumodul 1 und 2 (5./6. Sem.): Vertiefungsvorlesung und Hauptseminare zur Stadtund Bevölkerungsgeographie.
B) Angewandte Geographie/Wirtschaftsgeographie (M.Sc.)
Modul Angewandte Stadtgeographie (für beide
Masterstudiengänge der Geographie): Projektseminar zu ausgewählten Themen der sozialgeographischen Stadtforschung.
Univ. Prof. Dr. phil. Carmella Pfaffenbach
Personal
PS*
Professor
DS**
1
Oberingenieur
Akademische Rätin a.Z.
1
3
1
1
2
1
* PS: Planstellen
Die Arbeitsgruppe Kulturgeographie beschäftigt
sich in Forschung und Lehre mit aktuellen Fragestellungen der Migrations- und Stadtgeographie. Der regionale Fokus liegt auf deutschen
Stadtregionen sowie ausgewählten Länder in
Europa, Nordafrika und im Nahen Osten.
A) Angewandte Geographie (B.Sc.)
1. Modul Stadt und Bevölkerungsgeographie
(3. Sem.): Vorlesung, Grundseminar, zwei Tage
Geländepraktikum. Inhalte: Grundlegende Theorien und Prozesse der Stadt- und Bevölkerungsgeographie.
2. Projektmodul Empirische Methoden (4.
Sem.): Vorlesung Empirische Methoden, Projektstudie, Geländetage. Inhalte: Grundlagen
empirischen Arbeitens in der Humangeographie.
3. Vertiefungsmodul Regionale Geographie (4.
Sem.): Regionalseminar, großes Regionalprakti-
A) Auswirkungen des Demographischen Wandels
Im Forschungsschwerpunkt zum Demographischen Wandel in Deutschland stehen Auswirkungen auf Raumstrukturen von Großstadtregionen, auf Lebenswelten und Lebensstile im
Alter, auf städtische Arbeitswelten sowie auf
die nachhaltige Sicherung von Lebensqualität in
ländlichen Räumen im Vordergrund.
B) Migrationsforschung in Deutsc hland
In nordrhein-westfälischen Städten widmen wir
uns Prozessen und Problemen der Eingliederung
und Identitätsbildung von Migranten und fokussieren dabei sowohl auf hochqualifizierte Ausländer unterschiedlichster Herkunft als auch auf
spezifische Gruppen.
C) Migrations- und Stadtforschung im
Nahen Osten und in Südasien
Ein dritter Schwerpunkt widmet sich den Zusammenhängen von Migrations- und Entwicklungsprozessen und ihren Auswirkungen auf
lokale soziale und politische Strukturen.
D) Stadtentwicklung
Im Schwerpunkt Stadtentwicklungsforschung
werden Fragen der Perzeption von Stadtentwicklungsprozessen, Fragmentierungsphänomene in Städten des Südens sowie Prozesse der
sozialen Raumproduktion thematisiert.
64
A) Zusammenhänge zwischen internationaler Migration und Raum- und Gesellschaftsproduktion in Muscat/
Oman
Internationale Arbeitsmigration stellt für die
Entwicklung des Sultanats Oman seit vier Jahrzehnten ein unverzichtbares Moment dar. Den
Konzentrationspunkt der Zuwanderung, insbesondere gering bis hoch qualifizierter Arbeitskräfte aus Europa und Asien, bildet die Hauptstadtregion Muscat. Infolge der außergewöhnlich hohen und raschen Wachstumsdynamik
erfährt die städtische Gesellschaft einen intensiven Heterogenisierungsprozess, der im Stadtraum spezifische Fragmentierungserscheinungen forciert.
Der Fokus der qualitativen empirischen Untersuchungen ist auf Biographie und Identitätskonstruktionen der Migranten gerichtet, auf die
Organisation und Strukturierung der Communities (Netzwerke etc.) sowie auf deren soziales
Miteinander und ihre Integration in die omanische Gesellschaft. Mit der Auswahl von Ägyptern, Indern, Sri Lankis, Bangladeschis und Europäern wird das Spektrum unterschiedlicher
sozialer Positionen aufgrund der Stellung in der
Hierarchie des Arbeitsmarktes widergespiegelt.
Ziel des Forschungsprojekts ist es, den Entstehungskontext der Heterogenisierungs- und
Fragmentierungsprozesse durch Alltagspraxis zu
untersuchen, um die Möglichkeiten, Bedingungen und Interessen an sozialer und räumlicher
Integration
unterschiedlicher
MigrantenCommunities aufzudecken.
DFG-Förderung; Projektlaufzeit: 2011-2013
B) Der Einfluss des deutschen Islambildes auf die Alltagsgestaltung und
raumbezogene Identitätsbildung muslimischer Araber in NordrheinWestfalen
Die Frage nach der Integration muslimischer
Migranten in europäischen Städten ist durch
Ereignisse wie den 11. September 2001, die
Kopftuchdebatte, die Diskussion über Ehrenmorde oder den Karikaturenstreit in den Fokus
des medialen Interesses gerückt. Für die
nordrhein-westfälischen Städte ist diese Debatte besonders akut, da hier eine große Zahl musForschungsbericht 2012/2013
limischer Migranten lebt. Bislang ist jedoch
kaum bekannt, wie der in Deutschland häufig
negativ konnotierte Islamdiskurs auf hier lebende Personen mit entsprechendem Migrationshintergrund aus mehrheitlich muslimischen
Ländern wirkt und für sie alltags- und identitätsrelevant wird. Bereits durchgeführte empirische
Studien zu Muslimen in Deutschland bezogen
sich meist nur auf türkeistämmige Migranten.
Das vorliegende Projekt bezieht sich auf Marokkaner als die numerisch größte arabischmuslimische
Community
in
NordrheinWestfalen. Dabei wird zum einen das in
Deutschland vorherrschende Islambild diskursanalytisch untersucht. Zum anderen werden
durch qualitative Interviews und unter Einbeziehung des biographischen Hintergrundes
identitäts- und alltags-relevante Auswirkungen
des Islamdiskurses in deutschen Medien herausgearbeitet.
DFG-Förderung; Projektlaufzeit: 2009-2012
C) Auswirkungen des demographischen Wandels und neuer Lebenskonzepte für das Alter auf die Raumstrukturen deutscher Großstadtregionen
Die deutsche Gesellschaft sieht sich zunehmend
mit den Folgen des demographischen Wandels
konfrontiert. Die wachsenden Anteile älterer
Menschen an der Gesamtbevölkerung stellen
nicht zuletzt für die deutschen Städte eine Herausforderung dar, da bisher wenig darüber bekannt ist, welche Lebensstile in der künftigen
älteren Generation verbreitet sind, welche
Wohnansprüche sie im Hinblick auf ihren Alterswohnsitz haben wird und inwiefern diesbezüglich geschlechtsspezifische Unterschiede zu
erkennen sind. Es ist jedoch davon auszugehen,
dass sich die zukünftige Senioren-Generation in
65
ihren Lebenskonzepten von der heute älteren
Generation deutlich unterscheidet, da sie durch
Bildungsexpansion, Emanzipation und Partizipation über andere Ansprüche und Potentiale
verfügt.
Das Ziel des Projektes ist, die Lebenskonzepte
der heute 51- bis 60-jährigen Großstadtbewohner für ihren zukünftigen Ruhestand in ihrem
räumlichen Kontext und vor dem Hintergrund
ihrer Altersstereotype und Geschlechterrollenmodelle zu analysieren, wobei überprüft werden soll, inwieweit die Frauen und Männer dieser Generation, die zahlreiche gesellschaftliche
Veränderungen initiiert und erlebt haben, im
Alter anders zu handeln beabsichtigen als die
Vorhergehenden. Dies soll ein präziseres Bild
über die zukünftigen Ansprüche einer voraussichtlich „anderen“ Senioren-Generation in
deutschen Großstädten ergeben.
Als Untersuchungsstädte wurden Aachen, Bochum, Leipzig und Berlin ausgewählt. Für einen
regionalen Vergleich können auch bereits erhobene Daten aus München herangezogen werden. Die Untersuchung wird mittels einer qualitativen Befragung durchgeführt, wobei der Fokus insbesondere auf den Raumbezug der individuellen Biographien gerichtet wird.
DFG-Förderung/Gender-Stipendium der RWTH
Aachen; Projektlaufzeit: 2009-2013
D) Hochqualifizierte Ausländer in
nordrhein-westfälischen Städten – Zur
Eingliederung der Migranten in die
städtischen Gesellschaften vor dem
Hintergrund kommunaler Integrations- und Internationalisierungspolitiken
In dem Forschungsvorhaben soll untersucht
werden, in welcher Weise sich hochqualifizierte
Migranten in die Stadtgesellschaften eingliedern. Die Eingliederung wird zum einen aus der
Perspektive der Migranten und zum anderen
aus Sicht der Akteure der kommunalen Integrationspolitik beleuchtet. Im Mittelpunkt stehen
die Fragen, welche Strategien die Migranten zur
Eingliederung entwickeln, welche Netzwerke
vor Ort geknüpft werden und wie der neue
städtische Raum wahrgenommen und genutzt
wird. Auf kommunaler Ebene werden die städtischen Integrations- und Internationalisierungspolitiken sowie die Entwicklung entsprechender
Maßnahmen oder Angebote für diese Gruppe
untersucht.
Durch die Betrachtung verschiedener Berufsgruppen in den vier Untersuchungsstädten
Bonn, Düsseldorf, Essen und Köln wird ermöglicht, die Eingliederungsprozesse unter verschiedenen Rahmenbedingungen zu untersuchen. Auf Basis von qualitativen Interviews wird
die Situation ausländischer „Bohemiens“ (u.a.
Künstler und Publizisten) und „kreativer Professionals“ (u.a. Manager, leitende Angestellte)
erarbeitet.
Die Perspektive der kommunalen Ebene wird
durch Gespräche mit Experten aus den Stadtverwaltungen und Interessenvertretungen und
zudem durch ein Monitoring der Integrationspolitik untersucht. Konzeptionell verknüpft die
Untersuchung individuelle Handlungsperspektiven der Migranten mit der Ebene der kommunalen Politik.
DFG-Förderung; Projektlaufzeit 2012-2014
66

Deffner, V. & C. Haferburg (2012): Raum, Stadt und Machtverhältnisse. Humangeographische Auseinandersetzungen
mit Bourdieu. - Geographische Zeitschrift 100 (3): 164-180.

Deffner, V. & U. Meisel (Hrsg.) (2013): StadtQuartiere. Sozialwissenschaftliche, ökonomische und städtebaulicharchitektonische Perspektiven. Essen.

Deffner, V. & C. Pfaffenbach (2013): Integration auf Zeit für ein Leben in Transition: Gesellschaftlicher und politischer
Umgang mit den Herausforderungen einer segmentierten städtischen Migrationsgesellschaft in Muscat (Oman). Raumforschung und Raumordnung, 71(3), S. 233-245 .

Didero, M. (2012): Cairo’s informal waste collectors: a multi-scale and conflict sensitive perspective on sustainable
livelihoods. - Erdkunde (66) 1, 27-44.

Didero, M. & C. Pfaffenbach (2013): Neue Heimat NRW - wo marokkanischstämmige zu Hause sind. - Th. G. Schneiders (Hrsg.): Die Araber im 21. Jahrhundert. Politik, Gesellschaft, Kultur. S. 367-389 Wiesbaden.

Otto, M. & D. Temme (2012): Deutsche Universitäten als Karrieresprungbrett? Zur Arbeits- und Lebenssituation ausländischer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in Aachen, Bonn und Köln. - Deutsche Gesellschaft für Demographie e.V. (Hrsg.): Schrumpfend, alternd, bunter? Antworten auf den demographischen Wandel. DGD-OnlinePublikation 01/2012. S. 84-93 Bonn.

Pfaffenbach, C. & C. Kramer (2013): Wie die Senioren der Zukunft wohnen. - forschung SPEZIAL Demografie, Sonderausgabe des DFG-Magazins"forschung" zum Wissenschaftsjahr 2013 - Die demografische Chance. Seite 24-27 Bonn.

Pfaffenbach, C. & A. Siuda (2012): Hitzebelastung und Hitzewahrnehmung im Wohn- und Arbeitsumfeld der Generation 50plus in Aachen. - Europa regional. Zeitschrift des Leibnitz-Instituts für Länderkunde. 18/4, S. 192 - 206 Leipzig.


Institut für Landes- und Stadtentwicklung (ILS)
German University of Technology, Muscat
(Oman) (GUtech)


Sultan Quaboos University, Muscat (Oman)
(SQU)
Housing and Building National Research Center
(Cairo) (HBRC)
Promotionen
Didero, Maike: Raumbezogene Zugehörigkeiten zwischen Diskurs und Disposition. Eine subjekttheoretische Untersuchung deutsch-marokkanischer Perspektiven auf das deutsche Islambild (2013)
Wirtschaft; 30%
Kontakt
DFG ohne SFB;
70%
Geographisches Institut, LuF Kulturgeographie,
Templergraben 55, D–52062 Aachen
Telefon: +49 241 80 97790, Fax: +49 241 80 92790
Homepage: http://www.kulturgeo.rwth-aachen.de
67
Institut für Neotektonik und Georisiken
Seit 2012 ist Prof. Dr. Reicherter wissenschaftlicher Direktor des ABC-J Geoverbundes
(www.geoverbund-abcj.de), die Amtsperiode
endet 2014. Klaus Reicherter ist seit 2012 DFGFachkollegiat (314) bis 2015. Gemeinsam mit
dem Kollegen Prof. Janos Urai wurde Klaus
Reicherter mit dem seit 2008 vergebenen Preis
der RWTH für besonders familienfreundliche
Chefinnen und Chefs im Rahmen des Projektes
FAMOS für FAMILIE im Jahr 2013 ausgezeichnet.
Er lehrt auch in Lüttich und Stockholm Masterkurse in Georisiken sowie im Studiengang
KaVoMa der Universität Bonn und an der
GUTech/Muscat im Oman. Im Sommersemester
2013 wurde Herrn Reicherter ein Forschungssemester bewilligt.
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Klaus
Reicherter
Personal
PS*
Professor
DS**
1
Oberingenieur
1
1,5
8
5
* PS: Planstellen
Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter am Institut für Neotektonik und Georisiken lehren und
forschen auf dem Gebiet der Erdbebengeologie
sowie der sekundären Effekte von Erdbeben
(Tsunamis und Erdrutsche). Die Forschungsprojekte sind sowohl interdisziplinär als auch geophysikalisch anwendungsorientiert und/oder
geoarchäologisch ausgerichtet. Wir greifen aktuelle Themen auf und leisten einen wissenschaftlichen Beitrag zur Lösung gesellschaftlicher Probleme sowie zur Einschätzung des Gefahrenpotentials von Naturkatastrophen. Als
weiterer Schwerpunkt hat sich über die Beteiligung am SFB 806 (Univ. zu Köln) die Paläoklimatologie in den letzten Jahren herauskristallisiert.
Die Finanzierung der Projekte stammt überwiegend von der DFG, dem BMBF und dem DAAD.
Untergeordnet finden auch Kooperationen mit
Industrie und Ämtern (z.B. BGR) statt.
A) Georessourcenmanagement (Bachelor / Master); Angew. Geowissenschaften (Bachelor / Master); Angewandte
Geographie (Bachelor / Master); Applied Geophysics (Master)
Die Schwerpunkte in der Lehre in diesen Studiengängen liegen auf Georisiken, Fernerkundung
und Neotektonik. Durch vielfältige Geländeübungen, Exkursionen, Kartierkurse und geologische Praktika wird den Studierenden das Gefühl für eine geologische und geomorphologische Ansichtsweise einer Landschaft vermittelt
und eine dreidimensionale Sicht der Dinge trainiert. Dazu zählt die Untersuchung des oberflächennahen Untergrunds mit hochauflösenden
geophysikalischen Methoden (Georadar, Geoelektrik, MagSus) und mit Flachbohrungen mit
einer geologischen Ansprache und Interpretation genauso wie die Analyse von Oberflächenformen durch satellitengestützte Fernerkundung und LiDAR. Weiterhin betreut Herr
Reicherter die Studierenden im ERASMUS Programm und ist Prüfungsausschussvorsitzender des Master-Studiengangs Georessourcenmanagement und Stellvertreter im BScStudiengang.
A) Georisiken (Natural Hazards)
Naturkatastrophen haben das System Erde immer betroffen und müssen sorgfältig in Raum
(lokal, regional, global), Zeit (Dauer), Intensität
(Stärke), Wiederholraten und in der Relation
Ursache-zu-Wirkung unterschieden werden. Wir
konzentrieren uns auf Erdbeben, Massenbewegungen und Tsunamis, die wir mit einem multi-
68
disziplinären Geowissenschaftlerteam untersuchen.
B) Erdbebengeologie
Die Evaluation von Erdbeben umfasst ein weites
Feld der Geowissenschaften über Ingenieurwissenschaften und Archäologie bis hin zu Sozialwissenschaften. Eine Erdbebenvorhersage ist
bislang nicht möglich. In unserer Arbeitsgruppe
werden paläoseismologische, neotektonische,
geomorphologische und hochauflösende geophysikalische Daten kombiniert ausgewertet.
Ebenso studieren wir sekundäre Erdbebeneffekte, wie Liquefaktion, Massenbewegungen und
Tsunamis
und
deren
Sedimente.
Arbeitsregionen sind Zentraleuropa, der Mittelmeerraum, Oman und China (siehe auch
www.paleoseismicity.org).
C) Paläoklimatologie
Der Sonderforschungsbereich (SFB) 806 „Our
way to Europe" mit dem Schwerpunkt in Köln,
aber mit Beteiligung von Aachen und Bonn, hat
zum Ziel, die Wanderungsbewegungen des
Menschen im Spätquartär von Afrika nach Mitteleuropa mit geowissenschaftlichen und archäologischen Methoden interdisziplinär zu
untersuchen. Mittlerweile wurde die 2. Phase
von der DFG bewilligt. Die Projekte des Instituts
(C-Cluster) befassen sich mit Migrationsprozessen des modernen Menschen und des Neandertalers auf der Iberischen Halbinsel, die wahrscheinlich maßgeblich vom Klima und vorherrschenden Umweltbedingungen beeinflusst
wurden. Die Untersuchung dieser Einflussfaktoren in direkter Nähe zu archäologischen Fundstellen wird darüber Auskunft geben, inwiefern
und in welchem Ausmaß sie in einem Zusammenhang mit dem Wanderungsverhalten des
Menschen nach und aus Mitteleuropa stehen.
A) 2. Phase SFB 806 - Paläoklimarekonstruktion auf der Iberischen Halbinsel (DFG)
Die Teilprojekte C1 und C3 konzentrieren sich
auf die Veränderungen des Paläoklimas und der
Paläoumwelt auf der Iberischen Halbinsel vom
Pleistozän bis zum Mittleren Holozän. Dort
werden insbesondere der trockene Süden Spaniens als auch der feucht-warme Süden Portugals in direkter Nähe zu archäologischen Fundplätzen (on-site) und verschiedene terrestrische
Sedimentarchive (off-site) interdisziplinär untersucht. Dies erfolgt überwiegend durch Boh-
rungen. Die Bohrkerne werden geochemisch
und geophysikalisch auf typische Proxys untersucht. Zusätzlich werden Altersmodelle mithilfe
verschiedener Analyseverfahren erstellt, um
eine Korrelation der Veränderungen der verschiedenen Parameter mit der Zeit zu ermöglichen. Die Untersuchung biologischer Indikatoren wie Pollen und Diatomeen unterstützt diese
Modelle und ermöglicht weitere Rückschlüsse
auf die Schwankungen des Salzgehaltes der
Seen und die Vegetationsbedingungen. Somit
können Veränderungen der klimatischen Verhältnisse bestimmt werden.
Bohrung auf der Laguna Salada (Málaga, Südspanien).
B) Paläotsunamis im Mittelmeerraum
(DFG)
Entgegen der öffentlichen Wahrnehmung besteht an den Küsten des Mittelmeers durchaus
ein relevantes Tsunamirisiko. Historische Quellen beschreiben wiederholt große Schäden infolge dieses Naturereignisses. Deshalb ist es
wichtig, Paläotsunamis zu identifizieren und
deren Ausmaße und Wiederholraten zu erforschen. Die Ausbreitung der Sedimente von historischen und prähistorischen Tsunamis ist dabei von großem Interesse. Es ist wichtig, die
Erhaltungsfähigkeit dieser Ablagerungen zu
kennen und auf andere Küstengebiete übertragen zu können.
69
und Datierungen der Sedimente durchgeführt.
Ziel ist es, für eine Risikoabschätzung Hinweise
auf die Häufigkeit und die Auswirkungen von
Sturmflutereignissen auf das Gironde-Ästuar
und die Marschen im weiteren Umfeld des
Kernkraftwerkes zu gewinnen.
Bohrarbeiten unsere Studierenden in der St-Ciers Marsch,
Ostufer der Gironde im März 2013.
Antike Hafenanlagen von Phalassarna (Kreta), zen tral die Hafenmole mit Anlegern, rechts die Sed imentfüllung, in der sich Tsunamiablagerungen von
365 AD befinden.
In einem neuen DFG-geförderten Projekt werden antike Häfen auf der griechischen Insel
Kreta auf tsunamigene Sedimente und Zerstörungen hin untersucht. Ein Schwerpunkt liegt
dabei auf sedimentologischen, mikropaläontologischen und geophysikalischen Methoden wie
Georadar, Geoelektrik, LiDAR, etc. Mit Hilfe
dieser Daten werden 3D-Modelle von TsunamiAblagerungen in Häfen erstellt. Durch die Verknüpfung unterschiedlicher Ansätze kann eine
Risikobewertung für Küstenräume erfolgen.
C) Sturmereignisse an der Gironde
Starke Überschwemmungen, hervorgerufen
durch die Orkane Lothar und Martin, verursachten im Dezember 1999 einen Störfall im Kernkraftwerk Blayais, das daraufhin abgeschaltet
werden musste. Das Kernkraftwerk liegt nahe
Bordeaux am Ufer des Ästuars der Gironde (SWFrankreich). Im März 2013 wurden in Kooperation mit dem Institut de Radioprotection et de
Sûreté Nucléaire (IRSN, Paris) am Ostufer der
Gironde flache, bis in 8 m Tiefe reichende Bohrungen abgeteuft. Neben der Bohrkernaufnahme werden dazu die Mikropaläontologie, verschiedene Parameter der Korngrößenverteilung
und die magnetische Suszeptibilität untersucht.
Zusätzlich werden Röntgenfluoreszenzanalysen
D) Seismogene Störungen auf Kreta
(DFG)
Die Insel Kreta befindet sich am südlichsten
Rand
der
Afrikanisch-Ägäischen
Subduktionszone und zählt zu den seismisch
aktivsten Gebieten der Welt. Die Insel ist sehr
gebirgig und klimatische Gegebenheiten sorgen
hier für stabile Festgesteinshänge infolge relativ
geringer Erosion und Sedimentation.
Schematische Darstellung von Strukturen als Konsequenz
aus koseismischem Versatz.
Dadurch bleiben extensionsbedingte Geländestufen als Zeugen koseismischen Versatzes, der
durch Erdbeben entsteht, entlang von aktiven
Störungen erhalten. Mit Hilfe geophysikalischer
Methoden untersuchen wir sowohl den Verlauf
und die Orientierung der Strukturen an der
Oberfläche als auch Deformationen und
kolluviale Ablagerungen im Untergrund.
70
Georadaruntersuchungen im Oman
Deformationen zwischen kolluvialen Sedimenten (links)
und Festgestein (rechts) im Radargramm als Indikator für
koseismischen Versatz.
Letztere entstehen unmittelbar nach einem
Erbeben mit Oberflächenruptur und sind vorzugsweise keilförmig auf Paläoböden entgegen
der Störung gelagert. Die Mächtigkeit solcher
Lagen und die Höhe und Länge der Geländestufen geben Auskunft über die Aktivität der Störung. Datierungen von Paläoböden ermöglichen
die Bestimmung des Alters dieser Versätze,
welche auf Wiederholraten von Ereignissen
schließen lassen und folglich regionsbezogene
Gefährdungsabschätzungen erlauben.
E) Tsunamis im Oman (DFG)
Tropische Stürme und Tsunamis haben in der
Vergangenheit
die
Küste
des
Oman
heimgesucht und gestaltet. Meist stehen
temporäre
Küsten-veränderungen
im
Zusammenhang mit solchen Naturgefahren. In
dieser Küstenregion ist allerdings das Auftreten
historischer Sturm- oder Tsunami-Ereignisse
sowie deren Häufigkeit und Intensität kaum
dokumentiert oder erforscht. Gemeinsam mit
Dr. Gösta Hoffmann (GUtech) werden
Küstenabschnitte als geologische Archive
mittels Sedimentbohrungen, Schürfen sowie
verschiedenen geophysikalischen Methoden
(z.B. Georadar) und Fernerkundung untersucht,
um Informationen über Intervalle sowie
räumliche Verbreitung vergangener Ereignisse
zu rekonstruieren.
F) Störungen in der Wüste Gobi CAME-Projekt (BMBF)
Neben der hochaktuellen Forschung in seismisch aktiven Zonen der Erde stehen in unserer
Arbeitsgruppe auch Verwerfungen im Fokus,
deren Bewegungsraten wesentlich geringer
sind. So genannte „slow active faults“ sind auf
der Erde weit verbreitet, wie zum Beispiel die
historisch und durch instrumentelle Erdbebenaufzeichnungen belegten Störungen in der Niederrheinischen Bucht. In einem interdisziplinären und internationalen Forschungsprojekt,
angesiedelt im Ejina-Becken in der Wüste Gobi,
stellt die bisher unbekannte Störungsaktivität
einen wichtigen Schlüssel zum Verständnis der
Sedimentbeckengenese dar. So werden die
Sedimentationspfade nicht nur durch die Sedimentverfügbarkeit und klimatische Faktoren,
sondern unmittelbar auch von aktiven Störungen beeinflusst. Das aride Wüstenklima des
Ejina-Beckens und starke äolische Erosion verwischen die Spuren, die „slow active faults“
hinterlassen. Wir kartieren tektonisch relevante
Lineamente mit Fernerkundungsmethoden und
untersuchen diese Strukturen mit geologischen
und geophysikalischen Methoden wie der H/VSpektren-Analyse und der TransientenElektromagnetik mit einem stickstoffgekühlten
SQUID-Magnetometer, um mögliche Bewegungen zu detektieren.
71








Grützner, C., Reicherter, K., Hübscher, C., Silva, P.G., 2012: Active faulting and neotectonics in the Baelo Claudia area,
Campo de Gibraltar (southern Spain). Tectonophysics, 554-557, 127–142.
Hoffmann, G., Rupprechter, M., Al Balushi, N., Grützner, C., Reicherter, K., 2013: The impact of the 1945 Makran tsunami along the coastlines of the Arabian Sea (Northern Indian Ocean) – a review. – Zeitschrift für Geomorphologie.
DOI:10.1127/0372-8854/2013/S-00134
Hoffmann, G., Reicherter, K., Wiatr, T., Grützner, C., Rausch, T., 2013. Block and boulder accumulations along the
coastline between Fins and Sur (Sultanate of Oman): tsunamigenic remains? Natural Hazards, 65, 851–873,
DOI:10.1007/s11069-012-0399-7.
Hoffmann, N., Reicherter, K., Grützner, C., Hürtgen, J., Rudersdorf, A., Viehberg, F.A., Wessels, M., 2012. Quaternary
coastline evolution of Lake Ohrid (Macedonia/Albania). Cent. Eur. J. Geosci. 4(1), 94-110, DOI: 10.2478/s13533-0110063-x.
Höbig, N., Weber, M.E., Kehl, M., Weniger, G.C., Julià, R., Melles, M., Fülöp, R.-H., Vogel, H., Reicherter, K. (2012):
Lake Banyoles (northeastern Spain): A Last Glacial to Holocene multi-proxy study with regard to environmental variability and human occupation. Quaternary International, In Press, Corrected Proof, available online 29 May 2012. DOI:
10.1016/j.quaint.2012.05.036
Nguyen, H.T., Wiatr, T., Fernández-Steeger, T.M., Reicherter, K., Rodrigues, D.M.M., Azzam, R., 2012. Landslide hazard
and cascading effects following the extreme rainfall event on Madeira Island (February 2010). Natural Hazards 2013,
65, 635–652, DOI: 10.1007/s11069-012-0387-y.
Vadillo, I., Benavente, J., Neukum, C., Grützner, C., Carrasco, F., Azzam, R., Liñán, C., Reicherter, K., 2012. Surface Geophysics and borehole inspection as an aid to characterizing karst voids and vadose ventilation patterns (Nerja research site, S. Spain). Journal of Applied Geophysics, Volume 82, 153-162. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2012.03.006.
Wiatr, T., Reicherter, K., Papanikolaou, I., Fernandez-Steeger, T., Mason, J., 2013. Slip vector analysis with high resolution t-LiDAR scanning. Tectonophysics, doi:10.1016/j.tecto.2013.07.024.






Geologische Vereinigung (GV)
Sociedad de Geología de España (SGE)
American Geophysical Union (AGU)
European Union of Geoscientist (EGU)
Geological Society of America (GSA)
Seismological Society of America (SSA)




Centre of Quaternary Science and
Geoarchaeology (QSGA)
DFG-Fachkollegiat 314 (bis 2015)
Wissenschaftlicher Direktor ABCJ- Geoverbund
INQUA subcommission on Active Tectonics
(vice president)
Promotionen
Hoffmann, Nadine: Tectonic Evolution of the Lake Ohrid Basin (Macedonia/Albania) (2013)
Wirtschaft; 10%
Kontakt
Institut für Neotektonik und Georisiken
Lochnerstr. 4-20
52056 Aachen
Telefon: +49 241 8095722
Fax: +49 241 8092358
Homepage: http://www.nug.rwth-aachen.de
www.paleoseismicity.org
Sonstige; 24%
BMBF; 43%
DFG ohne SFB;
22%
72
Institut für Kristallographie und Lehrund Forschungsgebiet Angewandte
Kristallographie und Mineralogie
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Georg Roth
Personal
PS*
Professor
DS**
A) Beugungs- und Streumethoden
1
2
6
4,5
1,5
2
1
1-2
5-9
* PS: Planstellen
Das Institut für Kristallographie lehrt und
forscht auf dem Gebiet der Strukturforschung
mit Neutronen- und Röntgenstrahlen. Die Forschungsziele umfassen sowohl die methodische
Weiterentwicklung von Beugungs- und Streumethoden wie auch die Anwendung dieser Methoden zur Aufklärung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in modernen Materialien.
A) Angew. Geowiss. (B.Sc. & M.Sc.)
Die Kristallographie trägt den Studiengang Angewandte Geowissenschaften mit Pflichtveranstaltungen für alle Studierende im B.Sc.-Bereich
sowie durch maßgebliche Beteiligung an der
Vertieferrichtung Geomaterialien im B.Sc.- und
M.Sc.-Bereich mit. Die Inhalte im B.Sc. umfassen
die Grundzüge der Kristallographie, RöntgenPulvermethoden und Kristallchemie, im M.Sc.
kommen Spezialvorlesungen zu Beugungsmethoden, zur Strukturbestimmung und zur Kristallzüchtung hinzu.
An den ingenieurwissenschaftlich ausgerichteten Studiengängen Werkstoffingenieurwesen
und Wirtschaftsingenieurwesen (FR Werkstoffund Prozesstechnik) ist die Kristallographie mit
Vorlesung und Übungen zu den Grundlagen der
Kristallographie beteiligt.
1
Oberingenieur
B) Materialwiss. (B.Sc. & M.Sc.)
Der Studiengang Materialwissenschaften wurde
durch das Institut für Kristallographie (Prof.
Heger) maßgeblich initiiert. Er umfasst sowohl
natur- als auch ingenieurwissenschaftliche Inhalte. Die Kristallographie bietet im B.Sc. Vorlesungen zu Kristallographie, Röntgen-Pulverbeugung und Kristallchemie sowie im Masterbereich vertiefende Veranstaltungen zu Röntgen-,
Neutronen- und Elektronenbeugung, Strukturbestimmung und Kristallzüchtung an.
C) Werkstoffingenieurwesen und
Wirtschaftsingenieurwesen (B.Sc.)
Das Institut besitzt eine lange Tradition in der
Entwicklung, dem Aufbau und dem wissenschaftlichen Betrieb von Einkristall-Neutronenstreu-Einrichtungen an deutschen und ausländischen Neutronenquellen. Seit 1999 betreibt das
Institut eine Außenstelle an der Forschungsneutronenquelle FRM II des Heinz Maier-Leibnitz Zentrums in Garching, gemeinsam betrieben von der TU München und dem Forschungszentrum Jülich, JCNS. Das Institut ist für die
Weiterentwicklung und den wissenschaftlichen
Betrieb des Einkristalldiffraktometers HEiDi
verantwortlich. Seit 2004 wurde eine Zusatzeinrichtung zur Messung mit polarisierten Neutronen und 3-D-Polarisations-Analyse (POLI) aufgebaut, die in einem Anschlussprojekt ab 2010,
im Rahmen der BMBF-Verbundforschung gefördert, zu einem separaten Gerät weiterentwickelt wird. Am ILL in Grenoble wird in Kooperation mit dem FZ-Jülich (JCNS) das Spektrometer
IN12 ebenfalls im Hinblick auf den Einsatz von
polarisierten Neutronen umgebaut und modernisiert.
B) Strukturen neuer Materialien
Präzise Informationen über Kristall- und Magnetstrukturen und deren Abhängigkeit von
Temperatur, Druck, elektrischen und/oder
magnetischen Feldern sind essentielle Voraussetzungen für ein besseres Verständnis der
festkörperphysikalischen Grundlagen der beobachteten makroskopischen Eigenschaften und
73
damit auch für die Entwicklung neuer, besserer
Materialien für mögliche Anwendungen. Die
Strukturforschung im Bereich von aktuellen
Fragestellungen aus den Festkörper- und Materialwissenschaften geschieht zumeist in Kooperationen mit anderen Gruppen (s. u.).
C) Kristallzüchtung
Eine wichtige Voraussetzung für die Anwendung
von modernen Beugungs- und Streumethoden
ist die Verfügbarkeit von Proben - zumeist Einkristallen - guter Qualität und ausreichender
Größe. Das Institut für Kristallographie beschäftigt sich daher auch mit der Synthese neuer
Materialien und der Züchtung von Einkristallen
aus der Schmelze (optisches Zonenschmelzen,
Flux-Züchtung) und aus Lösungen.
A) Einkristall-Neutronen-Diffraktometer HEiDi am FRM II in Garching
Das Einkristall-Neutronen-Diffraktometer HEiDi
am FRM II ist Dank der Verfügbarkeit von kurzwelligen („heißen“) Neutronen am FRM II besonders für hochaufgelöste Kristallstrukturanalysen geeignet. Typische Anwendungen sind die
genaue Analyse von Wasserstoffpositionen, die
Untersuchung von anharmonischen thermischen Schwingungen, Defektstrukturen und
Fehlordnung sowie die Bestimmung von magnetischen Ordnungszuständen.
B) Einkristall-Neutronen-Diffraktometer POLI am FRM II in Garching
Die Stärke des in den vergangenen Jahren mit
BMBF-Mitteln aufgebauten Diffraktometers
POLI liegt in der Möglichkeit, unter Verwendung
von polarisierten Neutronen und dreidimensionaler Polarisationsanalyse auch sehr schwache
magnetische Beugungs-Intensitäten zuverlässig
messen zu können. Damit lassen sich komplexe
magnetische Strukturen von Kristallen, magnetische Domänen und ortsaufgelöste Magnetisierungsdichten in Magnetwerkstoffen mit hoher
Genauigkeit bestimmen.
Das Einkristalldiffraktometer POLI wird nach
dreijähriger Förderung durch das BMBF im Februar 2014 zum ersten Mal an seinem neuen
Messplatz SR-9a mit Neutronen messen und
danach in den Userbetrieb übergehen.
C) Hochdruckkristallographie
Während die Untersuchung der Temperaturabhängigkeit von Kristallstrukturen, deren Eigenschaften und ihrer Stabilität gut etabliert ist,
sind Untersuchungen an Einkristallen unter
Hochdruck aufgrund der experimentellen
Schwierigkeiten weit weniger verbreitet. Bei
diesen Untersuchungen wird die Probe in einer
Stempelzelle zwischen zwei Diamantkristallen
eingeschlossen (s. Abb.) und hohen hydrostatischen Drücken ausgesetzt. Die Volumenänderungen, die das Material dabei erfährt, betragen
im Allgemeinen ein Vielfaches der temperaturinduzierten Volumenänderungen und liefern so
wichtige komplementäre Informationen zu
temperaturabhängigen Messungen.
74
Die Forschungen auf diesem Gebiet konzentrieren sich auf die Untersuchung von ausgewählten Verbindungen mit interessanten optischen
Eigenschaften (z. B. ternäre Fluoride) und auf
multiferroische Materialien (z. B. gemischtvalente Vanadate). Zusätzlich steht die Entwicklung von methodischen Algorithmen zur Auswertung der Hochdruckdaten im Vordergrund.
Textiltechnik (ITA) der RWTH (Prof. Gries) zusammen.
D) Multiferroische Melilithe
Die Kombination von zwei verschiedenen „ferroischen“ Ordnungszuständen, z. B. von ferroelektrischer und magnetischer Ordnung, in den
sogenannten Multiferroika verspricht zahlreiche
zukünftige Anwendungen u. a. in der Informationstechnik. Durch die sehr ungewöhnliche
Kopplung von Eigenschaften ist es möglich, die
Magnetisierung durch ein elektrisches Feld zu
beeinflussen (zu schalten) – und umgekehrt. Die
Wechselwirkungen zwischen Kristallstruktur,
elektronischer Struktur und magnetischer Struktur in solchen Verbindungen sind derzeit nur
unzureichend verstanden. Die Mitarbeiter an
unserer Außenstelle im MLZ Garching (FRM II)
untersuchen zurzeit federführend das Modellsystem der multiferroischen Melilithe, z. B.
Ba2CoGe2O7 und Ba2CuGe2O7.
E) Kristallstrukturen von Polymeren
Im Bereich der Polymerforschung arbeitet das
Institut für Kristallographie mit dem Institut für
Untersuchungsgegenstand ist z. B. der Einfluss
von Schichtsilikaten auf Struktur und Festigkeitseigenschaften von Polyamid 6 Multifilamenten.
F) „Conditioning“
Im Rahmen des vom BMBF geförderten Verbundprojekts „Conditioning“ engagiert sich das
Institut für Kristallographie (in Zusammenarbeit
mit dem Forschungszentrum Jülich, dem Karlsruhe Institute of Technology, dem HelmholtzZentrum Dresden-Rossendorf, den Hochschulen
Frankfurt und Hannover sowie den Aachener
Kollegen aus der Gesteinshüttenkunde) im Bereich der Komplexierung von f-Orbital-Kationen
in endlagerrelevanten Keramiken.



Sohn, Yoo Jung; Sparta, Karine; Meven, Martin; Roth, Georg; Heger, Gernot: Superprotonic conductivity of in
(NH4)3H(SO4)2 in the high-temperature phase. Solid State Ionics 252 (2013) 116-120.
Redhammer, Gunther J.; Roth, Georg; Senyshyn, Anatoliy; et al.: Crystal and magnetic spin structure of GermaniumHedenbergite, CaFeGe2O6, and a comparison with other magnetic/magnetoelectric/multiferroic pyroxenes, Z. Kristallogr 228 (2013) 140-150.
Grzechnik, Andrzej; Underwood, Christopher C.; Kolis, Joseph W.; Friese, Karen: Crystal structures and stability of
K2ThF6 and K7Th6F31 on compression. Journal of Fluorine Chemistry 150 (2013) 8-13.

Cairns, Andrew B.; Catafesta, Jadna; Levelut, Claire; Rouquette, Jérôme; van der Lee, Arie; Peters, Lars; Thompson,
Amber L.; Dmitriev, Vladimir; Haines, Julien; Goodwin, Andrew L.: Giant negative linear compressibility in zinc
dicyanoaurate. Nature Materials 12 (2013) 212-216.

Seliverstov, Andrej N.; Suleimanov, Evgeny V.; Chuprunov, Evgeny V.; Somov, Nikolay V.; Zhuchkova, Elena M.; Lelet,
Maxim I.; Rozov, Konstantin B.; Depmeier, Wulf; Krivovichev, Sergey V.; Alekseev, Evgeny V.: Polytypism and oxotungstate polyhedral polymerization in novel complex uranyl tungstates. Dalton Trans. 41 (2012) 8512-8514.

Hutanu, Vladimir; Sazonov, Andrew; Meven, Martin; Murakawa, H.; Tokura, Y.; Bordács, S.; Kézsmárki, I.; Nafradi, B.:
Determination of the magnetic order and the crystal symmetry in the multiferroic ground state of Ba2CoGe2O7. Physical Review B 86 (2012) 104401.

Klapper, Helmut; Hahn, Theo: The application of eigensymmetries of face forms to X-ray diffraction intensities of crystals twinned by “reticular merohedry”. Acta Cryst. A 68 (2012), 82-109.

Steinmann, Wilhelm; Walter, Stephan; Gries, Thomas; Seide, Gunnar, Roth, Georg: Modification of the mechanical
properties of polyamide 6 multifilaments in high-speed melt spinning with nano silicates. Textile research journal 82
(2012), 1846-1858.
75










Gewähltes Mitglied im Komitee Forschung mit
Neutronen, KFN
Deutsche Gesellschaft für Kristallographie DGK
Materials Research Society, MRS
Deutsche Physikalische Gesellschaft, DPG
Deutsche Mineralogische Gesellschaft, DMG
Jülich-Aachen-Research-Alliance:
JARA-FIT,
JARA-ENERGY
SFB 917 “Nanoswitches”, Teilprojekt B2
“Elektrocoloration”, gem. mit Prof. Waser
Forschungs-Neutronenquelle
Heinz-MeierLeibnitz der TU-München, FRM-II in Garching
FZ-Jülich, Peter Grünberg Institut PGI-7, Prof.
Waser, Elektronische Materialien
FZ-Jülich, Jülich Center for Neutron Science
JCNS-2/PGI-4, Prof. Brückel, Streumethoden




FZ-Jülich, Institut für Energie-und Klimaforschung IEK-6, Prof. Bosbach, Nukl. Entsorgung;
KIT-Karlsruhe, Institut für Nukleare Entsorgung;
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf; Goethe-Universität Frankfurt, Institut für Kristallographie; Leibnitz-Universität Hannover, Institut
für Radioökologie und Strahlenschutz; RWTH
Aachen, Institut für Gesteinshüttenkunde
Institut Laue-Langevin (ILL), Grenoble, France;
Laboratoire Léon-Brillouin (LLB), CE-Saclay,
France
Universität Salzburg, Fachbereich Materialforschung und Physik, Österreich
University of Oxford, UK, Inorg. Chemistry Lab.;
Durham University, UK, Chemistry Department
Promotionen
Lenser, Christian: Investigation of Resitive Switchingin Fe - doped SrTiO3 by Advanced Spectroscopy
(2013)
DFG ohne SFB;
12%
Kontakt
Institut für Kristallographie, RWTH Aachen
Jägerstraße 17-19
52066 Aachen
Telefon: +49-241-8096900
Fax:
+49-241-8092184
Homepage: http://www.xtal.rwth-aachen.de
Wirtschaft; 27%
BMBF; 60%
76
rametern vermittelt. Vertiefend folgen die Modellierung der Grundwasserströmung und der
Stoffausbreitung ebenso wie die Brunnenerrichtung für die Versorgung mit Grundwasser.
C) Georessourcenmanagement
Die Schwerpunkte liegen neben methodischen
Kompetenzen, wie dem Einsatz von Geoinformationssystemen, Zeitreihenanalysen und
multivariater Statistik, auf dem Schutz der
Grundwasservorkommen und ihrer planvollen
Bewirtschaftung.
A) Grundwassermarkierung
Univ.-Prof. Dr. Thomas R. Rüde
Personal
PS*
Professor
DS**
1
Oberingenieur
Die Grundwasserbewegung und die Ausbreitung
von Stoffen werden mit fluoreszierenden Markierungsstoffen nachverfolgt. Daraus entstehen
Kenntnisse für den Grundwasserschutz und die
Grundwassergewinnung.
B) Grundwassermodellierung
1
0,5
5
0,5
15
* PS: Planstellen
Die intensive Nutzung des Grundwasserraumes
und der natürlichen Grundwasserressourcen
erfordern Prognoseinstrumente, um die Auswirkungen auf Grundwassergewinnungsanlagen zu studieren. Grundlage für die numerischen Berechnungen sind dabei fundierte hydrogeologische Modelle.
C) Stoffsysteme
Das Lehr- und Forschungsgebiet Hydrogeologie
arbeitet im Bereich Grundwasser. Schwerpunkt
ist die Parametrisierung und Modellierung hydrogeologischer Prozesse. Damit verbindet sich
die Aufgabe einer exakten Quantifizierung von
Parametern, um Daten für die Bildung, Sensitivitätsanalyse und Validierung hydrogeologischer
und numerischer Modelle zu erhalten.
Die Einrichtung erhielt 2012 den Lehrpreis der
Fakultät und nach 2010 erneut einen Lehrpreis
der geowissenschaftlichen Fachschaft. Neben
den geowissenschaftlichen Schwerpunktstudiengängen wird auch für Studierende des Rohstoffingenieurwesens, der Umweltingenieurwissenschaften und der Geographie gelehrt.
B) Angewandte Geowissenschaften
Arsen und Uran sind zwei vorrangige Stoffe,
deren geogenes Auftreten im Grundwasser
global Probleme für die Wasserversorgung aufwirft. Beide Stoffe sind eng mit der Chemie der
Eisenminerale verbunden.
A) Grundwasserschutz in Yucatán
Grundwasser stellt auf der mexikanischen Halbinsel Yucatán die einzige Wasserressource dar.
Zugleich unterliegt es mehreren Gefahren: ein
steigender Wasserverbrauch in den Touristenzentren, die fehlende Möglichkeit Abwasser
über Flüsse abzuleiten verbunden mit der Injektion solcher Wässer in tiefere, salzige Abschnitte des Grundwasserraumes und eine hohe Verschmutzungsgefahr, da das grundwasserführende Gestein nicht abgedeckt ist.
Hier werden die Methoden zur grundwasserhydraulischen und hydrochemischen Untersuchung und zur Bestimmung von Transportpa-
77
gilt besonders im Küstenabschnitt Méridas mit
seiner hohen Verschmutzungsgrad für das
Grundwasser. Die Ergebnisse werden der örtlichen Wasserbehörde für ihre weiteren Arbeiten
bereitgestellt.
B) Tagebauentwässerung
Die Braunkohlegewinnung in der Niederrheinischen Bucht erfordert eine großflächige Absenkung des Grundwassers. Die Standzeit von Entwässerungsbrunnen der RWE Power AG wird
unter anderem durch die Verockerung begrenzt, die dann verstärkt einsetzt, wenn belüftetes Wasser höherer, teilentwässerter Grundwasserleiter in den Brunnenrohren nach unten
läuft.
Gemeinsam mit den mexikanischen Universitäten von Yucatán und San Luis Potosí wird für die
Hauptstadt des Bundesstaates, Mérida, der
Zustand des Grundwassers untersucht. Es wurde ein Netzwerk von Überwachungsmessstellen
aufgebaut und für den Stadtraum Bereiche herausgearbeitet, von denen eine besonders große
Verschmutzungsgefahr für das Grundwasser
ausgeht, so dass diese enger überwacht werden.
Im Vergleich zur letzten großen Studie durch
den Britischen Geologischen Dienst Anfang der
1990er Jahre konnte durch die Verlagerung der
Wassergewinnungsgebiete in die südliche Peripherie der Stadt der Aufstieg von salzigem Tiefengrundwasser im Stadtgebiet aufgehalten
werden. Mérida ist heute ein Bereich in dem
mehr Wasser in den Untergrund versickert als
entnommen wird. Allerdings ist dieses Wasser
von schlechter Qualität und der Untergrund
wird in hohem Maße auch mit Fäkalbakterien
aus häuslichem Abwasser belastet. Dies stellt
die größte Herausforderung für den Grundwasserschutz dar.
Die Grundwässer unter Mérida fließen mit einer
allgemeinen Richtung nach Norden zur Küste.
Dort tritt das Grundwasser in zahlreichen Quellen in den Küstenmangroven aus. Mit diesen
Wässern wird auch eine bedeutende Fracht an
Nährstoffen, wie Stickstoff und Phosphor in die
Ökosysteme der Mangroven eingetragen. Dies
Ein Ansatz dem zu begegnen ist es, höhere
Grundwasserleiter über den Brunnenringraum
und nicht über eigene Filterrohrstrecken zu
entwässern. Wir haben mit Markierungsversuchen gezeigt, dass die Ringraumentwässerung
prinzipiell funktioniert und bei korrekter Ausführung geeignet ist, den Wasserandrang höherer Grundwasserleiter aufzunehmen. Aktuelle
Arbeiten prüfen die Wirksamkeit dieser Maßnahme zur Verringerung der Verockerung von
Brunnen. Durch eine höhere Brunnenbetriebsdauer lassen sich die Kosten für die Tagebauentwässerung senken.
C) Nitrat im Grundwasser
Landwirtschaftlich ausgebrachter Stickstoff, als
Mineraldünger und Gülle, ist die Ursache für
hohe Nitratbelastungen im Grundwasser. In der
Niederrheinischen Bucht ist der natürliche Abbau von Nitrat durch Reaktionen mit dem Gestein
von
besonderer
Bedeutung.
Wassergewinnungen aus solchen Gesteinen
zeigen statt Nitrat die Ergebnisse der Rückhaltereaktion (z.B. Sulfat).
78
landwirtschaftliche Maßnahmen – Torfzersetzung durch Entwässerung und Nitrateintrag –
freigesetzt.
Es wurde in einem Folgeprojekt nun gezeigt,
dass auch die anderen Gebiete mit hohen
Uranwerten im Grundwasser im südlichen Bayern auf die Freisetzung natürlichen Urans aus
Niedermooren zurückzuführen sind. Experimente an der Versuchseinrichtung Wielenbach des
LfU zeigen, dass der in Presse und Politik diskutierte Eintrag von Uran aus Phosphatdüngern in
Böden zwar stattfindet, aber unter den Bedingungen in Südbayern keinen Einfluss auf Urankonzentrationen im Grundwasser hat.
Von großer wasserwirtschaftlicher Bedeutung
ist die Frage, wann das Rückhaltevermögen der
Gesteine hinsichtlich Nitrat erschöpft ist. Für
einen Wasserversorger wurde ein analytisches
Werkzeug entwickelt, das es ermöglicht eine
Prognose des Nitratdurchbruches durchzuführen und diese Berechnung fortwährend an veränderte Bedingungen, wie Nitrateintrag aus der
Landwirtschaft oder Grundwasserentnahme an
den Brunnen anzupassen.
D) Uran im Grundwasser Bayerns
Uran ist – neben seiner Radioaktivität – ein starkes Nierengift und seit 2011 gilt ein toxikologisch begründeter Trinkwassergrenzwert.
In unserer Untersuchung für das Bayerische
Landesamt für Umwelt (LfU) im Jahr 2011 wurde dargestellt, dass im Lechtal punktuelle Uranbelastungen im Grundwasser aus Niedermoorböden stammen. Uran wird aus diesen durch
79
Banning, A., Demmel, T., Rüde, T.R. & Wrobel, M. (2013): Groundwater uranium origin and fate control in a river valley aquifer.Environmental Science & Technology, 47 (24): 13941–13948.
Banning, A., Rüde, T.R. & Dölling, B. (2013): Crossing redox boundaries - aquifer redox history and effects on iron mineralogy
and arsenic availability.- Journal of hazardous materials, 262: 905-914.
Weidner, C., Henkel, S., Lorke, S., Rüde, T.R., Schüttrumpf, H. & Klauder, W. (2012): Experimental modelling of chemical clogging processes in dewatering wells.- Mine Water Environment, 31: 242-251.
Banning, A., Cardona, A. & Rüde, T.R. (2012): Uranium and arsenic dynamics in volcano-sedimentary basins – An exemplary
study in North-Central Mexico.- Applied Geochemistry, 27(11): 2160–2172.
Henkel, S., Weidner, C., Roger, S., Schüttrumpf, H., Rüde, T.R., Klauder, W. & Vinzelberg, G. (2012): Untersuchung der Verockerungsneigung von Vertikalfilterbrunnen im Modellversuch.- Grundwasser, 17(3): 157-169.
Mitgliedschaften und Kooperationen (mit Erläuterung der Akronyme)



IMWA (International Mine Water Association) 
FH-DGG (Fachsektion Hydrogeologie in der
Deutschen Gesellschaft für

Geowissenschaften)

Internationales Geothermiezentrum e.V.

Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Mexiko
Universidad Autónoma de Yucatan, Mexiko
Gadjah Mada University Yogyakarta, Indonesien
Diponegoro University Semarang, Indonesien
Promotionen
Banning, Andre: Natural arsenic and uranium accumulation and remobilization in different geological
environments (2012)
Steenpaß, Christian: Coupled modeling of water, vapor and heat in unsaturated soils - Field applications
and numerical studies (2013)
Putranto, Thomas Triadi: Hydrogeological and Numerical Groundwater Flow Model in Semarang/Indonesia (2013)
Sonstige; 7%
Kontakt
Institut
Anschrift
Telefon:
Fax:
E-Mail:
Homepage:
Lochnerstraße 4-20
52064 Aachen
0241/8095741
0241/8092280
[email protected]
www.lih.rwth-aachen.de
Wirtschaft; 93%
80
Lehr- und Forschungsgebiet Physische
Geographie und Klimatologie
Prof. Dr. rer. nat. Christoph Schneider
Personal
DS**
1
Oberingenieur
1
2
10
Die Grundvorlesung wird ergänzt durch
klimatologische Inhalte in Pro-, Grund- und
Hauptseminaren. Weitere Schwerpunkte liegen
in methodischen Lehrveranstaltungen zu Geographischen Informationssystemen, vertiefenden Vorlesungen zur Physischen Geographie
und
Projektstudien
mit
(gelände)klimatologischen Inhalten sowie Regionalpraktika mit meist physisch-geographischem Schwerpunkt. In den Masterstudiengängen liegt neben
der Karteninterpretation der Schwerpunkt auf
dem „Klima der bodennahen Luftschicht“ uno
der Modellierung hydrologischer Einzugsgebiete.
A) Atmosphäre und Kryosphäre
PS*
Professor
B) Inhalte der Lehrveranstaltungen
8
* PS: Planstellen
Das Lehr- und Forschungsgebiet Physische Geographie und Klimatologie forscht und lehrt im
Bereich der Klimaforschung zur Wechselwirkung
zwischen Atmosphäre und Kryosphäre, zur
Stadtklimatologie und zur geographischen und
meteorologischen Steuerung der raumzeitlichen
Variabilität von Luftschadstoffen. Dabei kommen Methoden der Geostatistik, der Modellierung innerhalb geographischer Informationssysteme (GIS) und Fernerkundungsmethoden zum
Einsatz.
In Projekten in Patagonien, auf Svalbard in der
europäischen Arktis und in Tibet wird in der
Klimageographie an der Parametrisierung des
Energie- und Massenhaushaltes von Schneeund Eisoberflächen gearbeitet. Daneben sind
GIS-gestützte Arbeiten zur multidekadischen
Flächen- und Volumenänderung von Gletschern
vor dem Hintergrund anthropogenen Klimawandels zentrale Arbeitsfelder.
B) Stadtklima und Luftreinhaltung
Im Forschungsfeld der Stadtgeographie werden
Fragen des Luftaustauschs durch reliefbedingte
randstädtische Kaltluftabflüsse in Tälern am
Stadtrand und die städtische Wärmeinsel bei
Extremwetterlagen sowie die Auswirkungen des
Klimawandels im 21. Jahrhundert auf die Stadtatmosphäre betrachtet.
Aspekte der Luftqualität, besonders der Konzentration von Feinstaub in der Atmosphäre
werden bezüglich geographischer Verteilung
sowohl in der Stadt Aachen als auch in der
Euregio Maas-Rhein untersucht. Die Steuerung
dieser Muster durch die meteorologischen Bedingungen steht im Zentrum des Interesses.
A) Einbindung in die Studiengänge Die
Vorlesung Klimatologie, das Herzstück der Lehre, ist Bestandteil der Studiengänge B.Sc. Angewandte Geographie, B.Sc. Georessourcenmanagement, B.Sc. Umweltingenieurwesen und
M.Sc. Rohstoffingenieurwesen. Das Modul Klimatologie und Hydrologie ist Bestandteil der
M.Sc-Studiengänge Angewandte Geographie,
Wirtschaftsgeographie und Ökotoxikologie.
81
A) Dynamische Antwort von Gletschern des tibetischen Plateaus auf
Klimawandel (DynRG-Tip) und Variabilität und Trends der Wasserhaushaltskomponenten in BenchmarkEinzugsgebieten des Tibet-Plateaus
(WET)
Im Rahmen von Projekten im Schwerpunktprogramm Tibet der DFG und dem Zentralasien
Förderschwerpunkt des Bundesministeriums für
Bildung und Forschung werden auf dem
Zhadang-Gletscher in Zentraltibet nördlich von
Lhasa und im Grenzgebiet zwischen Tibet, Indien und Nepal im Massiv der Gurla Mandatha,
jeweils auf ungefähr 5600 m über dem Meer,
und an weiteren Gletschern in zusätzlichen
Benchmark-Einzugsgebieten auf dem Tibetischen Plateau Massen- und Energiebilanz untersucht. Eine Modellkette (vgl. Abbildung) vom
großräumigen atmosphärischen Antrieb bis zur
kleinräumigen Glazialhydrologie wird durch
Messdaten von mehreren Energiebilanzstationen, einem dichten Netz an glaziologischen
Messpunkten zur Massenbilanz und mit Abflussmessungen im Gletschervorfeld kalibriert
und verfeinert. Mit Satellitendaten des Sensors
MODIS auf dem Satellit Terra werden interannuelle Variationen der Schneelinie auf den Gletschern als Proxy der Massenbilanz abgeleitet.
RWTH-Messstation am Naimona’Nyi Gletscher auf 5700 m
über dem Meer, Region Gurlha Mandhata in der Nähe des
Lake Manasarowar (Mount Kailash).
Zentral ist letztlich die Frage nach dem Beitrag
der Kryosphäre zum kleinen und zum großen
Wasserkreislauf auf und vom tibetischen Hochplateau. Das Prozessverständnis dient dazu die
Bedeutung Tibets im globalen Wasser- und Klimasystem besser zu verstehen.
B) Urban Future Outline (UFO)
Urban Future Outline (UFO) ist ein Projektbündel im Projekthaus HumTec mit Beteiligten aus
sechs Fakultäten der RWTH Aachen finanziert
im Rahmen der dritten Linie der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder an deutschen
Hochschulen. UFO behandelt in einem integrativen Ansatz die Problemstellungen von Städten
des 21. Jahrhunderts. Ziel ist die Erarbeitung
eines holistischen Gesamtkonzepts für ein
ethisch verantwortungsvolles, an Bedürfnissen
von Menschen orientiertes Gestalten urbaner
Umgebungen. Umgesetzt wird dies über ein
Forschungsdesign, das Mobilität, Energie und
Stadtquartiersentwicklung mit Fragen der Akzeptanz, Kommunikation, ethisch-normativen
Kontexten, Umweltverträglichkeit und Gesundheit in einer alternden Gesellschaft zusammenführt.
82
Im UFO Teilprojekt Future Ecosystem (FuEco)
koordiniert durch die Klimageographie, werden
die kombinierte Betrachtung aus Belastungssituationen über bestehende Ansätze hinaus in
einer Mess- und Modellkette untersucht, um
daraus kombinierte Belastungsindizes abzuleiten und in virtueller Umgebung (aixCAVE) erfahrbar zu machen. Neben der thermischen
Komponente werden lufthygienische, akustische und akzeptanzrelevante Faktoren integriert.
onssystem zu entwickeln, welches nun unter
http://pmlab.irceline.be/index_de.html
veröffentlicht ist.
Projektförderung: EU-INTERREG-Programm in
Kooperation mit Kolleginnen und Kollegen an
der RWTH Aachen und aus Maastricht, Hasselt
und Liège sowie in Kooperation mit dem Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz
(LANUV) in NRW.
RWTH-Messwagen zur Erfassung biometeorologischer
Komponenten im Einsatz am Elisenbrunnen in Aachen im
Projekt UFO-FuEco
C) PM Lab
Der EU-Grenzwert für Feinstaub in der Atmosphäre wird in der Euregio Maas-Rhein vergleichsweise häufig überschritten. Andererseits
zeigt sich im Grenzraum besonders deutlich,
dass etwas unterschiedliche Messmethoden
und sehr unterschiedliche Interpolationsmethoden entlang der Ländergrenzen zu inkonsistenten Feinstaubwerten führen, die die grenzüberschreitende Planung und Information der
Bürgerinnen und Bürger behindert.
Ultraschallanemometer zur Erfassung meteorlogischer
Variablen, installiert an einem Laternenpfahl im Elisengarten in Aachen im Projekt UFO-Fu-Eco
Euregio Maas-Rhein Bürger-Informationsplattform zur
Feinstaubexposition
Das Projekt PM Lab hat sich der Fragestellung
angenommen die länderspezifischen Mess- und
Interpolationstechniken zu vergleichen und ein
GIS-basiertes grenzüberschreitendes Informati-
83








Franz, K., R. Hoernschemeyer, A. Ewert, M. Fromhold-Eisebith, M. Große Boeckmann, R. Schmitt, K. Petzoldt, C.
Schneider, J.E. Heller, J. Feldhusen, K. Bueker & J. Reichmuth (2012): Life Cycle Engineering in Preliminary Aircraft Design. In: Leveraging technology for a sustainable world : proceedings of the 19th CIRP Conference on Life Cycle Engineering, University of California at Berkeley, Berkeley, USA, May 23 - 25, 2012 ; [LCE 2012] / David A. Dornfeld; Barbara S. Linke, ed.. - Berlin [u.a.] : Springer, 2012. - ISBN: 3-642-29068-X.
Hillerbrand, R. & C. Schneider (2013): Unwissenschaftlich weil unsicher? Unsicher weil wissenschaftlich! Szenarien,
Modelle und Projektionen in den Klimawissenschaften. in: Jeschke, S.,E.-M. Jakobs, A. Dröge: *Exploring Uncertainty*
- Ungewissheit und Unsicherheit im interdisziplinären Diskurs. S. 151-177, Springer Gabler,
Merbitz, H., F. Detalle, G. Ketzler, C. Schneider & F. Lenartz (2012): Small scale particulate matter measurements and
dispersion modelling in the inner city of Liège, Belgium. International Journal of Environment and Pollution 50
(1/2/3/4), S. 234–249. .
Merbitz, H., Fritz, S., Schneider, C. (2012): Mobile measurements and regression modelling of the spatial particulate
matter variability in an urban area. - Science of the Total Environment, H. 438, S. 389 - 403,
Möller, M., R. Finkelnburg, M. Braun, D. Scherer & C. Schneider (2013): Variability of the climatic mass balance of
Vestfonna ice cap (northeastern Svalbard), 1979-2011. - Annals of Glaciology 54 (63), 254-264.
Sachsen, T., G. Ketzler, C. Schneider (2012): The reduction of urban heat stress by optimized vegetation structures. 8th International Conference on Urban Climate - ICUC 2012. PDF #569, Dublin.
Sauter T., M. Möller, R. Finkelnburg, M. Grabiec, D. Scherer & C. Schneider (2013): Snowdrift modelling for the
Vestfonna ice cap, north-eastern Svalbard. - The Cryosphere, 7 (4), 1017-1314
Weidemann, S., T. Sauter, L. Schneider, C. Schneider (2013): Impact of two conceptual precipitation downscaling
schemes on mass balance modeling of the Gran Campo Nevado Ice Cap, Patagonia. - Journal of Glaciology, 59 (218),
1106-1116.












Verband der Geographen an deutschen Hochschulen

(VGDH)
Arbeitskreis Klimatologie der Deutschen Gesellschaft

für Geographie, Sprecheramt 2009-2011
Deutsche Polarforschende Gesellschaft (DPG)

Deutsche Meteorologische Gesellschaft (DMG)
International Glaciological Society (IGS)

Royal Meteorological Society (RMetS)
European Geosciences Union (EGU) und American
Geophysical Union (AGU)
European Assoc. of Remote Sensing Laboratories
(EARSeL)
TU Berlin, Fachgebiet Klimatologie;
TU Dresden, Kartographisches Institut
Institute of Tibetan Plateau Research, Chinese Academy of Sciences, Lhasa (Tibet)




Instituto de la Patagonia, Universidad de
Magallanes, Punta Arenas (Chile)
Centro Austral de Investigaciones Científicas (CADIC),
Ushuaia (Argentinien)
Centrum voor Gezonde en Duurzame Leefomgeving,
Provincie Limburg, Maastricht (Niederlande)
Institut Scientifique de Service Public (ISSeP), Liège
(Belgien)
Centrum voor Milieukunde, Universiteit Hasselt
(Belgien)
Nederlandse Organisatie voor toegepastnatuurwetenschappelijk onderzoek (TNO), Utrecht
ARIA Technologies (Paris, France)
Meteorological and Environmental Earth Observation (MEEO, Ferrara, Italy)
Technical University of Budapest (BME)
Promotionen
Merbitz, Hendrik: Untersuchung und Modellierung der raumzeitlichen Variabilität urbaner und regionaler Feinstaubkonzentration (2013)
Sachsen, Timo: Die Wirkung von Vegetation in randstädtischen Luftleitbahnen – Studien zur Kaltluft in
der Stadt Aachen (2013)
Kontakt
Fachgruppe Geographie und Geowissenschaften
Geographisches Institut
Lehr- und Forschungsgebiet Physische Geographie
und Klimatologie
Wüllnerstraße 5b
D - 52056 Aachen
Telefon: +49 241 80 96047
Fax: +49 241 80 92157
Homepage: http://www.klimageo.rwth-aachen.deInstitut
Wirtschaft; 15%
EU; 2%
Sonstige; 17%
BMBF; 10%
DFG ohne SFB;
56%
84
Lehr- und Forschungsgebiet für Tonund Grenzflächenmineralogie
Im Masterbereich folgen spezialisierte Laborübungen und Vorlesungen zu Präparationsmethoden und zur Grenzflächenmineralogie in
wässrigen Systemen.
B)
Georessourcenmanagement,
Geographie
In einem gemeinsam mit der Geographie gestalteten Modul zum Thema „Böden“ werden Prozesse in Böden behandelt. Die Veranstaltung
wird ergänzt durch ein Laborpraktikum, in dem
die Geographiestudenten die wichtigsten
Untersuchungsmethoden in der Bodenkunde
selber einüben können.
Univ.-Prof. Dr.rer.nat. Helge Stanjek
Personal
PS*
Professor
DS**
1
Oberingenieur
1
1
4
Die Forschungs-Gruppe Ton- und Grenzflächenmineralogie (CIM) untersucht Prozesse der
wässrigen Zwischenschichten von Tonmineralen. Neben klassischen mineralogischen Analysen, wie der Quantifizierung von Tonmineralen
mit der Röntgendiffraktometrie, werden auch
Grenzflächen-Eigenschaften von Tonmineralen
durch eine Vielzahl von physiko-chemischen
Methoden charakterisiert. Innerhalb der EMRGruppe arbeitet das CIM im kleinsten Maßstab,
der für Reservoireprozesse relevant ist.
Angewandte
ten
Geowissenschaf
Im Bachelorbereich erhalten die Erstsemester
die Grundlagen in Allgemeiner Mineralogie, in
Übungen der Speziellen Mineralogie werden die
wichtigsten Minerale vorgestellt und deren
Eigenschaften erlernt. Ferner wird eine einführende Vorlesung zur Tonmineralogie gelesen, in
der die spezifischen Eigenschaften der industriell wichtigsten Tonminerale vorgestellt werden.
Tonminerale sind sehr feinteilige Minerale, die
strukturell zur Gruppe der Schichtsilikate gehören. Ihr entsprechend großes Verhältnis von
Oberfläche zu Volumen in Kombination mit der
teilweisen Möglichkeit, Wassermoleküle in die
Struktur aufzunehmen, verleiht Tonmineralen
und tonmineralhaltigen Geomaterialien spezielle Eigenschaften wie Plastizität und Sorptionsvermögen. Da Tonminerale geologisch im meist
wassergesättigten Bereich der Erdoberfläche
entstehen, laufen praktisch alle Prozesse an den
Grenzflächen zwischen Mineral und Wasser ab.
* PS: Planstellen
A)
A)
Wechselwirkungen
zwischen
Smektiten und Heißdampf
Jedes
Jahr
werden
Smectite,
die
Hauptminerale in Bentoniten, in der
Größenordnung mehrerer Millionen Tonnen in
verschiedensten
industriellen
Gebieten
eingesetzt, z.B. als Beimischung zu Formsanden
in der Gießereiindustrie. Die Potentiale dieses
geotechnischen Materials werden jedoch nicht
ausgeschöpft. Die Automobilindustrie benötigt
z.B. Gußteile von immer größerer Komplexität
bei gleichzeitiger Gewichtsreduktion. Dies
erfordert ein Maßschneidern der FormsandMixturen über ihre gegenwärtigen Fähigkeiten
hinaus. Im Detail ist jedoch nicht klar, warum
Veränderungen, die im Gußprozess auftreten,
im Labor teilweise reversibel sind, nicht aber im
Umlauf der Formsande. Deshalb müssen die
komplizierten Kinetiken der De- und
Rehydratation von Smectiten und deren Einfluß
auf das mechanische Verhalten der Formsande
verstanden werden, bevor Verbesserungen
erzielt werden können.
85
Die Durchführung von Gießversuchen am
Institut für Gießereitechnik (IfG) bildete die
Grundlage des Projektes zur Gewinnung von
Probenmaterial. Dieses wurde auf seine
mineralogischen
und
gießereitechnischen
Eigenschaften hin untersucht. Da die Kinetiken
der De- und Rehydratation von Smectiten
während des Gießens eine entscheidende Rolle
spielen, wurden die Formstoffproben am
Röntgenpulverdiffraktometer SPODI und Proben
aus einem gesonderten Versuch (A) an der
Neutronenbeamline ANTARES (A-C) der
Forschungsneutronenquelle
Heinz
MaierLeibnitz, FRM II in Garching untersucht (B
Formkasten mit Sand).
Neben diesen, bereits abgeschlossenen
Untersuchungen, liegt das Hauptaugenmerk des
Projektes auf der Interaktion zwischen Bentonit
bzw. Smektit und heißem Wasserdampf. Im
Zuge des Gießprozesses werden innerhalb des
Formstoffkörpers hohe Temperaturen erreicht,
die sich während des Abgusses auch in die
Randbereiche der Formen ausbreiten. Mit
dieser Temperaturfront geht ein Bereich
erhöhten Wassergehaltes einher, der als
Kondensationszone bezeichnet wird. In dieser
Zone interagiert der bentonitgebundene
Formstoff mit dem Heißdampf und wird
nachhaltig beeinflusst. Um die Auswirkung und
die Prozesse innerhalb der Kondensationszone
besser verstehen zu können, wurden Smektite
für mehrere Tage in klein-volumigen Autoklaven
mit Heißdampf beaufschlagt und anschließend
auf ihre mineralogischen und physikochemischen Eigenschaften hin
untersucht.
Dabei sind die Unterschiede zwischen
unbehandelten
und
dampfbehandelten
Smektiten von besonderem Interesse.
B) Natural analogues for geological
storage of CO 2 .
Geological storage of CO2 is currently regarded
as a key technology to reduce greenhouse gas
emissions on the short term. Understanding the
geochemical behaviour of CO2 stored in geological reservoirs, over a range of time-scales, is
crucial for quantifying the risk of leakage and
the geochemical evolution of the stored CO2
through the life of an individual storage site.
CO2-induced interactions can be inferred from
laboratory experiments, yet these only assess
relatively short time scales with respect to the
life of storage sites. Natural CO2 accumulations
offer a unique opportunity to study the longterm effects of CO2 on geological media.
In the summer of 2012, the Clay and Interface
Mineralogy Group participated in an international research consortium that drilled a well
into a stack of leaking natural CO2 accumulations near the town of Green River (Utah, US). A
total of 322m of unique CO2-altered reservoir-,
cap- and fault rock core material was retrieved,
and fluid samples were taken at in-situ conditions.
At the moment research at CIM is focused on
the characterization of dm-sized alteration
zones at the reservoir - cap rock contacts. These
are subsampled on a mm-scale and submitted
to a thorough mineralogical, geochemical and
petrophysical characteristion. The resulting
spatial distribution of variation in mineralogy,
mineral composition and pore structure supply
the input for analytical reaction-transport simulations. Such analytical models provide a new
level of understanding of CO2-induced reaction
mechanisms, which is crucial for successful application of reservoir scale simulation of storage
sites. (Main project partners: Shell, universities
of Cambridge, Oxford, Lancaster, Utrecht, Delft,
Bonn, Ohio state and Utah state, British Geological Survey, Oak Ridge National Laboratory)
C) Shale gas
Shale formations in many sedimentary basins
contain considerable amounts of hydrocarbons.
The exploitation of these reserves is technically
challenging and, particularly in Europe, strongly
contested by many opinion makers and lobby
groups. Research at the Clay and Interface Mineralogy Group is focused on the mineralogical
composition and (micro)pore structure of
shales, and the effect of these properties on the
sorptive gas capacity of shale formations. The
aim of this research is to gain a better fundamental understanding of the mechanisms controlling the capacity and productivity of shale
gas reservoirs. This knowledge is crucial for the
development of low-risk and environmentally
friendly production technologies. The shale gas
research at CIM is done in close cooperation
with the Petrophysics Group at LEK-RWTH.
86







Heuser, M., Spagnoli, G., Leroy, P., Klitzsch, N. & Stanjek, H. (2012) Electro-osmotic flow in clays and its potential for
reducing clogging in mechanical tunnel driving. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 71, 721–733.
Heuser, M., Andrieux, P., Petit, S. & Stanjek, H. (2013) Iron-bearing smectites: A revised relationship between structural Fe, cell edge length b and refractive indices. Clay Minerals, 48, 97–103.
Heuser, M., Weber, C., Stanjek, H., Chen, H., Jordan, G., Schmahl, W. & Natzeck, C. (2014) The interaction between
bentonite and water vapor. Part 1: Examination of physical and chemical properties. Clays and Clay Minerals, in press.
Stanjek, H., Glasmann, R.J. & Hellmann, A. (2013) Smectite contents of road aggregates derived from crushed volcanic
rocks and their impact on the durability of road pavements. Clay Minerals 48, 463-471.
Weber, C., Heuser, M., Mertens, G. & Stanjek, H. (2014) Determination of clay mineral aspect ratios from
conductometric titrations. Clay Minerals, in print.
Weber, C., Heuser, M. & Stanjek, H. (2014) A collection of aspect ratios of common clays and clay minerals. Clay Minerals, in print.
Weber, C. & Stanjek, H. (2014) Energetic and entropic contributions to the work of adhesion in two-component,
three-phase solid–liquid–vapour systems. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 441,
331–339.
•
•
•
•
•
Deutsche Ton- und Tonmineralgruppe (DTTG)
Deutsche Mineralogische Gesellschaft (DMG)
American Mineralogical Society (MSA)
Clay Minerals Society (CMS)
Association pour l‘etude des argilles (AIPEA)
Kontakt
Ton- und Grenzflächenmineralogie (CIM)
Bunsenstraße 8
52072 Aachen
Telefon: +49 241 8095769
Homepage: http://www.emr.rwth-aachen.de
Wirtschaft;
100%
87
Lehrgebiet für Geologie – Endogene
Dynamik
Masterstudiengang bilden Schwerpunkte der
Lehre Spezialisierungsangebote in den Bereichen Strukturgeologie, geologische Modellierung, Reservoirgeologie, und Petroleumtechnologie.
(B.Sc./M.Sc.)
Univ. Prof. Dr. Janos L. Urai
Personal
PS*
DS**
Professor
1
-
Akademischer Rat
1
-
-
11
1
-
-
21
* PS: Planstellen
Das Lehrgebiet für Geologie – Endogene Dynamik lehrt und forscht in den Bereichen Strukturgeologie, Tektonik und Geomechanik. Aufgrund
von Industrierelevanz und wissenschaftlicher
Aktualität widmen sich eine Vielzahl der abgeschlossenen, laufenden und zukünftigen Forschungsvorhaben Untersuchungen von Wechselwirkung von Festgestein und Fluiden.
Reservoireigenschaften und Gesteinsmechanik
werden u.A. aufgrund von Geländedaten,
seimischer Interpretation und mikrostruktureller Untersuchungen charakterisiert. Labor- und
Feldstudien werden von numerischen Modellen
unterstützt.
In
den
Studiengängen
Georessourcenmanagment trägt der Lehrstuhl vor allem zum
Verständnis der endogenen Prozesse und strukturgeologischer Merkmale bei und vermittelt
grundlegende Fähigkeiten im Umgang und der
Analyse geowissenschaftlicher Daten. Schwerpunkte der Lehre im Masterstudiengang bilden
Spezialisierungsangebote in der Vertiefungsrichtung
„Rohstoffe“
in
den
Bereichen
Reservoirgeologie, Petroleumtechnologie und
geologische Modellierung.
C) Angewandte Geographie
(B.Sc./M.Sc.) und
Geographie (B.A.)
Den Beitrag zu den Modulen im Wahlnebenfach
Geologie der Studiengänge Geographie bildet
vor allem die Vermittlung von Grundlagenwissen von endogenen Prozessen und strukturgeologischen Merkmalen und die Ausbildung in
geologischer Geländearbeit.
Hierzu zählen die Vermittlung geologischen
Basiswissens und aufbauend Vertiefungen in
Bereichen des Rohstoff- und Umweltmanagements.

Strukturelle Entwicklung von Bruchnetzwerken.

Mikromechanische Eigenschaften von
Salzgesteinen.

(B.Sc./M.Sc.)
Entwicklung von Störungszonen in
Siliziklastika und Karbonatgesteinen.

Deformationsverhalten von Tonstein.
Im Rahmen der Studiengänge Angewandte Geowissenschaften (B.Sc. / M.Sc.) bietet der Lehrgebiet eine Einführung in die endogenen Prozesse des Systems Erde und trägt zum grundlegenden Verständnis von Gesteinsmechanik und
strukturgeologischen Merkmalen bei. Weiterhin
werden Grundlagen in der Verarbeitung und
Analyse geowissenschaftlicher Daten geschaffen und die Geländeausbildung erweitert. Im
A) Analog Experimente zur Permeabilitätsentwicklung in ton-reichen Störungszonen
Im Rahmen eines Industrieprojektes wird untersucht unter welchen Bedingungen Störungen im
Gestein durchlässig für Fluide wie Wasser oder
Kohlenwasserstoffe sind. Dabei liegt der Fokus
auf Abschiebungen in tonigen Gesteinen, bei
88
denen durch die Bewegung des Gesteins der
Ton in die Störung „verschmiert“ wird und dadurch eine undurchlässige Schicht bildet. Wir
benutzen Analogmodelle mit unverfestigtem
Ton und Sand um unter Laborbedingungen die
Entstehung dieses „Clay-Smear“ zu untersuchen. In einer wassergesättigten Box wird dazu
eine Abschiebung künstlich produziert und untersucht. Zu den verwendeten Methoden gehören Fluss-Messungen, Messungen der Fluiddrücke, die durch den Fluss entstehen, sowie die
detaillierte 3-dimensionale Aufarbeitung der
entstehenden Strukturen.
Ergebnis einer DEM Simulation in der eine sich ausbreitende Kluft von einer Kluftfüllung hoher Festigkeit abgelenkt
wird.
Anfang 2012 führten wir ergänzende Geländearbeiten im Oman zur Vervollständigung und
Verifizierung der bisherigen Datenlage aus. Es
wird die relative Zusammensetzung von stabilen
Isotopen in Kluftnetzwerken untersucht, welche
von der mikrostrukturellen Charakterisierung
der verschiedenen Kluftfüllungs- und Störungsgenerationen in mesozoischen Kalksteinen der
Oman Mountains räumlich aufgelöst wird. In
Zusammenarbeit mit ExxonMobil untersuchen
wir die Versiegelungsbedingungen von Klüften
in Zechstein-Erdgaslagerstätten des Niedersächsischen Beckens. Ergebnis einer DEM Simulation in der
eine sich ausbreitende Kluft von einer Kluftfpüllung hoher
Festigkeit abgelenkt wird.
C) Porosität und Mikrostruktur in gestörtem Opalinus Ton
A: Horizontaler Schnitt durch den verschmierten Ton („Clay
gouge“) mit einigen assoziierten Deformationsbändern. B:
Aus horizontalen Schnitten produziertes 3D Modell der
gesamten Störungszone mit der verschmierten Tonschicht
und allen beteiligten Störungen.
B) FRACS
Das multidisziplinäre Projekt widmet sich der
Erforschung von zementierten Klüften in der
Erdkruste. Ziel ist es das Verständnis der
Kluftdynamik in Wechselwirkung mit Fluiden zu
vertiefen.
Mithilfe der Diskreten Elemente Methode wurde die Interaktionen sich ausbreitender Klüfte
mit Kluftfüllungen verschiedener Festigkeit und
Orientierung untersucht.
In diesem Projekt werden mit modernsten Methoden der Elektronenmikroskopie kleinste
Gefügeveränderungen, die durch tektonische
Verformung im Opalinus Ton hervorgerufen
wurden, erforscht. Die untersuchten Proben
stammen aus dem schweizerischen Untertagelabor „Mont Terri“, wo die Opalinusformation
als dauerhafte Lagerstätte für radioaktiven Abfall analysiert. Mit den im Projekt gewonnenen
Erkenntnissen lassen sich Aussagen über hydrologische und mechanische Gesteinseigenschaften abschätzen. Zudem werden Deformationsmechanismen
abgeleitet,
die
die
Gefügeveränderung hervorgerufen haben. Dabei konnte unter anderem gezeigt werden, dass
strikt lokalisiert ausgerichtete Tonminerale in
dünnen Scherzonen, nicht mehr als einige µm
breit, ein essentieller Baustein für verschiedene
Gefügestrukturen sind.
89
Die Verteilung der Porenfluide in niedrigpermeablen Gesteinen wie Salzgesteinen und Tonstein
spielt in dem Deformationsverhalten dieser
Materialen eine übergeordnete Rolle. Die Kombination von Kryorasterelektronenmikroskopie
mit Ionenböschungsätzung erlaubt es diese
Materialien zu untersuchen. Die derzeitige Forschung widmet sich insbesondere der Untersuchung von experimentell deformierten Salz-und
Tongesteinen um das Verständnis der Gesteinseigenschaften, basierend auf der Mikrostruktur,
im Zusammenhang mit Endlagern und der Gewinnung von Kohlenwasserstoffen zu stärken.
Mikroskopische Untersuchung von Harnischen in Tonstein.
E) Mikroporosität in Boom Ton
In diesem Projekt wird feinkörniger Ton aus
Belgien (Boom Clay) untersucht, der dort als
potentielles Endlagermaterial für radioaktive
Abfälle in Erwägung gezogen wird. Ziel ist es,
die Porosität und den Porenraum des Sediments zu charakterisieren. Hierzu wird Rasterelektronenmikroskopie (REM) in Kombination
mit ‘broad-ion-beam‘ (BIB, Ionenböschungsätzung) verwand, was es ermöglicht unbeschädigte, hochpolierte Probenoberflächen von einigen
mm² Größe zu produzieren. Diese werden mit
dem REM untersucht und hochaufgelöste (nmBereich) Bilder des Porenraums und der Mineralogie der Probenoberflächen gemacht. Die
Bilder werden im Folgenden statistisch ausgewertet. Außerdem verwenden wir FIB- (focusedion-beam) REM, sowie Wood’s Metall Injektion
zur 3D Analyse des Porenraums. Porennetzwerke können extrahiert werden und die Durchlässigkeit des Gesteins bestimmt werden.
Sekundärelekronenbilder von a1: Kryo-Ionenschnitt in
„nassem“ Halit, a2: nach Sublimation des Wassers als
Indikator für das kristallfreie Einfrieren der Fluide, b1: KryoIonenschnitt in Boom Ton mit Porenfluiden die durch Sublimation entfernt wurden (b2).
E) CONAN In-situ Kontaktwinkelmessungen in Reservoirsandstein
Die mikromaßstäbliche Verteilung der Porenfluide spielt eine fundamentale Rolle bei der
Förderung von Kohlenwasserstoffen aus
Reservoirgesteinen. Beispielsweise können EOR
(Enhanced Oil Recovery) Prozesse nur wirksam
charakterisiert werden, wenn Wechselwirkungen der Fluide mit der Mineralogie und der
Kornoberfläche bekannt sind. In diesem Projekt
werden die 3D-Verteilungsmuster öl- und wassergesättigter Sandsteine systematisch mittels
Kryo-Ionenböschungsätzung
und
KryoRasterelektronenmikroskopie untersucht. Diese
Methode erlaubt es die in-situ Verteilung der
Fluide zu bestimmen.
Extrahiertes 3D Porennetzwerk in Boom Clay, basierend
auf der Segmentierung des Porenraums, anhand von FIBSEM Schnitten.
D) Charakterisierung fluidführender
Geomaterialien mittels kryo-BIB-FIBREM
90
Sekundärelektonenbild eines öl- und wasserführenden
Sandsteins. Die Phasen werden mit EDS (Elektrondispersive
Röntgenspektroskopie) bestimmt.
F) Interne Deformation von KaliumMagnesium Salzen in Zechstein Salz
Das Projekt befasst sich mit Bischofit Vorkommen in Zechsteinsalzkissen bei Veendam in den
Niederlanden. Die Grundlage für das Projekt ist
eine chemische und mikrotektonische Analyse
von Bohrkernen, eine detaillierte Interpretation
von seismischen Daten und die numerischen
Modellierung von Salztektonischen Prozessen.
Das Ziel liegt bei einem besseren Verständnis
von salzinterner Deformation bei starkem mechanischen Kontrast der heterogenen Salzschichten. Hierzu wird mit Hilfe der genannten
Methoden ein detailliertes Model der Salzkissen
erstellt und die tektonische Entstehung der
Struktur modelliert. Die Verbindung der Modelle kann Aufschluss über Entstehung, Verformung und Transport, sowie die heutige Lage
und Mächtigkeiten der Bischofit Schichten geben, die ein attraktives Magnesium Erz darstellen.
Simulation der internen Deformation von Zechstein Salzen
während der Bildung einer Domstruktur.








Abe, S., Urai, J.L. and Kettermann, M. (2013). Fracture patterns in nonplane strain boudinage—insights from 3-d discrete element models. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 118(3): 1304-1315.
Desbois, G., Urai, J.L., Pérez-Willard, F., Radi, Z., Offern, S., Burkart, I., Kukla, P.A. and Wollenberg, U. (2013). Argon
broad ion beam tomography in a cryogenic scanning electron microscope: A novel tool for the investigation of representative microstructures in sedimentary rocks containing pore fluid. Journal of Microscopy 249(3): 215-235.
Hemes, S., Desbois, G., Urai, J.L., De Craen, M. and Honty, M. (2013) Variations in the morphology of porosity in the
boom clay formation: Insights from 2d high resolution bib-sem imaging and mercury injection porosimetry. Netherlands Journal of Geosciences.
Houben, M.E., Desbois, G. and Urai, J.L. (2013). Pore morphology and distribution in the shaly facies of opalinus clay
(mont terri, switzerland): Insights from representative 2d bib–sem investigations on mm to nm scale. Applied Clay
Science 71: 82-97.
Komoróczi, A., Abe, S. and Urai, J. (2013). Meshless numerical modeling of brittle–viscous deformation: First results
on boudinage and hydrofracturing using a coupling of discrete element method (dem) and smoothed particle hydrodynamics (sph). Computational Geosciences 17: 1-18.
Klaver, J., Desbois, G., Urai, J. and Littke, R. (2012). Bib-sem study of the pore space morphology in early mature
posidonia shale from the hils area, germany. International Journal of Coal Geology 103: 12-25.
Li, S., Abe, S., Reuning, L., Becker, S., Urai, J.L. and Kukla, P.A. (2012). Numerical modeling of the displacement and deformation of embedded rock bodies during salt tectonics - a case study from the south oman salt basin. Salt tectonics,
sediments and prospectivity. Alsop, G.I., Archer, S. G.,Hartley, A. J.,Grant, N. T.&Hodgkinson, R., Geological Society
London. 363: 503-520.
Virgo, S., Abe, S. and Urai, J.L. (2013). Extension fracture propagation in rocks with veins: Insight into the crack-seal
process using dem modeling. Journal of Geophysical Research - Solid Earth.
91





DMGK (Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft
für Erdöl, Erdgas und Kohle e.V.)
DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft)
PDO (Petroleum Development Oman)
Exxonmobil Upstream Research Company, USA
Nagra, Schweiz (National Cooperative for the Disposal of Radiactive Waste)



NAM (Nederlandse Aardolie Maatschappij)
Shell, Niederlande
Swisstopo, Schweiz (Eidg. Departement für Verteidigung, Bevölkerungsschutz und Sport)
SCK CEN, Belgien (Belgian Nuclear Research Centre)

Promotionen
Li, Shiyuan: Numerical Studies of the Deformation of Salt Bodies with embedded Carbonate Stringers
(2012)
Houben, Maria Engelina: In situ characterization of the microstructure and porosity of Opalinus Clay
(Mont Terri rock laboratory, Switzerland) (2013)
Kontakt
LuF für Geologie- Endogene Dynamik
Geologisches Institut
Lochnerstrasse 4-20, Haus A
52056 Aachen
Telefon: +49 (241) 80-95723
Fax: +49 (241) 80-92358
Homepage: www.ged.rwth-aachen.de
Sonstige; 25%
Wirtschaft; 60%
BMBF; 3%
DFG ohne SFB;
12%
92
Lehrstuhl für Hydrogeophysik
In diesem Modul vertiefen die Studierenden
ihre Kenntnisse über geophysikalische Methoden der hydrologischen Charakterisierung und
der Überwachung hydrologischer Parameter.
Das Verhältnis zwischen geophysikalischen und
hydrologischen Parametern steht dabei im
Zentrum und wird anhand verschiedener Fallstudien besprochen. Die Studenten eignen sich
die Fähigkeit an, für bestimmte hydrologische
Fragestellungen die geeignete geophysikalische
Technik oder die richtige Kombinationen geeigneter Techniken auszuwählen und Messdaten
zu interpretieren.
Univ.-Prof. Dr. Jan van der Kruk
B) Grundlagen der Angewandten Geophysik II (Elektromagnetik, Georadar)
Personal
PS*
Professor
DS**
1
Oberingenieur
3
0,5
4
* PS: Planstellen
Dr. Jan van der Kruk ist seit Oktober 2008 Universitätsprofessor für das Fach Hydrogeophysik
an der RWTH Aachen und leitet am Forschungszentrum Jülich (FZJ) die Forschungsgruppe
„Hydrogeophysikalische Bildgebung und Charakterisierung“. Die Forschungsgruppe wird mit
Mitteln der Helmholtz-Gemeinschaft und mit
eingeworbenen Drittmitteln finanziert.
Die Forschungsgruppe „Hydrogeophysikalische
Bildgebung und Charakterisierung“ forscht auf
den Gebieten der Geophysik und Hydrogeophysik. Die Lehre ist praxisrelevant und auf hohem
wissenschaftlichem Niveau. Die Forschungsprojekte sind sowohl grundlagenbasiert als auch
anwendungsorientiert ausgerichtet. Sie greifen
aktuelle Themen auf und leisten einen wissenschaftlichen Beitrag zu aktuellen Problemstellungen.
A) Hydrogeophysik
Dieser Kurs behandelt die Anwendung geophysikalischer Methoden zur Erkundung von Strukturen und physikalischen Eigenschaften im
Untergrunde. Das Hauptgewicht liegt dabei auf
der Beschreibung elektromagnetischer Messungen und Messungen mit dem Georadar sowie
den dahinterliegenden physischen Prinzipen
und der Interpretation.
C) Geländekurs Erkundungsmethoden
der Geophysik, Hydrogeologie und Ingenieursgeologie
In diesem Kurs wenden die Studierenden die
wichtigsten Methoden der Geophysik, Hydrogeologie und der Ingenieursgeologie an, um
Daten im Gelände zu erheben. Ein Teil befasst
sich mit der Durchführung von kombinierten
hydrogeophysikalischen Versuchen, bei denen
z.B. mit großangelegten Messungen mittels
elektromagnetischer Induktionsverfahren (EMI)
Muster der elektrischen Leitfähigkeit erkannt
werden und in einem nächsten Schritt mit dem
Georadar (GPR) gezielt und eingehend untersucht werden können, wobei die detektierten
Reflektoren mit Hilfe einer Ramkernsondierung
identifiziert werden können.
A) Hydrogeophysik
Die Hydrogeophysik kombiniert Forschungsansätze aus der Hydrogeologie und der Geophysik,
um physikalisch-chemische Prozesse im Untergrund zu charakterisieren sowie eine quantitative Parameterabschätzung zu gewährleisten.
Gängige hydrogeologische Charakterisierungstechniken sind kostenintensiv, zeitaufwendig,
invasiv und liefern meistens nur Punktinforma-
93
tionen. Hierdurch wird die räumliche Parameterheterogenität meist nur ungenügend erfasst.
Hydro-geophysikalische Methoden bieten die
Möglichkeit einer schnellen, relativ kostengünstigen und minimal invasiven hydrogeologischen
Charakterisierung des Untergrundes. Die gekoppelte hydrogeophysikalische Inversion nutzt
geophysikalische Methoden, um für hydrologische Parameter zu invertieren und bieten somit
ein großes Potential, um praxisrelevante Lösungen für aktuelle Problemstellungen bereit zu
stellen.
B) Geophysikalische Bildgebung und
Inversionsverfahren
Geophysikalische Messungen erfassen Informationen eines Mediums mittels durchlaufender
Wellen. Um aus den gemessenen Daten Bodenkenngrößen zu extrahieren, werden mathematische Inversionsverfahren angewendet.
Hierbei werden gemessene Daten modelliert
und dadurch die Verteilung spezifischer Materialparameter im Untergrund abgeschätzt. Methoden, die den vollen Informationsgehalt der
gemessenen Daten berücksichtigen, haben das
größte Potential, um den Untergrund umfassend zu charakterisieren.
A) Großangelegte quantitative Dreischichteninversion von Elektromagnetischen Induktionsdaten
Bei der elektromagnetischen Induktion (EMI)
wird ein Strom durch magnetische Wechselfelder in einem elektrischen leitfähigen Untergrund induziert. Die Stärke des resultierenden
Feldes hängt von dem Leitfähigkeitsvermögen
des Bodens ab, wobei die Eindringtiefe des
Messsignals von drei Parametern bestimmt
wird: Spulenorientierung, Spulenabstand und
Messfrequenz. Viele kommerzielle EMISensoren nutzen Mehrspulensysteme, um unterschiedliche Tiefenlevel zu erfassen. Dies ermöglicht prinzipiell eine Tiefeninversion. Zur
genauen Positionierung werden die EMISensoren mit GPS Geräten verbunden und die
Flächen-Messungen zeigen die Leitfähigkeitsstrukturen des Untergrundes (Abbildung unten)
Typischerweise hat der Anwender einen Einfluss
auf die Messungen (z.B. fehlerhafte Feldkalibrierung) wodurch akkurate und präzise Messungen verhindert werden. Um quantitative
Werte zu erhalten, wird eine zusätzliche Kalibration notwendig. Dafür wird eine unabhängige
elektrische Widerstandstomographie (ERT) über
Bereiche mit großen Leitfähigkeitskontrasten
durchgeführt (siehe Linie P03, Abbildung oben).
Die
Anwendung
der
erhaltenen
Kalibrationsparameter liefert genauere EMIDaten, die eine quantitative Tiefeninversion der
elektrischen Leitfähigkeiten ermöglicht.
Der Vergleich zwischen ERT und EMI Inversionsergebnissen (Abbildung oben) entlang dieses 20
m langen P03 Profils zeigt eine deutliche Übereinstimmung der meisten Leitfähigkeitsvariationen im Untergrund. Hierbei ist zu beachten,
dass in der ERT Inversion 6715 Messungen (bei
0.25 m Elektrodenabstand) benötigt werden,
die EMI Dreischichtinversion nur sechs Spulenkonfigurationen (= 246 Messungen bei 0.5 m
Messintervallen) verwendet, um ein ähnliches
Bild zu liefern. Durch die erhebliche Zeitersparnis bzw. das schnelle Messverfahren und die
quantitative EMI Inversion, kann die vorgestellte Methode auch auf zahlreiche großskalige
Anwendungen erweitert werden.
B) Vollewellenfeldinversion von Georadardaten
Traditionell sind Inversionsverfahren für Georadar strahlenbasiert und haben eine begrenzte
Auflösung, da diese nur einen kleinen Teil der
Informationen die im Radarsignal enthalten sind
verwenden (erste Ankunftszeiten der elektromagnetischen Welle, erste maximale Amplitude
des Wellenzuges).
94
Im Gegensatz dazu
kann man mit der
Vollenwellenfeldinversion, die das gesamte
Signal betrachtet, eine höhere Auflösung der
Radar-Tomogramme erzielen. Die Vollenwellenfeldinversion wurde für die drei folgenden
Messmoden entwickelt: off-ground (Antennen
erhöht über dem Boden), crosshole Bohrloch
(Antennen in zwei verschiedenen Bohrlöchern),
und Oberflächengeoradar.
empfangen. Die gemessenen Daten können
komplizierte Wellenfelder enthalten (siehe a).
Wenn eine strahlenbasierte Inversion benutzt
wird, um die Daten zu invertieren, erhält man
Abbildungen der Permittivität und der Leitfähigkeit mit einer limitierten Auflösung (siehe
Darstellung a) und b) unten). Die Modellierung
der Daten zeigt, dass nur die ersten Ankunftszeiten übereinstimmen.
Die volle Wellenfeldinversion liefert hochaufgelöste Bilder der Permittivität und der Leitfähigkeit des Untergrundes (siehe Darstellung c) und
d) unten). Wenn diese Inversionsergebnisse
benutzt werden um synthetische Daten zu erzeugen, zeigt es sich, dass die synthetischen
Daten mit den gemessenen Daten gut übereinstimmen (siehe Darstellung c oben), was darauf
hinweist, dass die Inversionsresultaten zuverlässig sind.
Beim crosshole Bohrlochradar werden Signale
von der Quelle in einem Bohrloch zum Empfänger in einem anderen Bohrloch ausgestrahlt und
95






Klotzsche, J. van der Kruk, N. Linde, J. Doetsch, H. Vereecken, 2013, 3D characterization of high-permeability zones in
a gravel aquifer using 2D crosshole GPR full-waveform inversion and waveguide detection, Geophysical Journal
Internation-al, 195, 932-944, DOI:10.1093/gji/ggt275.
M. Oberröhrmann, A. Klotzsche, H. Vereecken, J. van der Kruk, 2013, Optimization of acquisition setup for cross-hole
GPR full-waveform inversion using checkerboard analysis, Near Surface Geophysics, 11, 197-209, DOI:10.3997/18730604.2012045.
A. Kalogeropoulos, J. van der Kruk, J. Hugenschmidt, J. Bikowski, E. Bruhwiler, 2013, Full-waveform GPR inversion to
assess chloride gradients in concrete, NDT&E International, 57, 74-84, DOI:10.1016/j.ndteint.2013.03.003.
J. van der Kruk, E.C. Slob, L. Crocco, 2013, Foreword on NSG Special issue on Advanced GPR Imaging and Inversion for
hydro-geophysical and subsurface property estimation, Near Surface Geophysics, 11, 115-116, DOI:10.3997/18730604.2013014.
R. Knight, J. Irving, J. van der Kruk, 2013, Studying Hydrological Properties and Processes at Scales From Centimeters
to Watersheds - SEG-AGU Hydrogeophysics Workshop, Boise, Idaho, 8-11 July 2012, EOS, 94, 21, DOI:
10.1002/2013EO020008.
S. Busch, J. van der Kruk, J. Bikowski, H. Vereecken, 2012 Quantitative conductivity and permittivity estimation using
full-waveform inversion of on-ground GPR data, Geophysics, 77, H79-H91, DOI:10.1190/GEO2012-0045.1

J. Bikowski, J.A. Huisman, J.A. Vrugt, H. Vereecken, J. van der Kruk, 2012, Integrated analysis of waveguide dispersed
GPR pulses using deterministic and Bayesian inversion methods, Near Surface Geophysics, 10, 641-652.

J. van der Kruk, A. Klotzsche, S. Busch, H. Vereecken, 2012, Neueste Ergebnisse der Dispersionsinversion und VolleWellenfeldinversion von Georadar Daten, Sonderband der Mitteilungen der DGG: ”Rundtischgespräch Georadar, Sonder-band I/2012, 77-82 ISSN-Nr. 0947-1944.






Society of Exploration Geophysicists (SEG)
European Association of Geoscientists and Engineers (EAGE)
IEEE Geoscience and Remote Sensing Society
(IEEE-GRSS)
European Geophysical Union (EGU)
Americal Geophysical Union (AGU)
Deutsche Geophysikalischen Gesellschaft (DGG)







ETH Zürich, Schweiz
University Lausanne, Schweiz
EPFL Lausanne, Schweiz
University of Waterloo, Canada
Boise University, USA
University of Edinburgh, Great Britain
Sensors & Software, Canada
Promotionen
Klotzsche, Anja: Full-waveform inversion of crosshole GPR for hydrogeological applications (2013)
Busch, Sebastian: Full-waveform inversion of surface ground penetrating radar data and coupled
hydrogeophysical inversion for soil hydraulic property estimation (2013)
Drittmittelausgaben
Keine Angaben (Jülicher Datenmaterial)
Kontakt
Forschungsgruppe „High resolution Hydrogeophysical Imaging and Characterisation“
Lehrstuhl für Hydrogeophysik
Forschungszentrum Jülich
Agrosphere, IBG-3
Leo-Brandt-strasse
52425 Jülich
Telefon: +49 2461 614077
Fax: +49 2461 61 2518
Homepage: www.fz-juelich.de/ibg/ibg-3/
96
Fachgruppe für Rohstoffe und Entsorgungstechnik
Professoren
Univ. Prof. Dr. Dirk Bosbach
Institut für Energie- und Klimaforschung Bereich
nukleare Entsorgungsforschung (FZ Jülich)
Univ.-Prof. Dr.jur. Walter Frenz
Lehr- und Forschungsgebiet Berg-, Umwelt- und
Europarecht
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Per Nicolai Lehrstuhl und Institut für Bergbaukunde I
Martens
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Christian Niemann-Delius Lehrstuhl für Rohstoffgewinnung über Tage und
Bohrtechnik und Institut für Bergbaukunde III
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Karl Nienhaus
Institut für Maschinentechnik der Rohstoffindustrie
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Thomas Pretz
Lehrstuhl für Aufbereitung und Recycling fester
Abfallstoffe und Institut für Aufbereitung, Kokerei
und Brikettierung
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Axel Preuße
Lehrstuhl für Markscheidewesen und Institut für
Markscheidewesen Bergschadenkunde und Geophysik im Bergbau
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Peter Georg Quicker
Lehr- und Forschungsgebiet Technologie der Energierohstoffe
Univ.-Prof. Dr.rer.nat. Bruno Thomauske
Lehrstuhl für Nukleare Entsorgung und Techniktransfer
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Hermann Wotruba
Lehr- und Forschungsgebiet Aufbereitung mineralischer Rohstoffe
97
Bezogen auf die Prozesskette decken die Professuren der Fachgruppe für Rohstoffe und Entsorgungstechnik sowohl für primäre (geogene und biogene) als auch sekundäre (anthropogene) Rohstoffe die
beiden ingenieurtechnischen Kernbereiche Rohstoffgewinnung und Rohstoffverarbeitung (Aufbereitung
und Veredlung von Rohstoffen) ab. Neben der Effizienzbewertung und -verbesserung stehen dabei die
Nachhaltigkeitsaspekte der Prozesse im Fokus. Ausgehend vom Rohstoffpotential richtet sich die Forschung der Fachgruppe auf die konkreten Nutzungsmöglichkeiten in industriellen Prozessen und Maßstäben.
Damit trägt die Fachgruppe der Forschung zur globalen Herausforderung einer nachhaltigen Rohstoffversorgung Rechnung, die ohne die Beantwortung von Fragen zu den Auswirkungen der Rohstoffgewinnung und -verarbeitung auf Umwelt und Gesellschaft nicht gesichert werden kann. Mit ihrem Forschungsfeld ordnet sich die Fachgruppe dem Profilbereich Material Science & Engineering (MatSE) der
RWTH und mit ihren fachspezifischen übergreifenden ingenieur-, natur- und gesellschaftswissenschaftlichen Themen dem Leitbild der ‚Integrierten Interdisziplinären Technischen Hochschule’ RWTH zu.
In insgesamt drei Projekten der Fördermaßnahme „r³ - Innovative Technologien für Ressourceneffizienz
- Strategische Metalle und Mineralien" des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) sind
Professuren der Fachgruppe vertreten. Dabei ist auch interdisziplinär die Fachgruppe Materialwissenschaft und Werkstofftechnik eingebunden.
Ein EU-Projekt im ECO-Innovation Programm wird federführend koordiniert („SATURN: Sensor-sorting
Automated Technology for advanced Recovery of Non-ferrous metals“).
Darüber hinaus wird im EU Projekt I²Mine („Innovative Technologies and Concepts for the intelligent
mine of the future“) an neuen Methoden und Technologien für untertägige Bergwerke der Zukunft geforscht. Auch die Entwicklung von modernen Sicherheitstechnologien wird im EU Rahmen verfolgt (z.B.
im RFCS Projekt FEATureFACE).
Zwei Institute und ein Lehr- und Forschungsgebiet der Fachgruppe sind im Projekt „i²Mine“, dem größten, durch das 7. EU-Forschungs-Rahmenprogramm geförderten Bergbauprojekt, tätig.
Im Rahmen des 6. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung wird ebenfalls ein durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördertes Verbundvorhaben koordiniert
(Energieeffiziente Abluftbehandlung – EnAB).
Die Forschungsergebnisse der Fachgruppe finden international Anklang, wie unter anderem eine Kooperation mit dem australischen Cooperative Research Center for Mining zeigt.
Honorarprofessoren
Prof. Dr.-Ing Peter Clarner
Prof. Dr.rer.nat Hans-Georg Fasold
Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Hermann
Prof. Dr.-Ing. Ulrich Hahn
Prof. Dr.-Ing. Hans Jacobi
apl. Professoren
Prof. Dr.-Ing. Mathias Jürgen
Bauer
PD Dr.-Ing. Franz Becker
Prof. Dr.-Ing. Paul Burgwinkel
Prof. Dr.rer.pol. Jürgen
Kretschmann
Prof. Dr.-Ing. Martin Junker
Prof. Dr.-Ing. Dipl.Wirt.-Ing. Martin
Kirschbaum
Prof. Dr.jur. Wolfgang Klett
Prof. Dr.jur. Herbert Limpens
Prof. Dr.jur. Hans Jürgen Müggenborg
Prof. Dr.rer.nat. Eiko Räkers
Prof. Dr.-Ing. Walter Thiels
Prof. Dr.-Ing. Reinhard Wesely
Personal
98
Professoren
9*
WMPS
23
WMDS
41
NWMPS
28
NWMDS
3
Auszubildende
26
Drittmittelausgaben
Drittmittelausgaben der Fachgruppe FRE in 2013
Sonstige; 23%
Wirtschaft; 44%
DFG ohne SFB;
4%
BMBF; 15%
EU; 14%
Abbildung 9: Drittmittelausgaben der Fachgruppe für Rohstoffe und Entsorgungstechnik 2013 in [%]
Studierende
Studierende der Fachgruppe FRE
1,000
25
700
165
79
94
600
129
800
Anzahl
18
15
66
900
81
43
364
200
500
400
300
514
200
432
391
WS 2012/13
WS 2013/14
100
0
WS 2011/12
Bachelor
Master
Diplom
Promotion
Sonstige
Abbildung 10: Entwicklung der Studierendenzahlen der Fachgruppe für Rohstoffe und Entsorgungstechnik
99
Absolventen
Absolventen der Fachgruppe FRE
200
11
180
160
49
Anzahl
140
17
120
42
100
8
80
60
0
24
46
11
44
12
1
40
20
5
29
36
1
8
103
98
2011
2012
2013
Diplom
Promotionen
74
34
2009
2010
Bachelor
Master
Abbildung 11: Entwicklung der Absolventenzahlen der Fachgruppe für Rohstoffe und Entsorgungstechnik
100
Lehr- und Forschungsgebiet Berg-,
Umwelt- und Europarecht
wicklung, die Genehmigung von Anlagen und
Vorhaben sowie die Haftung und Verantwortung auch für Spätfolgen.
B) Entsorgungsingenieurwesen
Den Studierenden soll das nötige Wissen für die
Entwicklung, Planung und Umsetzung von Entsorgungsanlagen mitgegeben werden, wobei
rechtliche Hintergründe ebenso einzubeziehen
sind. Diese werden durch die Vorlesungen
„Umwelt-, Genehmigungs- und Entsorgungsrecht“, „Öffentliches Recht und Europarecht“
und „Genehmigungs- und Umweltrecht 2 und
3“ vermittelt.
Univ.-Prof. Dr.jur. Walter Frenz
Mitarbeiter
PS*
Professor
DS**
1
Oberingenieur
1
1
0,5
0,5
* PS: Planstellen
Das Lehr-und Forschungsgebiet Berg-, Umweltund Europarecht lehrt und forscht auf den Gebieten des Europa-, Berg- und Umweltrechts.
Die Forschungsprojekte sind sowohl grundlagenbasiert als auch anwendungsorientiert ausgerichtet. Sie greifen aktuelle sowie prinzipielle
Themen auf und leisten einen wissenschaftlichen Beitrag, sowohl zu theoretischen als auch
zu praktischen Problemstellungen.
A) Rohstoffingenieurwesen
Das Studienangebot umfasst die Bereiche Bereitstellung, Nutzbarmachung, Verarbeitung,
Gewinnung, Aufbereitung von Rohstoffen und
Lagerstättenmanagement. Die dafür notwendigen Rechtskenntnisse werden durch die Vorlesungen Rohstoff- und Energierecht 1, 2 und 3
vermittelt, die Teil des B.Sc. und des M.Sc. sind.
Spezialgebiete vermittelt die Vorlesung „Rohstoff- und Energierecht 4“. Schwerpunkte bilden
die Einflüsse des europäischen Rechts (UVP,
Umweltverbandsklage), die nachhaltige EntForschungsbericht 2012/2013
C) Georessourcenmanagement
Die rechtlichen Grundlagen und spezifischen
Kenntnisse werden durch die Vorlesungen „Genehmigungs- und Umweltrecht 1“, „Öffentliches
Recht und Europarecht“ im B.Sc., Genehmigungs- und Umweltrecht 2“ und „Genehmigungs- und Umweltrecht 3“ im M.Sc. vermittelt.
D) Angewandte Geographie / Wirtschaftsgeographie
Das Studium soll schwerpunktmäßig Kompetenzen vermitteln, die naturwissenschaftlichtechnische sowie sozial- und wirtschaftswissenschaftliche Kenntnisse auf den Raumzusammenhang hin anwendbar machen. Rechtliche
Inhalte werden zur Ergänzung im M.Sc. durch
die Vorlesungen „Genehmigungs- und Umweltrecht 1“ und „Öffentliches Recht und Europarecht“ vermittelt.
E) Umweltingenieurwissenschaften
Das Bachelor-Studium der Umweltingenieurwissenschaften soll den Studierenden die Fähigkeit
vermitteln, mit lösungsorientierten Ansätzen
ökologische und technische Fragestellungen zu
bearbeiten, um die vielgestaltigen Herausforderungen unserer Zeit kreativ anzunehmen. Dabei
spielt immer wieder das Recht eine zentrale
Rolle. Die rechtlichen Inhalte werden durch die
Vorlesungen „Genehmigungs- und Umweltrecht
1“ und „Genehmigungs- und Umweltrecht 2“
vermittelt.
A) Europarecht
Recht unterliegt stetiger Entwicklung. Immer
mehr schiebt sich das europäische Recht in den
Vordergrund; die maßgeblichen Entscheidungen
werden weitgehend in Brüssel getroffen. Daher
liegt der Schwerpunkt unserer Arbeit im Europarecht. Zu ihm wurde ein auf sechs Bände an-
101
gelegtes Handbuch vorgelegt, das nunmehr
nach und nach in die 2. Auflage geht.
 Band 1 „Europäische Grundfreiheiten“,
 Band 2 „Europäisches Kartellrecht“,
 Band 3 „Beihilfe- und Vergaberecht“,
 Band 4 „Europäische Grundrechte“,
 Band 5 „Wirkungen und Rechtsschutz“,
 Band 6 „Institutionen und Politiken“.
B) Umweltrecht
Im Umweltrecht bearbeiten wir vor allem das
Abfall- und das Anlagenzulassungsrecht; aber
auch das Bodenschutzrecht. Von vermehrter
Bedeutung ist das Energierecht. Den Schnittpunkt von Umwelt- und Energierecht bildet das
Recht der erneuerbaren Energien (Kommentar
Frenz/Müggenborg zum EEG, 3. Auflage 2013)
sowie das Emissionshandelsrecht (Kommentar
Frenz, Auflage 2012) Weitere Themen sind das
Genehmigungs- und Umweltrecht, das Steuerrecht, das Staats- und Verwaltungsrecht sowie
das Kommunal- und Vergaberecht.
C) Bergrecht
Die Forschungsschwerpunkte liegen dabei im
Planungsrecht, in der Spätfolgenverantwortung
und der nachhaltigen Entwicklung. Zentral ist
das BBergG, zu dem ein Kommentar konzipiert
wurde. Von besonderer Aktualität war das
Fracking. Ein weiteres zentrales Thema war der
Habitatschutz. Hier wurde die Rechtsprechung
der Obergerichte und des Bundesverwaltungsgerichts ausführlich analysiert und sowohl für
eine Kommentierung (Frenz/Müggenborg, Bundesnaturschutzgesetz, 2011) als auch für ein
ganz konkretes Projekt aufgearbeitet. Hier ergeben sich auch wichtige Berührungspunkte mit
den Naturwissenschaften, welche den Schutzumfang
und
die
Reichweite
eines
Habitatschutzgebietes näher beleuchten. Die
dabei gefundenen Ergebnisse gilt es dann in
ihren rechtlichen Konsequenzen einzufangen.
Weiter ging es um den Gewässerschutz, und
zwar ebenfalls bezogen auf eine Kommentierung (Berendes/Frenz/Müggenborg (Hrsg.),
Kommentar zum Wasserhaushaltsgesetz, 2011)
als auch auf eine konkrete bergbaubezogene
Problemlage, nämlich die Renaturierung von
Halden.







Frenz (Hrsg.), Bergrechtsreform und Fracking (Tagungsband des 13. KBU – Kolloquium zu Wirtschaft und Umweltrecht –
Schriftenreihe der GDMB, H. 131), Clausthal-Zellerfeld 2013.
Frenz/Müggenborg (Hrsg.), EEG – Erneuerbare-Energien-Gesetz-Kommentar, 3. Aufl., Berlin 2013.
Frenz/Preuße (Hrsg.), Frackingdiskussion und kein Ende (Tagungsband des 15. ABK – Aachener Altlasten- und
Bergschadenkundliches Kolloquium – Schriftenreihe der GDMB, H. 132), Clausthal-Zellerfeld 2013.
Frenz (Hrsg.), Energieleitungen (Tagungsband des 12. KBU – Kolloquium zu Wirtschaft und Umweltrecht – Schriftenreihe
der GDMB, H. 127), Clausthal-Zellerfeld 2012.
Frenz, Handbuch Europarecht Bd. 1: Europäische Grundfreiheiten, 2. Aufl., Berlin/Heidelberg 2012.
Frenz, Emissionshandelsrecht. Kommentar zum TEHG und ZuV 2020, 3. Aufl., Berlin/Heidelberg 2012.
Frenz/Preuße (Hrsg.), Unkonventionelle Gasgewinnung in NRW (Tagungsband des 14. ABK – Aachener Altlasten- und
Bergschadenkundliches Kolloquium – Schriftenreihe der GDMB, H 130), Clausthal-Zellerfeld 2012.
Kontakt
LFG:
Anschrift:
Anschrift
Telefon:
Fax:
E-Mail:
Homepage:
Berg-, Umwelt- und Europarecht
Wüllnerstr. 2
52062 Aachen
+49-241-80-95691
+49-241-80-92632
[email protected]
www.bur.rwth-aachen.de
Wirtschaft;
100%
102
Institut für Bergbaukunde I
management, Grubenrettung sowie untertägige
Abfallentsorgung und Energiespeicher ab.
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing.
Per Nicolai Martens
Personal
PS*
Professor
1
1
Oberingenieur
1
2
4
1
6
DS**
8
* PS: Planstellen
Primärer Gegenstand von Forschung und Lehre
des im Jahr 1880 gegründeten Instituts für
Bergbaukunde I (BBK I) ist die Bereitstellung
mineralischer Rohstoffe, angefangen beim Aufsuchen, Bewerten und Modellieren von Lagerstätten über Technik, Organisation und Planung
von Bergwerken bis hin zu Umweltaspekten bei
der Rohstoffgewinnung sowie der Abfallentsorgung unter Tage. Darüber hinaus befasst sich
das Institut mit der Analyse von Rohstoffmärkten.
Den inhaltlichen Schwerpunkt des Lehrangebots
des BBK I bildet die Gewinnung mineralischer
Rohstoffe unter Tage. Zusätzlich wird Wissen in
den Bereichen Sprengtechnik, Schachtabteufen,
Betriebswirtschaft, Gebirgsmechanik, Umwelt
und Nachhaltigkeit sowie Arbeitssicherheit und
Gesundheitsschutz den Studierenden vermittelt.
Die aktuelle Forschungstätigkeit des Instituts
deckt neben weiten Feldern der Rohstoff- und
Geotechnik sowie der Rohstoffwirtschaft auch
die Bereiche Lagerstättenerschließung, Prozessoptimierung, Sanierung von Bergbaustandorten,
Nachhaltige
Entwicklung,
Stoffstrom-
A)
Rohstoffingenieurwesen
(B.Sc./ M.Sc.)
Der Studiengang Rohstoffingenieurwesen wird
mit dem Bachelor of Science (Regelstudienzeit:
sechs Semester) und daran anschließend mit
dem Master of Science (Regelstudienzeit: vier
Semester) abgeschlossen. Nach der Vermittlung
mathematischer sowie natur- und ingenieurwissenschaftlicher Grundlagen entscheiden sich die
Studierenden am Ende des vierten Fachsemesters für eine Fachrichtung, um ihre Kenntnisse
in einem Spezialgebiet zu vertiefen. Zur Auswahl stehen die Vertiefungsrichtungen „Gewinnung“ und „Prozesstechnik“.
B) Angew. Geographie, Georessourcenmanagement (B.Sc./ M.Sc.), Technik-Kommunikation (M.A.), Umweltingenieurwissenschaften (B.Sc./ M.Sc.),
Nachhaltige Energieversorgung (M.
Sc.)
Das BBK I bietet Studierenden der Studiengänge
„Angewandte Geographie“, „Georessourcenmanagement“, „Umweltingenieurwissenschaften“ sowie „Nachhaltige Energieversorgung“
verschiedene Veranstaltungen als Haupt- und
Nebenfächer an. Inhalte der Veranstaltungen
sind neben der Vermittlung von Grundlagenwissen aus den Bereichen Bergbau und
mineralischer Rohstoffwirtschaft insbesondere
die Bereiche untertägiger Bergbau, Umwelt und
Nachhaltigkeit.
C) European Mining Course (EMC)/
Erasmus Mudus
Seit 1996 ist das BBK I am „European Mining
Course (EMC)” beteiligt. Der EMC umfasst ein
achtmonatiges, internationales Studienprogramm, welches sich vornehmlich an Rohstoffingenieure richtet. Organisiert wird der European Mining Course von den Universitäten
TU Helsinki,
und
TU Delft. Während der acht Monate studieren
die Teilnehmer - darunter Studierende der genannten Universitäten sowie Gäste - an den
Universitäten und werden in Themenbereichen
wie beispielsweise „Gebirgsmechanik“, „Projektmanagement“ und „Rohstoffindustriebetriebslehre“ in englischer Sprache ausgebildet.
103
A) Mineralische Rohstoffgewinnung
Die Prozesse der untertägigen Gewinnung mineralischer Rohstoffe zur Deckung des weltweit
wachsenden Energie- und Rohstoffbedarfs sind
die Kernkompetenzen des BBK I. Die Rohstoffgewinnung umfasst alle Vorgänge zur Extraktion
mineralischer Rohstoffe aus der Erdkruste. Aktuelle Forschungsschwerpunkte liegen neben
der Erstellung von Machbarkeitsstudien insbesondere in den Bereichen Erschließung von
Lagerstätten, Aus- und Vorrichtung, Abbauplanung, Wettertechnik und Prozessoptimierung.
einen erheblichen Beitrag zum Bruttoinlandsprodukt leistet. Auch im direkten Umfeld der
Ha Long-Bucht, die seit 1994 zum UNESCO
Weltnaturerbe zählt und mit dem Tourismus
über eine bedeutende Einkommensquelle verfügt, befinden sich Steinkohlentagebaue, durch
deren Betrieb die Umwelt stark beeinträchtigt
wird. Weitere Probleme bereiten die durch den
Bergbau entstandenen Bergehalden: Die starken Regenfälle in der Monsunzeit haben
Böschungsrutschungen und Erosionen zur Folge, was die Haldenstabilität beeinträchtigt.
B) Nachhaltige Entwicklung im Rohstoffsektor
Vor dem Hintergrund der Orientierung wirtschaftlicher Tätigkeiten an dem Leitbild Nachhaltiger Entwicklung („Sustainable Development“) nimmt der Rohstoffsektor eine bedeutende Stellung ein, da die Versorgung mit mineralischen Rohstoffen teilweise mit gravierenden
Eingriffen in Ökosysteme verbunden ist. Die
aktuelle Forschung des BBK I umfasst neben
dem konzeptionellen Bereich der Entwicklung
von Nachhaltigkeitsindikatorensystemen (SDI)
verschiedene Projekte im Bereich Sanierung
und Nachfolgenutzung von Bergbaustandorten.
C) Rohstoffwirtschaft
Angesichts wachsender Nachfrage und steigender Rohstoffpreise bei gestiegenen Anforderungen an die ökologische und soziale Verträglichkeit von Rohstoffprojekten muss sich die Rohstoffindustrie neuen Herausforderungen stellen.
Das BBK I beschäftigt sich mit verschiedenen
Aspekten der nationalen und internationalen
Rohstoffwirtschaft, z.B. im Rahmen der Erstellung verschiedener Marktstudien.
D) Technologie und Wissenstransfer
Insbesondere die jährlich ausgerichteten Fachkolloquien der AIMS-Reihe (Aachen International Mining Symposia) haben sich in der Bergbaubranche zu einer weltweit anerkannten
Veranstaltungsserie entwickelt und zählen zu
den führenden Plattformen des internationalen
Knowhow-Transfers.
A) Haldensanierung und Staubminderung in Vietnam
Für Vietnam stellt der Steinkohlenbergbau
einen wichtigen Wirtschaftsfaktor dar, der
Das BBK I hat im Rahmen der „Research
Association Mining and Environment in Vietnam“ (RAME) die Federführung bei der Sanierung der Bergehalden sowie bei der Erarbeitung
von Staubminimierungskonzepten in der Region
übernommen. Die BMBF-finanzierten Projekte
waren auf jeweils drei Jahre angesetzt und wurden 2013 abgeschlossen.
B) Schneidende Lösetechnik
Schneidende Lösetechnik gehört aufgrund zahlreicher Vorteile, wie z.B. einer kontinuierlichen
Arbeitsweise, gebirgsschonendem Lösen und
geringem Personalaufwand, zu den produktivsten Gewinnungs- und Vortriebsverfahren im
Bergbau unter Tage.
Das BBK I führte eine Studie durch, die bei einer
eingehenden Untersuchung derzeitiger Abbauverfahren in ausgewählten Kalibergwerken der
K+S KALI GmbH ansetzte und mit der Anfertigung detaillierter Prozess- und Kostenanalysen
hinsichtlich der schneidenden Lösetechnik im
Jahr 2013 beendet wurde.
C) Machbarkeitsstudie „Vollflächiger
Abbau“ / Entwicklung von Konzepten
zur Festengewinnung
Zur Erhöhung des Nutzungsgrades von Rohstofflagerstätten ist es erforderlich, effiziente Abbauverfahren zu entwickeln, die auch gegenwärtig nicht verwertbare Rohstoffvorkommen
104
oder zurückgelassene Lagerstättenteile nutzbar
machen. Ziel der aktuell durchgeführten Studie
ist die Entwicklung von Konzepten zur
Festengewinnung sowie von Konzepten für ein
vollflächiges Abbauverfahren einschließlich
einer technischen und wirtschaftlichen Machbarkeitsuntersuchung im deutschen Kalibergbau.
D) I²Mine – Innovative Technologies
and Concepts for the Intelligent Deep
Mine of the Future
I²Mine ist eines der größten, laufenden F&EProjekte im Bergbaubereich. In dem Forschungsvorhaben sind insgesamt 10 Länder mit
27 Partnern aus Industrie, Universitäten und
Forschungsinstituten beteiligt. Die gesamte
Laufzeit beträgt vier Jahre.
Im „Bergwerk der Zukunft“ werden – verglichen
mit heutigen Tiefbaubetrieben – neue Gewinnungskonzepte erforderlich, denn nur „umwelteffiziente“ Bergwerke werden den Zugang zu
europäischen Lagerstätten verbessern, die
Wettbewerbsfähigkeit steigern, Europas Versorgung mit Rohstoffen nachhaltig sichern und
die Importabhängigkeit verringern. Hierzu
nimmt sich das I²Mine-Projekt speziell den Herausforderungen von Bergbau in großen Teufen
an.
Das BBK I bearbeitet im I²Mine-Konsortium zwei
Forschungsbereiche: Integrierte Abbau- und
Aufbereitungskonzepte werden entwickelt und
simuliert, um den Einsatz mobiler und abbaunaher Bergevorabscheidung in Verbindung mit
Versatz zu ermöglichen. Im Bereich Grubenrettungswesen werden Managementleitfäden
sowie technische Konzepte für langandauernde
Missionen zur Rettung verschütteter Bergleute
entwickelt.
E) Nachhaltige Nutzung komplexer
Salzlagerstätten
Im Rahmen einer interdisziplinären Studie werden am BBK I die Explorationsdaten eines Steinsalzbergwerkes der K+S AG in ein 3D-Lagerstättenmodell umgesetzt. Die intern komplex
deformierte Salzlagerstätte weist relativ reine
Steinsalzhorizonte auf, die aufgrund hoher Produktstandards bzw. fehlender Aufbereitungsmöglichkeit bisher nicht oder nur in sehr geringen Mengen mit abgebaut werden. Neben rein
geologischen Fragestellungen, wie u.a. der
Frage nach der Entstehung der internen Deformationsstrukturen und deren Zusammenhang
mit der Wertstoffverteilung, werden daher auf
Basis der Modellierungsergebnisse auch bergbau- und produktionsspezifische Fragestellungen bearbeitet; um ganzheitliche bzw. auf die
gesamte Prozesskette bezogene Konzepte für
eine nachhaltigere Nutzung der Lagerstätte zu
entwickeln.
F) Konventionelles Schachtabteufen:
Optimierung der Lade- und Förderarbeit
Das konventionelle Abteufen eines Tagesschachtes, also das Teufen mittels Bohr- und
Sprengarbeit, ermöglicht die Erschließung
untertägiger Rohstofflagerstätten. Der Zyklus
des konventionellen Teufverfahrens beinhaltet
die Prozessschritte Bohren, Sprengen, Laden
und Fördern sowie Einbringen von Gebirgssicherung und Ausbau. Den bei weitem größten
zeitlichen Anteil an der Gesamtzykluszeit haben
hierbei die Prozessschritte Laden und Fördern,
so dass hier im Hinblick auf eine Leistungssteigerung das größte Optimierungspotential liegt.
Ziel der Studie ist es, in Zusammenarbeit mit
Thyssen Schachtbau, die mechanisierten Ladeund Fördertechniken im konventionellen
Schachtbau zu optimieren bzw. teilweise durch
pneumatische Verfahren zu ersetzen, um dadurch eine Steigerung der Teufleistung zu erzielen.
105








Martens, Per Nicolai: Editorial. In: Fourth International Symposium Mineral Resources and Mine Development 22 - 23
May 2013 / RWTH Aachen University, Institute of Mining Engineering I. Cooperation partners Euromines ... [Hrsg.: P.
N. Martens]. - 1. Aufl. - Essen: VGE-Verl., 2013. - (Aachen international mining symposia : AIMS ; 12
Sakamornsngua, Kridtaya; Katz, Tobias; Kretschmann, Jürgen: Challenges for Adapting the Sustainable Development
Concept in Thailand’s Minerals Industry. In: SDIMI 2013 : Sustainable Development in the Minerals Industry ; 6th international conference ; 30 June - 3 July 2013, Milos Conference Center - George Eliopoulos, Milos Island, Greece. Santorini, Greece : Heliotopos Ltd., 2013. - (Milos Conferences). Art.: 652-658
Dammers, Markus; Schropp, Christian; Martens, Per Nicolai; Rattmann, Ludger; Robben, Christopher: Near-to-face
processing - An approach towards improved primary resource efficiency. In: SDIMI 2013 : Sustainable Development in
the Minerals Industry ; 6th international conference ; 30 June - 3 July 2013, Milos Conference Center - George Eliopoulos, Milos Island, Greece. - Santorini, Greece : Heliotopos Ltd., 2013. - (Milos Conferences).
Lehnen, Felix; Martens, Per Nicolai; Rattmann, Ludger: Evaluation of European mine rescue and its need for Internationalization. In: Fourth International Symposium Mineral Resources and Mine Development 22 - 23 May 2013 /
RWTH Aachen University, Institute of Mining Engineering I. Cooperation partners Euromines ... [Hrsg.: P. N. Martens].
- 1. Aufl.. - Essen: VGE-Verl., 2013. - (Aachen international mining symposia : AIMS ; 12).
Martens, Per Nicolai; Katz, Tobias; Özdemir, Ismet; Förster, Arne; Fuchsschwanz, Marakus: A Contribution to Sustainable Development in Vietnamese Hard Coal Mining by Mine Dust Mitigation and Waste Rock Dump Stabilization. In:
SDIMI 2013: Sustainable Development in the Minerals Industry ; 6th international conference ; 30 June - 3 July 2013,
Milos Conference Center - George Eliopoulos, Milos Island, Greece. - Santorini, Greece : Heliotopos Ltd., 2013. - (Milos
Conferences). Art.: 351-356
Katz, Tobias; Sommer, Karl Christoph; Martens, Per Nicolai: Developing and applying a methodology for the scientific
classification of publications on Carbon Capture and Storage (CCS). In: World of mining, surface & underground. Clausthal-Zellerfeld : GDMB-Verlag GmbH. Art.: 180-188
Martens, Per Nicolai; Rattmann, Ludger; Janßen, Sebastian; Kratz, Thorsten: Fortschritt und Innovation im Strebbau.
In: Mining + geo : Fachzeitschrift für Bergbau, Rohstoffe, Geotechnik und Tunnelbau. - Essen : VGE-Verl. Art.: 375-385
Martens, Per Nicolai [Hrsg.]: Rockbolting and rock mechanics in mining : seventh international symposium, 30-31 May
2012 / RWTH Aachen University, Institute of Mining Engineering I. [Hrsg.: P. N. Martens]. - Essen : VGE-Verl. 11 Aachen International Mining Symposia (AIMS), 2012. - 471 S., Ill. graph. Darst.


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
Aalto University, Helsinki, Finnland
Delft University of Technology, Delft,
Niederlande
European Technology Platform on Sustainable Mineral Resources (ETP SMR)
Fachvereinigung Auslandsbergbau und
internationale Rohstoffaktivitäten (FAB)
Montan-Universität Leoben, Leoben,
Österreich

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
Fachverband
Bergbaumaschinen
(VDMA)
HLRC Hjalmar Lundbohm Research Center SE (Steering Committee) Luleå,
Schweden
Research Association Mining and Environment in Vietnam (RAME)
Society of Mining Engineers (SME)
Society of Mining Professors (SOMP)
Promotionen
Caspeler, Klaus Peter: Entwicklung eines neuartigen Arbeitsverfahrens zum Entfernen asbesthaltiger
Beschichtungen nach arbeitswissenschaftlichen Kriterien unter Berücksichtigung berufsgenossenschaftlicher Vorgaben (2012)
Trappe, Thomas: Pasten Verfahren - Entwicklung eines neuen Verfahrens zum sicheren Entfernen
von asbesthaltigen Anstrichen" (2012)
Ahmad, Shakeel: A Contribution to Open Pit Hard Coal Mine Waste Rock Management - Comparing
Sidehill with Layered Dumping" (2013)
Sonstige; 2%
Kontakt
Institut für Bergbaukunde I (BBK I)
Wüllnerstraße 2
52072 Aachen
Telefon: +49 241 80-95667
Fax:
+49 241 80-92272
E-Mail: martens @bbk1.rwth-aachen.de
Homepage: http://www.bbk1.rwth-aachen.de
BMBF; 15%
Wirtschaft; 46%
EU; 37%
106
Lehrstuhl und Institut für Rohstoffgewinnung über Tage und Bohrtechnik
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Christian Niemann-Delius
Personal
PS*
Professor
1
Oberingenieur
1
DS**
1,5
2
4
1
10
* PS: Planstellen
In Lehre und Forschung widmet sich das Institut
für Rohstoffgewinnung über Tage und Bohrtechnik der übertägigen Gewinnung von Rohstoffen im Locker- und Festgesteinsbereich.
Besondere Bedeutung kommt der sozialen und
ökologischen Relevanz von Rohstoffprojekten
zu, welche im Hinblick auf eine Minimierung
des Ressourcenverbrauchs und der Umwelteinwirkungen nachhaltig zu gestalten sind.
Die Lehre ist traditionell stark praxisorientiert.
Auch die Forschungsschwerpunkte konzentrieren sich auf aktuelle projektbezogene Fragestellungen, durch deren Beantwortung innovative
Lösungskonzepte für die Rohstoffindustrie erarbeitet werden. Die Forschungstätigkeit wird
geprägt durch eine intensive Kooperation mit
Industrieunternehmen.
Als Forschungspartner trägt der Lehrstuhl zur
ständigen Fortentwicklung der Rohstoffindustrie bei.
A) Bachelor-/ Masterstudiengang Rohstoffingenieurwesen
Rohstoffingenieurwesen ist ein konsekutiver
ingenieurwissenschaftlicher Studiengang, der
mit dem Bachelor of Science (Regelstudienzeit 6
Semester) und dem darauf aufbauenden Master
of Science (Regelstudienzeit 4 Semester) abgeschlossen wird.
Das Studienangebot des Instituts unter Leitung
von Prof. Christian Niemann-Delius erstreckt
sich auf den gesamten Bereich der übertägigen
Rohstoffgewinnung. Beginnend mit den Grundlagenveranstaltungen der allgemeinen Tagebautechnik und Bohrtechnik, in denen das fachspezifische Basiswissen vermittelt wird, leistet der
Lehrstuhl mit Spezialveranstaltungen wie z.B.
„Raumplanung und Genehmigungsverfahren“,
„Tagebau, Umwelt und Wasser“ sowie „Tagebauplanung“ einen wesentlichen Beitrag zum
Studienangebot der Fachgruppe für Rohstoffe
und Entsorgungstechnik.
B) Studiengänge Angewandte Geographie und Wirtschaftsgeographie
Am Bachelor-/ Masterstudiengang Angewandte
Geographie und dem Masterstudiengang Wirtschaftsgeographie ist der Lehrstuhl mit den
Lehrveranstaltungen „Tagebau, Umwelt und
Wasser“, „In-situ Sicherung von Altlasten“, Planung, Bau und Betrieb übertägiger Deponien“
sowie „Raumplanung und Genehmigungsverfahren“ beteiligt. Das Institut für Rohstoffgewinnung über Tage und Bohrtechnik erbringt
hiermit einen Beitrag zu einem nachhaltigen
Umweltmanagement und den Aufgaben der
Raumplanung, welche u.a. für den Aspekt der
langfristigen Rohstoffsicherung von besonderer
Bedeutung ist.
C) Entsorgungsingenieurwesen
Im Rahmen des Bachelor- / Masterstudiengangs
Entsorgungsingenieurwesen bietet der Lehrstuhl die Veranstaltungen „Planung, Bau und
Betrieb übertägiger Deponien“, „In-situ Sicherung von Altlasten“ sowie „Tagebau, Umwelt
und Wasser“ an.
„Tagebau, Umwelt und Wasser“ wird auch für
den interdisziplinären Studiengang Georessourcenmanagement sowie den neu eingeführten
Studiengang Umweltingenieurwesen angeboten.
A) Prozessoptimierung
Die Gewinnung von Rohstoffen ist eine Kette
von Einzelprozessen, welche durch komplexe
Wirkungszusammenhänge miteinander ver-
107
knüpft sind. Bergbauliche Vorhaben heben sich
von anderen Industrieprojekten durch bestimmte Charakteristika deutlich ab. Dazu zählt unter
anderem eine besondere Standortgebundenheit durch die Lagerstätte.
Eine ständige Optimierung der Einzelprozesse
und des gesamten Vorgangs der tagebaulichen
Rohstoffgewinnung ist aus Gründen der Nachhaltigkeit aber auch der Wirtschaftlichkeit notwendig. Die Ableitung wirksamer Maßnahmen
und die Erschließung von Optimierungspotentialen erfordern aus den genannten Gründen
eine ganzheitliche Betrachtungsweise.
Die vom Lehrstuhl untersuchten Aspekte erstrecken sich von der Gewinnungstechnologie über
die Folgenutzung der in Anspruch genommenen
Flächen bis hin zu genehmigungsrechtlichen
Restriktionen und der Rohstoffvermarktung.
B) Erfassung und Bewertung von Emissionen
Die übertägige Rohstoffgewinnung ist naturgemäß mit erheblichen Eingriffen in die Landschaft und Emissionen unterschiedlichster Art
verbunden. Sie steht daher, nicht nur in dicht
besiedelten Gebieten, in zunehmendem Maße
in der öffentlichen Kritik. Innerhalb dieses Themenfeldes forscht der Lehrstuhl hinsichtlich der
faktischen Umweltrelevanz des einzelnen Gewinnungsbetriebes. Sind Emissionen nachgewiesen, entwickelt der Lehrstuhl Maßnahmen
zur Emissionsminderung und überprüft diese im
Hinblick auf ihre Wirksamkeit.
C) Lagerstättenmodellierung und Bewertung
Eine möglichst realitätsnahe Modellierung und
Visualisierung von Lagerstätten basierend auf
Explorationsdaten ist die Grundlage unternehmerischer Entscheidungen in der Rohstoffindustrie.
Darüber
hinaus
stellt
die
Lagerstättenmodellierung die Basis der bergmännischen Planungen und Tätigkeiten dar.
Neben der Anwendung von etablierter Planungssoftware auf einzelne Problemstellungen
entwickelt der Lehrstuhl neue Konzepte zur
Planung einer erlösoptimierten Rohstoffgewinnung.
Zum Einsatz gelangen hier erstmalig metaheuristische Algorithmen, die es erlauben dreidimensionale Lagerstättenmodelle, Abbaustände
und Massenbilanzen mit geringer Rechenzeit zu
generieren.
A) Feinstaubmessungen und Ausbreitungsrechnungen in Steine und Erden
Betrieben
Spätestens nach der Umsetzung der europäischen Luftreinhaltepolitik in nationales Recht
sind auch Tagebaubetriebe als potentielle Feinstaub-Emittenten in den Fokus der Öffentlichkeit gerückt. Neben der Überwachung der Feinstaub-Immissionen steht die Frage nach den
Verursachern im Vordergrund.
Feinstaubmessungen ergeben nur punktuelle
Daten. Für weitergehende Beurteilungen müssen diese aber für ganze Flächen vorliegen. Eine
gute Methode stellen in diesem Zusammenhang
Ausbreitungsrechnungen dar.
Grundlage der Ausbreitungsberechnungen sind
Messkampagnen, die zunächst die Quellstärken
potentieller Emittenten erfassen. Das Ausbreitungsmodell simuliert deren Wirkungsbereich.
Dies geschieht in einem beliebig groß gerasterten Rechengitter und zeigt die zu erwartende
Feinstaubkonzentration in den gewünschten
Abständen zur Quelle als stündliche Werte. Auf
diese Weise können Tages-, Wochen- sowie
Jahresgänge der Feinstaubbelastung erfasst und
bei Bedarf direkt mit den meteorologischen
Verhältnissen verglichen werden.
Im Mittelpunkt der Untersuchungen stehen
nicht nur die kleinräumige Erfassung von Immissionen und die Simulation ihrer Ausbreitung,
sondern auch die Fragen:
 Woher kommt der Feinstaub und
wer ist der Verursacher?

Inwieweit tragen Tagebaue insgesamt zur Feinstaubbelastung bei?

Welche Betriebsteile bzw. Produktionsprozesse sind als besonders
kritisch einzustufen?

Welche
emmisionsmindernden
Maßnahmen können getroffen
werden und wie wirken sie?
Zur Klärung dieser Sachverhalte gehört zunächst
eine genaue Prüfung der Vorortsituation zur
Einschätzung der Vorbelastung sowie des Emissionspotenzials eines Untersuchungsgebietes.
Parallel zu den Staubmessungen werden örtliche klimatische Daten wie Temperatur, Windstärke und -richtung, Luftfeuchte etc. dokumentiert. Bei den Staubmessgeräten handelt es sich
um Aerosol-Spektrometer. Diese erfassen die
PM10-, PM2,5- und die PM1- Konzentrationen
108
in bis zu 15 Partikelgrößenkanälen. Die Messwerte geben die Quellstärke wieder und bilden
die Grundlage für Ausbreitungsrechnungen
nach den gesetzlichen Vorgaben.
Durch diesen methodischen Ansatz und die
Realisierung von Untersuchungsprogrammen
vor Ort werden sich wissenschaftlich fundiert
Antworten auf die genannten Fragestellungen
finden lassen. Diese bilden die Grundlage für
eine sachliche Diskussion zur Feinstaubproblematik innerhalb des Bereiches der Rohstoffgewinnung über Tage.
B) Green Quarry – Potenzialanalyse
zum Einsatz kontinuierlicher Fördertechnik in deutschen Festgesteinstagebauen
Steine und Erden sind Rohstoffe deren wirtschaftliches Potenzial sich aus der Gewinnung
und Verarbeitung großer Massen ergibt. Da
diese Massen im Tagebau meist über einige
hundert Meter vom Abbaubetriebspunkt bis
zum Förderbezugspunkt transportiert werden
müssen, kommt dem innerbetrieblichen Transport im Festgesteinstagebau eine besondere
Bedeutung zu. Mit einem Energieaufkommen
von 9%, bezogen auf den Bruttoproduktionswert, stellt die Festgesteinsgewinnung eines der
energieintensivsten produzierenden Gewerbe in
Deutschland dar. Der innerbetriebliche Transport macht zudem 50% der Gesamtkosten und
40% des gesamten Energiebedarfs bei der Gewinnung von Festgesteinen aus.
Im Gegensatz zu diskontinuierlich arbeitenden
Transportgeräten, wie Muldenkippern, arbeitet
die Bandförderanlage Elektromotoren. Bandförderanlagen weisen nur ein Fünftel des spezifischen Energiebedarfs pro geförderte Tonne
gegenüber Muldenkippern auf. Somit können
die CO2-Emissionen im innerbetrieblichen
Transport um 49,5% reduziert und lokal sogar
komplett vermieden werden.
Der Großteil der Tagebaue, in denen die Gewinnung von Festgesteinen stattfindet, ist von
vergleichsweise geringer Größe. Ebenso verhält
es sich mit dem Umfang der jährlichen Fördertonnage. Solche Einsatzbedingungen sprechen
grundsätzlich gegen den Einsatz kontinuierlicher
Fördertechniken. Die wirtschaftlichen und technischen Einsatzbeschränkungen für kontinuierliche Fördertechniken, welche die Anwendung
von Bandförderanlagen beinahe ausschließlich
auf den Einsatz im Lockergestein beschränkten,
basieren jedoch auf Daten und Erfahrungen aus
frühen Anwendungen dieser Technologien. Der
technologische Fortschritt im Allgemeinen und
im Besonderen die technische Weiterentwicklung mobiler Brechereinheiten in den letzten
zwei Jahrzehnten haben jedoch indes, zumindest aus technischer Sicht, den Einsatzbereich
kontinuierlicher Fördertechniken erweitert und
so auch Potenziale zum Einsatz in Festgesteinstagebauen geschaffen. Die Frage die offen
bleibt ist jedoch, ob es grundsätzlich und, wenn
ja, unter welchen Einsatzbedingungen, auch
wirtschaftlich möglich ist kontinuierliche Fördertechniken in Festgesteinstagebauen einzusetzen.
Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens ist es, ökonomische und ökologische Potenziale durch den Einsatz kontinuierlicher Fördertechniken in Festgesteinstagebauen zu
quantifizieren und den Betreibern deutscher
Festgesteinstagebaue die Möglichkeit zu geben,
diese Potenziale fallspezifisch erkennen und
ausschöpfen zu können. Zu diesem Zweck wird
ein Einsatz-Guide erstellt und ein Kalkulationstool entwickelt, welche diese Potenziale beziffern und Empfehlungen zum Einsatz der, je nach
Anforderung, geeigneten Betriebsmittel in der
richtigen Konstellation geben. Das enorme wirtschaftliche Risiko durch die Umrüstung des kostenintensivsten Prozessschritts der Festgesteinsgewinnung kann so von den betroffenen
Unternehmen genommen werden. Dies ermöglicht diesen, durch den Einsatz von kontinuierlichen Fördermitteln, unerschlossenes wirtschaftliches und ökologisches Potenzial zu beanspruchen.
Zur Erschließung und Umsetzung der beschriebenen Potenziale müssen einige Herausforderungen bewältigt werden. Um diese strukturiert
angehen zu können, werden im Forschungsvorhaben die folgenden Handlungsfelder bearbeitet:
• Analyse und Typisierung verschiedener Festgesteinstagebaue
• Analyse technologischer Gegebenheiten und Einsatzplanung
• Wirtschaftliche und ökologische
Kalkulation und Verfahrensvergleich
• Erstellung eines Bewertungstools
und eines Einsatz-Guides
• Verifizierung der Ergebnisse und
Erweiterung des Betrachtungsbereichs
109
•
Verallgemeinerung und Verbreitung
der Ergebnisse
Um die Übertragbarkeit der theoretisch erarbeiteten Ergebnisse auf den praktischen Anwendungsfall zu sichern, werden auf Grundlage einer Industriekooperation herausgearbeitet. Die technologische Planung für spezifische Betrachtungsfelder wird durch entsprechende Kooperationspartner unterstützt. Die Planung im Bereich
Brechertechnologie und Fördertechnik wird von
der Metso Minerals (Deutschland) GmbH validiert
und die Berechnung und Quantifizierung der erforderlichen Sprengparameter wird von Movement and Blasting Consulting begleitet.
C) Entwicklung eines Betriebskonzeptes für Surface Miner mit Bandanlage
Die wirtschaftlichste Methode, um Rohstoffe im
Tagebau zu transportieren, ist die Nutzung von
Bandanlangen. Ein auf Schwerlastkraftwagen
(SKW) basierendes System ist zwar hinsichtlich
der Gestaltung von Förderwegen und Schwankungen der Förderkapazität flexibler, jedoch
sind die Kosten für Wartung & Instandhaltung
sowie die Personalkosten für dieses Transportsystem deutlich höher.
Als mobiles selektives Gewinnungsgerät arbeitet der Surface Miner bisher ausschließlich in
Kombination mit SKWs.
Damit die Vorteile von Bandanlagen auch in
Kombination mit dem Surface Miner zur Gel-
tung kommen, wird ein Bandkonzept entwickelt, welches ähnliche Mobilität gewährleistet.
Als Vorbilder können mobile Bandanlagen aus
dem Untertagebereich dienen. Diese können
nach entsprechenden Änderungen auch im
Tagebaubetrieb eingesetzt werden.
Der Fokus liegt zusätzlich auf der Entwicklung
eines Abbausystems, welches den Betrieb einer
Bandanlage ermöglicht ohne dabei die Produktivität des Surface Miners zu beeinträchtigen.
Um dieses umzusetzen werden sowohl an der
Bandanlage als auch am Surface Miner erhebliche bauliche Veränderungen vorgenommen.
Auslegerlänge und -anstellung sowie die Querstabilität des Surface Miners müssen angepasst
werden. Die mobile Bandanlage wird hinsichtlich Transportkapazität, Beweglichkeit im Tagebau, Schieflageverhalten und Fahrgeschwindigkeit verändert, um nur einige Beispiele zu nennen.
Neben den gerätetechnischen Veränderungen
wird das Zusammenspiel zwischen Bandanlage
und Surface Miner verändert, indem die verschiedenen Positionen der beiden Geräte zueinander innerhalb des Abbausystems analysiert
und optimiert werden.
Die Fähigkeit von Surface Minern Lagerstätten
mit geringen Wertmineralgehalten und Wechsellagerung abzubauen, wird durch die Kombination mit Mobilbandanlagen weiter gesteigert.
110

Bai, Fuchen; Niemann-Delius, Christian 2012. „Untersuchung zur Bewertung der nachhaltigen Entwicklung der Kohleindustrie Chinas. Mining Geo - Fachzeitschrift für Bergbau, Rohstoffe, Geotechnik und Tunnelbau, Heft 1/2012, S. 4352, ISSN: 2193-9810

Vossen, Peter; Niemann-Delius, Christian, 2011. „Vermarktungsmöglichkeiten von Feinkorn aus Betrieben der Steine
und Erden Industrie“, 10. Baustoffkolloquium, 8.bis 9.März 2011, Brandenburgische Technische Universität Cottbus,
Fachgebiete Baustoffe/Bauchemie und FMPA
Böhner, Rebeca; Niemann-Delius, Christian; Hennig, Alexander, 2011. „The use of salt solutions to reduce PM10 on
paved roads in open-pit mining“, World of Mining-Surface & Underground, Heft 5 (2011), ISSN 1613-2048, S. 275-279
Hennig, Alexander, 2011.„Energieeffizienz in Festgesteinstagebauen – eine Potentialanalyse“, Bergbau - Zeitschrift für
Rohstoffgewinnung, Energie, Umwelt, Heft 8 (2011), S. 346-348, ISSN 0342-5681
Hennig, Alexander; Niemann-Delius, Christian; Skrypzak, Thorsten, 2011. „Festgesteinsgewinnung im Tagebau vs.
Kombination von Tagebau und Tiefbau – Eine Kostenbilanz“, Glückauf - die Fachzeitschrift für Rohstoff, Bergbau und
Energie, Heft 9 (2011), S. 403-410, ISSN 0340-7896
Niemann-Delius, Christian; Sattarvand, Javad, 2011. „A new Multi-objective Long-Term Open-Pit Production planning
in non-metallic industrial mineral open pits”, 22. World Mining Congress (WMC), Istanbul, 11. bis 16. September 2011
Niemann-Delius, Christian; Sattarvand, Javad, 2011. „A New Metaheuristic Algorithm for Long-Term Open Pit Production Planning“, 35th APCOM Symposium/Wollongong, NSW, 24. bis 30. September 2011
Sattarvand, Javad, 2011. „Optimized production planning in non-metallic industrial mineral open pits“, 20th International Symposium on Mine Planning and Equipment Selection (MPES 2011), 12. – 14.10. 2011, Almaty (Kasachstan)
Hennig, Alexander; Niemann-Delius, Christian; Skrypzak, Thorsten, 2010. „Festgesteinsgewinnung im Tagebau vs.
Kombination von Tagebau und Tiefbau - Eine Energiebilanz“, Glückauf (4/2010) 146, 159-163, ISSN 0340-7896
Niemann-Delius, Christian; Ranft, Henning, 2010. „Surface Miner application in Australian iron ore - Past till present”,
10th International Symposium Continuous Surface Mining, 13. bis 15. September 2010, TU Bergakademie Freiberg, S.
154-157, ISBN 978-3-86012-406-2
Niemann-Delius, Christian; Böhner, Rebeca, 2010. „Untersuchungen zur PM10-Minderungswirkung von Salzlösungen
auf Fahrwegen im Tagebau“, 10th International Symposium Continuous Surface Mining, 13. bis 15. September 2010,
TU Bergakademie Freiberg, S. 381-384, ISBN 978-3-86012-406-2












Deutscher Braunkohlen-Industrie-Verein e.V.
(DEBRIV)
Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft,
Abwasser und Abfall e.V.
Forschungsvereinigung Mineralische Rohstoffe
e.V.





Gesellschaft für Bergbau, Metallurgie, Rohstoffund Umwelttechnik e.V. (GDMB)
Ring Deutscher Bergingenieure e.V. (RDB)
Deutscher Hochschulverband
Umwelt-Forum der RWTH Aachen
Aachener Kompetenzzentrum für Ressourcentechnologie AKR e.V.
Promotionen

Böhner, Rebeca: Untersuchungen zur Feinstaubbelastung durch Tagebaue der Steine- und Erdenindustrie (2013)
Kontakt
Fachgruppe für Rohstoffstoffe und
Entsorgungstechnik
Lehrstuhl und Institut für Rohstoffgewinnung
über Tage und Bohrtechnik
Lochnerstraße 4-20
52064 Aachen
Telefon: 0241 / 80 95683
Fax:
0241 / 80 92250
Homepage: www.bergbaukunde.de
Wirtschaft; 27%
Sonstige; 57%
EU; 16%
111
Institut für Maschinentechnik der
Rohstoffindustrie
Ergänzt wird das Angebot durch zahlreiche
fachspezifisch vertiefende Veranstaltungen wie
z.B. Betriebsmittel für die Rohstoffgewinnung,
Automatisierung im Untertagebergbau, Antriebstechnik des Schwermaschinenbaus, Anlagenüberwachung und Instandhaltung sowie
Maschinentechnische Planung von Betriebspunkten. Einzelne Veranstaltungen werden
auch über die Aachen International Academy
angeboten.
Auch in der Lehre setzen wir auf innovative
Konzepte. Beispielhaft sei hier das Exploratory
Teaching Space Projekt „Der intelligente Umdruck“ genannt.
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Karl Nienhaus
A) Überwachung, Diagnose, Instandhaltung
Personal
PS*
DS**
Professor
1
Oberingenieur
1
Akad. Dir., Akad. Oberrat
3
5
18
8
1
0
1
16
13
* PS: Planstellen
Seit mehr als 60 Jahren lehrt und forscht das
Institut für Maschinentechnik der Rohstoffindustrie (IMR) auf den Gebieten der Maschinen
und Anlagen für die Rohstoffgewinnung und die
Hüttenindustrie sowie an der Entwicklung innovativer Lösungen für industrielle Problemstellungen. Eine Mischung aus Grundlagenforschung, zahlreichen Praxisprojekten und interdisziplinären Kooperationen mit Universitäten
und Forschungseinrichtungen als auch mit industriellen Kooperationspartnern sind dabei
unser Erfolgsrezept.
Die Lehre am IMR hat eine große Bandbreite
und Bedeutung. Das Angebot umfasst Grundlagenveranstaltungen, wie Technische Darstellungen und Pläne, Grundlagen der Mechanik, Allgemeine Maschinenkunde und Grundlagen der
elektrischen Maschinen. Die Inhalte sind dabei
besonders auf die Schwer- und Sondermaschinen des Bergbaus und des Hüttenwesens ausgerichtet.
Betriebsmessungen an Schwermaschinen und
Anlagen aus der Praxis sind im IMR gleichzeitig
Basis für Problemlösungen und wissenschaftliche Erkenntnis. „Wireless Sensing“ ist der jüngste Bereich der Forschung, in dem autarke Sensor Systeme entwickelt werden, die auch unter
schwierigsten Bedingungen Belastungsmessungen durchführen. Langjährige wissenschaftliche
Erfahrung liegt auf dem Gebiet der Körperschall- und Schwingungsdiagnose vor.
Zahlreiche Prüfstände für Maschinenkomponenten ermöglichen gezielte Ergänzung der
Feldversuche und Verifizierung von Simulationsergebnissen. Die Schnittstelle der Überwachung und Diagnose zur Instandhaltung wird
durch die messwertgestützte Simulation des
Betriebsverhaltens und die Einbindung in
Instandhaltungs-Planungs-Systeme
gebildet.
Ersatzteilmanagement, Dokumentationen und
elektronische Kataloge sind ein weiteres Arbeitsgebiet.
B) Modellierung und Simulationen
Einen großen Umfang nimmt die dynamische
Simulation elektrischer und mechanischer Antriebssysteme für Schwermaschinen des Bergbaus und der Hüttentechnik ein. Ergänzt wird
dieser Bereich durch die MehrkörperSimulationen von kinematischen und kinetischen Systemen, wie z.B. Auslegerkinematik von
Baggern und Raupenfahrwerken.
Simulationssysteme zur Optimierung der Produktionskapazität von Gewinnungsbetrieben
und 3D-basiertes Infrastruktur- und Informationsmanagement für den Bergbau sind die
112
Schwerpunkte der Entwicklungen für die operative Ebene der Unternehmen.
C) Sensorik und Automation
Die "Informatisierung" des Rohstoffgewinnungsprozesses beginnt beim ersten Kontakt
mit der Lagerstätte und verfolgt die Idee des
"Smart Mining", insbesondere bei der Gewinnung. Sie ist als Element des Zukunftsprojekts
"Industrie 4.0" zu sehen sowie ein wesentlicher
Beitrag zu nachhaltigen Gewinnung und Nutzung von Rohstoffen. Der Schwerpunkt der Arbeit des IMR liegt in diesem Bereich in der Erarbeitung von Konzepten für die Entwicklung von
autonomen und trennscharfen Gewinnungssystemen und der Entwicklung der dazu notwendigen Sensorik-Elemente: Navigation von autonomen Geräten im untertägigen Bergbau, Online-Materialerkennung und -analyse an Gewinnungs- und Fördergeräten durch Sensorsysteme, wie z.B. laserinduzierte Fluoreszenz, laserinduzierte Plasma-Spektroskopie, InfrarotSpektroskopie und andere mechanische und
elektrische Verfahren, Überwachung des Umfeldes von fahrenden und bewegten Maschinen
durch Radarsysteme, IR- "Time of Flight" Kameras, Laser-Systeme und zahlreiche weitere Verfahren.
D) Schneidtechnik
Die Arbeitsgruppe Schneidtechnik forscht im
Bereich der maschinentechnischen Gewinnung
mineralischer Rohstoffe und ermittelt dabei die
beim Gewinnungsprozess wesentlichen Einflussgrößen und beschreibt diese modellhaft.
Durch die Entwicklung neuartiger robuster Sensorsysteme gelingt es, bisher nicht zugängliche
Informationen aus der Interaktion von Werkzeug und Rohstoff sowie den daran beteiligten
Maschinenkomponenten zu erfassen. Auch hier
ist die "Informatisierung" des Prozesses die
Triebfeder der neueren Forschung. Ein wesentliches Optimierungsproblem bei Methoden und
Maschinen der schneidenden Gesteinszerkleinerung ist die Maximierung des Lösemassenstroms bei minimalem Energieaufwand sowie
möglichst hohem Wertstoffgehalt und möglichst geringer Verschleiß der Werkzeuge. Daneben ist die Materialerkennung des Schneidgutes und die Überwachung von Prozessparametern, z.B. Werkzeugverschleiß durch neuartige Sensortechnologien und Auswerteverfahren
ein Entwicklungsziel.
A) I²Mine
I²Mine („Innovative Technologies and Concepts
for the Intelligent Deep Mine of the Future)
steht für Entwicklungsaktivitäten, die den traditionellen Bergbau reformieren. Neue Konzepte
sollen zukünftig die kompletten bergwerklichen
Prozesse, inklusive der Aufbereitung, untertage
und mit erheblich reduzierter Emission ablaufen
lassen.
Das IMR beteiligt sich an der Entwicklung von
Technologien und Methoden zur selektiven
Gewinnung und Umfelderfassungssystemen zur
Erhöhung der Sicherheit und Produktivitätssteigerung.
I²Mine ist mit insgesamt 26 Partnern aus 10
Ländern der EU eines der größten FuE Projekte
aus dem Bergbaubereich, das jemals durch das
7. Rahmenprogramm der Europäischen Union
finanziert wurde. (Projekt Nr. 280855)
B) SESI
Das Forschungsprojekt SESI befasst sich mit der
Integration von Zustandsüberwachung und
Echtzeit-Simulation zur Bauteilzustandsprognose in der Instandhaltung im Sinne eines „selbstlernenden Systems“. Zur effizienten Nutzung
der Informationen erfolgt, in Kooperation zwischen IMR und dem Forschungsinstitut für Rationalisierung (FIR) an der RWTH Aachen, die
Entwicklung eines Planungs- und Steuerungskonzeptes für den Bereich der Instandhaltung.
Die in Prüfstandsversuchen gewonnenen Erkenntnisse und verifizierten Methoden zur Modellerstellung und Zustandsbewertung werden
anschließend im betrieblichen Umfeld eines
KMU zur Demonstrationsreife gebracht. Dabei
steht die vereinfachte Methodik zur Modellerstellung und Implementierung eines aus der
Anlagenhistorie lernenden Systems basierend
auf Rückmeldungen von Wartungs- und
Instandhaltungsaufträgen aus einem Instandhaltungsplanungssystems (IPS) im Forschungsfokus des IMR.
Das IGF-Vorhaben 17650 N / 2 der Forschungsvereinigung Forschungsinstitut für Rationalisierung e.V. - FIR an der RWTH Aachen wird über
die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung
(IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft
und Technologie gefördert.
C) i-MaSS
113
Die Vorhersage der Lebensdauer von Maschinen ist bedeutsam, um Schäden und den damit
verbundenen vollständigen Systemstillstand zu
vermeiden. Die in der Praxis bisher etablierte
telemetrische Messsensorik wird zum Erfassen
der realen Betriebsbelastungen bei diesem Projekt auf einem einzigen elektronischen Bauteil
untergebracht und kann unter anderem Lasten
identifizieren, speichern sowie deren Spektren
klassieren. Der Nachteil der konventionellen
Messmethodik ist die unflexible und anfällige
Verbindung per Kabel zur Auswerteapparatur.
Damit beschränkt sich der Einsatzbereich dieser
Technik schon auf wenige spezielle Anwendungen. Der i-MaSS-Sensor ist auf Basis von Mikrosystemtechnik entwickelt worden und benötigt
nur ein Minimum an Einbauvolumen und keinerlei Verkabelung. Erste Messungen mit einem
Sensorprototyp in den vier Anwendungsfällen
lieferten bereits vielversprechende Ergebnisse.
Gefördert wird das Projekt durch die Ziel2 Förderplattform des Landes NRW mit Mitteln der
EU.
D) LEX
Um die Automatisierung der Steuerung von
Gewinnungsmaschinen voranzutreiben, beschäftigt sich das IMR unter anderem damit,
bekannte Technologien, die im Labor bereits
zum Stand der Technik gehören, auf ihre Eignung an Gewinnungsmaschinen zu untersuchen. Eine Möglichkeit ist es, die laserinduzierte
Plasmaspektroskopie (LIBS) zu nutzen, um die
stoffliche Zusammensetzung des gewonnenen
Stoffstroms zu ermitteln. Im Umkehrschluss
bedeutet dies auch, dass eine Identifizierung
von z.B. Kohle und Nebengestein grundsätzlich
möglich ist. Diese Informationen können dazu
verwendet werden, die Steuerung der Gewinnungsmaschine zu beeinflussen.
Aufgrund der besonders hohen Gefahr von
Schlagwetter (CH4) in untertägigen Steinkohlebergwerken ist diese Nutzung jedoch nicht ohne
besondere konstruktive Maßnahmen möglich,
da für die Untersuchung mit LIBS ein gepulster
Laser verwendet wird, der die Zündenergie von
Methan weit überschreitet. Daher wurde im
Rahmen des DFG-Projekts mit der Kennziffer
NI 631/2-1 eine Konstruktion entwickelt, mit
der das zu analysierende Material zunächst in
eine explosionsgeschützte Kapselung transportiert und eine mögliche Explosion am Streb unterbindet. Im Rahmen von Versuchen wurden
Parameter für den Stofftransport in eine explosionsgeschützte Kapselung ermittelt und der
Prüfstand sukzessive angepasst.







Nienhaus, Karl; Bartnitzki, Thomas; Fietz, Nina (2013). Studies on the feasibility of laser-induced breakdown spectroscopy in explosion proof atmospheres. IFAC MMM 2013 International Symposium : 15th IFAC Symposium on
Control, Optimization and Automation in Mining, Mineral and Metal Processing ; 25-28 August 2013 in San Diego,
Calif.. - Laxenburg : IFAC, S. 22.
Hilbert, Marc; Schütz, Markus; Boos, Domenic; Bernet, Christian; Baltes, Ralph; Bartnitzki, Thomas; KleineRüschkamp, Lydia; Küch, Christiane; Jacek, Andreas; Nienhaus, Karl (2013). i-MaSS: Approach for Vibration Measurements on Rotating Machine Parts in Gearboxes of Wind Turbines. 26th International Congress on Condition
Monitoring and Diagnostic Engineering (COMADEM 2013), 11–13 June 2013, Helsinki, Finland.
Klein, Christopher; Emmerich, Christian; Nienhaus, Karl (2013). Acoustic Emission und Körperschall in der Wälzlagerdiagnose als Konkurrenten und Partner. 3. VDI-Fachtagung Schwingungsanalyse & Identifikation 6.-7.3. 2013.
Düsseldorf VDI-Verl., S. 55-66.
Nienhaus, Karl; Hilbert, Marc (2012). Thermal analysis of a wind turbine generator by applying a model on real
measurement data. Applied Measurements for Power Systems (AMPS), 2012 IEEE International Workshop on, 2628 Sept., S. 1-5.
Nienhaus, Karl; Berg, Jan; Hahn, Martin; Neumann, Kai; Warcholik, Manuel; Zingsheim, Moritz (2012). Survey of
Novel Sensor Technologies for Underground Mining Apllications. 21th International Symposium on Mine Planning
and Equipment Selection 2012. - Irvine, CA, USA : The Reading Matrix Inc., S. 472 - 488.
Nienhaus, Karl; Bartnitzki, Thomas; Kuchinke, Christoph (2012). Overview of methods and machinery for rock fracturing in the mining industry. 4. Internationales Kolloquium zur sprengstofflosen Gesteinsgewinnung, TU Bergakademie Freiberg, 14. – 17.11.2012 Ort: Freiberg.
Nienhaus, Karl; Boos, Franz Domenic; van den Heuvel, Bruno (2012). Development of a parameter for the speed
control of belt conveyors based on the frequency and nature of varying operational conditions. World of mining,
surface & underground, (64), S. 285 - 294.


Corporate Research Centre for
(CRCMining), Australien
FVI, Forum Vision Instandhaltung e.V.
Mining


Gesellschaft für Bergbau, Metallurgie, Rohstoffund Umwelttechnik (GDMB)
VDMA, Fachvereinigung Bergbaumaschinen
114



Bundesverband WindEnergie e.V.(BWE)
Universität Brasov (Kronstadt)
European Technology Platform on Sustainable
Mineral Resources (ETP SMR)

Australian Commonwealth Scientific and Research Organization (CSIRO), Australien
Promotionen
Vijayakumar, Nandhakumar: Computer based Prototype of Heavy Duty Drive Systems by Electromechanical Co-simulation" (2012)
Gaastra, Marina: Online-Elementanalyse in der Rohstoffgewinnung - Entwicklung und Konzeptionierung
von Anwendungen der laserinduzierten Plasmaspektroskopie zur Echtzeitbestimmung mineralischer
Rohstoffe am Beispiel unterund übertägiger Gewinnungsgeräte" (2012)
Hahn, Martin Hermann: Abbildendes Radarsystem für die Rohstoffindustrie" (2013)
Kontakt
Institut:
Anschrift:
Anschrift:
Telefon:
Fax:
E-Mail:
Homepage:
Sonstige; 24%
IMR, Institut für Maschinentechnik
der Rohstoffindustrie
Wüllnerstrasse 2
52056 Aachen
+49 241 8095680
+49 241 80 92311
[email protected]
http://www.imr.rwth-aachen.de
DFG ohne SFB;
6%
Wirtschaft; 45%
BMBF; 1%
EU; 24%
115
Institut für Aufbereitung und Recyling
Univ.-Prof. Dr.-Ing.
Thomas Pretz
Personal
PS*
Professor
1
Oberingenieur
1
3
4
DS**
13
1
25
* PS: Planstellen
Das Institut für Aufbereitung und Recycling lehrt
und forscht auf dem Gebiet des Recyclings sowie der Aufbereitung auch komplex zusammengesetzter Rückstandsgemische. Lehre und Forschung sind an der Praxis von mechanischer
Abfallbehandlung und Recyclingprozessen ausgerichtet. Wir erklären die Zusammenhänge
zwischen stofflichen Eigenschaften von Gemischen und den zu ihrer Trennung eingesetzten
Prozessen, bewerten Prozesse hinsichtlich ihrer
Effizienz, Recyclingprodukte in ihrer Qualität
und vollständige Prozessketten von der Rohstoffgewinnung bis zum sekundären Rohstoff
bezüglich ihrer ökologischen Effekte.
Unser Lehrangebot umfasst folgende Fächer:
a) Aufbereitung fester Abfallstoffe und Recyclingtechnologien
b) Rohstoffe und Recycling
c) Biologische Abfallbehandlung
d) Planung von Abfallbehandlungsanlagen
e) Sensortechnik in der Rohstoffwirtschaft
f) Modellierung von Aufbereitungsprozessen
g) Metallrecycling
h) Kunststoffrecycling (LA)
i) Papierrecycling (LA)
Die Lehrangebote richten sich sowohl an Bachelor- als auch Masterstudierende aus den Studiengängen Umweltingenieurwissenschaften, Entsorgungsingenieurwesen (auslaufend) und Rohstoffingenieurwesen. Hörer aus den Studiengängen Georessourcenmanagement, Wirtschaftsgeographie und Maschinenbau (Verfahrenstechnik) werden ebenfalls angesprochen.
In den Masterkursen liegt der Schwerpunkt in
der selbständigen Bearbeitung komplexer ingenieurtechnischer Aufgaben durch die Studierenden, die intensiv durch die Lehrenden betreut werden.
A) Sensortechnik zur Sortierung, Rohstoffansprache und Prozesssteuerung
Der Einsatz von Sensoren zur Messung von
Stoffmerkmalen sowohl mit Transmissions- als
auch mit Reflektionsverfahren ist in der Aground Lebensmittelindustrie seit langem erprobt.
In angepasster Ausführung stellt die Technologie auch die Grundlage für moderne Recyclingverfahren dar. Da stoffliche Eigenschaften von
modernen Werkstoffen durch Legierungen,
Compoundierungen, Multilayerkonzepte und
Mehrkomponentensysteme immer komplexer
werden, steigen die Anforderungen an sensorische Erkennungssysteme stetig. Hier setzt unser
Beitrag an: komplexe Materialien sensorisch zu
erkennen und diese Möglichkeit zur Sortierung
von Stoffgemischen so einzusetzen, dass hochwertige und weitgehend sortenreine Rezyklate
als Rohstoffe angeboten werden können.
Auch für die Beurteilung von Aufbereitungsprozessen stellt die Komplexität von entsorgten
Gebrauchsgütern eine hohe Hürde dar, da eine
qualitative Materialbeschreibung allein mit Mitteln chemischer Analyse in vielen Fällen keinen
gangbaren Weg darstellt. Die Kenntnisse aus
der sensorgestützten Sortierung lassen sich
auch zu analytischen Zwecken einsetzen. So
können die Eigenschaften von Einzelpartikeln in
116
großer Anzahl „gelesen“ und anschließend mit
statistischen und/oder Methoden der Bildverarbeitung interpretiert werden. Dies findet in
Kooperation mit dem Lehrstuhl für Bildverarbeitung der Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik statt.
Das I.A.R. ist Mitveranstalter der internationalen Fachkonferenz „Sensor-based Sorting“, die
Neuentwicklungen und Anwendungen im Bereich der automatischen
Sortiertechnik bei der Aufbereitung von Primär- und
Sekundärrohstoffen
zu
thematisier.
B) Rückgewinnung von Rohstoffen aus
feinkörnigen Abfallfraktionen
Feinkörnigen Abfallfraktionen < 10 mm kommt
aufgrund ihres hohen Massenanteils und in
vielen Fällen auch des enthaltenen Rohstoffpotentials eine immer höhere Bedeutung im Recycling zu. Enthalten diese feinkörnigen Fraktionen rückgewinnbare Metalle, rechtfertigen
bereits geringe Konzentrationen im Bereich von
wenigen Gramm je Gewichtstonne häufig eine
Extraktion. In Restabfällen sind in der Fraktion
< 10 mm zudem hohe Gehalte biogener Stoffe
enthalten, die sich zur Nutzung als biogene
Brennstoffe eignen.
Unser Forschungsfokus liegt auf der Anreicherung feinkörniger Inhaltstoffe aus Abfallgemischen wie Siedlungsabfall, Rostaschen aus der
Abfallverbrennung, Elektronikschrott sowie
zahlreichen Reststoffen aus der mechanischen
Abfallbehandlung.
C) Bewertung der Effizienz von Recyclingprozessen
Recyclingprozesse müssen sich oft aufgrund
begrenzter Wertstoffausbeuten für den hohen
Aufwand für lange Prozessketten rechtfertigen.
Durch aufwendige Bilanzierung realer Prozesse
zur Extraktion von verwertbaren Inhaltstoffen
aus Abfallgemischen werden technische Transferfaktoren für die wichtigsten Kernprozesse
gewonnen. In Verbindung mit einer messtechnisch unterstützten Einzelprozessaufnahme
lassen sich Gesamtprozesse in ihrer Effizienz
beurteilen, wobei der kumulierte Energieaufwand (KEA) eine charakteristische Kennzahl ist.
Variationen in den Verfahren werden sowohl
experimentell als auch rechnerisch zur Ermittlung von Optimierungspotentialen vorgenommen.
D) Modellierung von Aufbereitungsprozessen im Recycling
Die ökobilanzielle Lebenszyklusbetrachtung
gewinnt als Instrument für die Bewertung von
Verfahren und Produkten zunehmend an Bedeutung. Gerade in der Abfallwirtschaft bietet
sich ein großes Potenzial, durch geeignete
Maßnahmen den sogenannten "Carbon
Footprint" einer Gesellschaft zu reduzieren und
die Ressourcen-Effizienz zu steigern. Voraussetzung für die Schaffung einer Grundlage für Entscheidungsträger ist eine vollständige Untersuchung und Bewertung aller relevanten Prozessketten. Insbesondere die Bilanzierung von Prozessen zur Aufbereitung heterogener Abfallgemische stellt eine große Herausforderung dar.
Ein Schwerpunkt der Forschungstätigkeiten ist
daher das Erfassen von Daten zur Bilanzierung
realer Prozesse. Daraus abgeleitet werden Modelle, anhand derer unterschiedliche abfallwirtschaftliche Szenarien hinsichtlich ihrer Stoffund Energieflüsse und damit hinsichtlich ihrer
ökologischen Wirkung miteinander verglichen
werden können.
Ein Zugriff auf gering konzentrierte Ressourcen
aus Abfällen verlangt die aufbereitungstechnische Behandlung sehr großer Mengen, um
schließlich Konzentrate in ausreichender Menge
für die Untersuchung weiterer, z. B. metallurgischer Prozessschritte erzeugen zu können. Damit verbunden wird der Untersuchungsmaßstab
in Richtung Technikumsanlagen verschoben.
A) Biogene Brennstoffe aus Restabfall
Ziel des durch die EU geförderten Vorhabens ist
die technisch wirksame Abtrennung des organischen Anteils aus Siedlungsabfällen und die
Nutzung als klimaneutraler Biomassebrennstoff
in einer für das Projekt zu errichtenden Demonstrationsanlage in Trier. Als gesamtverantwortlicher Konsortialführer verwaltet das I.A.R.
ein Projektbudget von rund 4,5 Mio. € und arbeitet mit Partnern aus Deutschland, Spanien
und Italien zusammen.
B) Getränkekartonrecycling
Niederlanden
in
den
117
Im Zuge einer breit angelegten niederländischen Studie zum Potenzial des Getränkekartonrecyclings in den Niederlanden hat das I.A.R.
unterschiedliche Recyclingwege bis hin zum
Faserstoffrecycling bilanziert. Durch die Erkenntnisse dieser Studie kann erstmals die gesamte Recyclingkette belastbar aufgezeigt werden.
C) Metallrecycling aus Müllverbrennungsaschen durch sensorgestützte
Sortierung
Eine optimierte Rückgewinnung von NEMetallen aus Müllverbrennungsaschen kann
neben Energie- und CO2-Einsparpotenzialen
auch die Versorgungssicherheit der deutschen
Industrie mit Technologiemetallen erhöhen.
Dazu müssen die technologischen Schnittstellen
optimal aufeinander abgestimmt sein – von der
mechanischen Aufbereitung über metallurgische Prozesse bis zum verhüttungsfähigen Produkt. Durch eine intensive Zusammenarbeit mit
dem Institut für Metallurgische Prozesstechnik
und Metallrecycling (IME) werden abgestimmte
Konditionierverfahren durch angepasste Zerkleinerungs-, Klassier- und Sortierverfahren
entwickelt.
D) Optimierung der Altpapiersortierung
Im Rahmen dieses Projektes soll eine automatische Qualitätsbewertung des In- sowie Outputs
einer Altpapiersortieranlage entwickelt werden,
die mit einer Controlling-Software zur Steuerung unterschiedliche Anlagenparameter verknüpft wird. Hauptaufgabe des I.A.R. ist es,
Datengrundlage zur Parametrierung der Anlagenkenndaten, insbesondere für die Klassierung
auf einem Scheibensieb, zu liefern. Systembe-
dingt muss hier im Maßstab 5 t/h gearbeitet
werden.
E) Landfill mining
Im Verbundprojekt erforscht unser Institut die
Rückgewinnung von Ressourcen aus Siedlungsabfall- und Schlackedeponien. Eine auf die Rohstoffzusammensetzung abgestimmte Vorkonditionierung erlaubt dabei eine direkte Anreicherung von Wertstoffen auf der Deponie, um Logistikkosten für die nachgelagerten Verfahrensschritte zu reduzieren.
F) Erschließung ungenutzter Abfallfraktionen zur Rückgewinnung strategischer Rohstoffe
Fachliches Ziel der Forschungskooperation ist die ressourcenwirtschaftlich optimierte und umweltgerechte stoffliche und energetische Verwertung bisher unzureichend genutzter Abfallfraktionen. Die hochschultypenübergreifende Forschungskooperation vernetzt dabei Doktoranden der RWTH Aachen mit Doktoranden der FH Münster.
G)
Energieeffiziente
Abfluftbehandlung
mechanischbiologischer Abfallbehandlungsanlagen
Das vom
Bundesministerium für Wissenschaft und Technologie geförderte Verbundvorhaben verfolgt die Steigerung der Energieeffizienz sowie des Verfahrenswirkungsgrads von
mechanisch-biologischen Abfallbehandlungsanlagen (MBA). Dies wird zum einen durch Senkung
des
Energieverbrauchs
der
Abluftbehandlung und zum anderen durch Steigerung des energetischen Potentials einzelner
Massenströme erreicht. Der Energieverbrauch
für die Abluftbehandlung soll durch den Einsatz
alternativer Abluft-behandlungsmethoden gesenkt werden. Zeitgleich wird durch eine modifizierte Betriebsweise der mechanischen Aufbereitung das energetische Potential der Teilströme, die nicht der biologischen Behandlung zugeführt werden, gesteigert.
H) Siemens-Forschungsbereich: S-FB
Seltene Erden
118
Das Institut für Aufbereitung und Recycling ist
Teil des neuen Siemens-Forschungsbereichs (SFB) „Rare Earth – Green Mining and Separation“
an der RWTH Aachen. Die Siemens AG und die
RWTH Aachen realisieren gemeinsam den
weltweit ersten externen „Siemens-Forschungsbereich“. Für dieses anspruchsvolle, auf vier
Jahre angelegte Forschungsvorhaben, stellt die
Siemens AG insgesamt sechs Millionen Euro zur
Verfügung. Das I.A.R. wird sich im Rahmen des
Forschungsprojektes mit der Rückgewinnung
der Metalle der Seltenen Erden aus komplexen
Bauteilen beschäftigen.







Bauerschlag, N.; Wagner, A.; Kaufeld, S.; Pretz, T.: Biowaste quality and its effect on the fertilizer value of compost, In:
The Twenty-Seventh International Conference on Solid Waste Technology and Management Philadelphia, PA, USA,
March 11 - 14, 2012. - Chester: Journal of Solid Waste Technology & Management, 2012. - (Proceedings of the International Conference on Waste Technology & Management; 27). - ISSN: 1091-8043, S./Art.: 222-228
Clausen, A.; Pretz, T.: Advanced automated sorting & future waste management: Perspectives for resource and carbon
efficiency, In: DAKOFA ISWA 2nd Waste & Climate Conference 19-20 April 2012 Copenhagen, Denmark. - DAKOFA ISWA
Waste & Climate Conference, 2012, S./Art.: 13 S.
Pretz, T.; Raulf, K.; Schockert, Y.: Neue Wege in den Sensortechnologien; Müll und Abfall 44 (2012) 2, 72-79
Rüßmann, D. J.; Heinrichs, S.; Feil, A.; Pretz, T.; Gisbertz, Kilian; F. B.: Erhöhung der Wertschöpfung bei der Aufbereitung
von NE-Metallen aus Müllverbrennungsrostaschen mittels sensorgestützter Sortierung, In: Jahrestagung 2013 'Aufbereitung und Recycling' : 13. und 14. November 2013 Freiberg / Gesellschaft für Verfahrenstechnik UVR-FIA e. V. Freiberg,
Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie. - [s.l.], 2013
Schindler, R.; Schmalbein, N.; Steltenkamp, V.; Cave, J.; Wens, B.; Anhalt, A.: Smart trash: Study on RFID tags and the
recycling industry. European Comission, Report (2012)
Senk, D.; Meyer, F. M.; Pretz, T.; Abrasheva, G.: Strategies for fulfilment of critical raw materials demand in Europe, In:
Social Value of Materials, Revue de métallurgie. - 109 (2012) 5, S./Art.: 333-339
Zobel, S.; Gries, Thomas; Rüßmann, D.; Feil, A.; Pretz, T.: Comminution and characterization of carbon staple fibers
produced from rejects, In: Chemical fibers international: CFI. - 63 (2013) 2, S./Art.: 98-101






Aluminium engineering center Aachen (aec)
Aachener Kompetenzzentrum für Ressourcentechnologie e.V. (AKR)
Siemens-Forschungsbereich
Wageningen University and Research Center
(WUR)
Kennisinstituut Duurzaam Verpakken, NL
Fraunhofer-Institut für Umwelt, Sicherheit und
Energietechnik (UMSICHT)




Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und
Verpackung (IVV)
Technical University of Kosice: Department of
non-ferrous metals and waste treatment
JFE Steel Corporation, Japan
University of Southern Denmark: Institute of
Chemical Engineering, Biotechnology and Environmental Technology
Promotionen
Huang, Jiu: Feasibility Research on Sorting of Black and Dark Dyed Waste Plastics Using Impact
Acoustic Emission (2013)
Eule, Benjamin: Processing of Co-mingled Recyclate Drittmittelausgaben 2013 in %
Material at UK Material Recycling Facilities (MRF's)
(2013)
Sonstige; 20%
Kontakt
Institut für Aufbereitung und Recycling
Wüllnerstr. 2; 52056 Aachen
Telefon: +49 241 80-95700
Fax: +49 241 80-92232
Homepage: www.iar.rwth-aachen.de
DFG ohne SFB;
9%
Wirtschaft; 41%
BMBF; 14%
EU; 16%
119
Lehrstuhl und Institut für Markscheidewesen, Bergschadenkunde und Geophysik im Bergbau
bergbaus (Ewigkeitslasten) und die unkonventionellen geogenen Energieträger (Grubengas,
CBM, Shale Gas und Geothermie) sind wichtige
Zukunftsfelder des Markscheidewesens. Das
Lehrangebot des Institutes richtet sich aktuell
an Studierende der Bachelor- und Masterstudiengänge „Rohstoffingenieurwesen“ und an
Studierende der Masterstudiengänge „Georessourcenmanagement“ und „Nachhaltige Energieversorgung“.
Rohstoffingenieur (Bachelor)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Axel Preuße
Personal
PS*
Professor
DS**
1
Oberingenieur
1
1
1
2
3
* PS: Planstellen
Das Institut für Markscheidewesen, Bergschadenkunde und Geophysik im Bergbau deckt in
seiner Forschungs- und Lehrtätigkeit ein interdisziplinäres, bergbauspezifisches Themenfeld
ab, das sich über die gesamte Lebensdauer
eines Rohstoffgewinnungsbetriebes und darüber hinaus mit der Planung, Überwachung und
Dokumentation befasst.
Ausgehend von den markscheiderischen Kernkompetenzen markscheiderisch/geotechnische
Vermessung, Geodatenmanagement/Kartografie,
Bergschadenkunde,
Lagerstättenbearbeitung und Genehmigungsverfahren arbeitet das Institut nicht nur im klassischen Rohstoffsektor, sondern in zunehmendem Maße auch darüber hinaus. Insbesondere
moderne Monitoring-Systeme zur Erfassung
bergbaubedingter Bodenbewegungen, die
Prognose dieser Bewegungen in aktiven Rohstoffgewinnungsprojekten, die Folgen des Alt-
Fachliches sowie mathematisch- naturwissenschaftliches Grundlagenwissen wird den Studierenden im Verlauf des Bachelorstudiengangs
vermittelt. Ein Teilgebiet der fachlichen Ausbildung ist das Markscheidewesen. Ein Einblick in
die markscheiderischen Tätigkeiten im bergbaulichen Betriebsablauf wird in den Gebieten
Grundlagen Markscheidekunde und Grundlagen
Bergschadenkunde gegeben. Dieser Einblick
wird durch praktische Übungen und deren Auswertungen vertieft. Eine weitere Grundlage
bildet die markscheiderisch/geotechnische Vermessung. Diese Kompetenz wird den Studierenden sowohl theoretisch als auch praktisch,
im Hinblick auf den Umgang mit geodätisch
markscheiderischen Instrumenten, vermittelt.
Zudem wird ein Einblick in den operativen Einsatz markscheiderisch/geotechnischer Instrumente durch die Mitarbeit in ausgewählten
Vermessungsprojekten des IFM gewährt. Auch
die theoretische und praktische Handhabung
von Geoinformationssystemen, mit dem Ziel
interdisziplinäre Ausgabenstellungen eigenständig und analytisch bearbeiten zu können, ist
Gegenstand der Lehre.
Rohstoffingenieur (Master)
Im Masterstudiengang können in der Studienrichtung „Rohstoffgewinnung“ Wahlblöcke des
Markscheidewesen belegt werden. In diesen
wird auf alle Kernkompetenzen des Markscheidewesens intensiv eingegangen. Ziele sind die
Vermittlung einer Vorstellung über Anwendungsbereiche, das Definieren von Fragestellungen für den Einsatz solcher Verfahren an den
Explorationsexperten sowie die Erstellung projektbezogener Kosten-/Nutzen-Relationen in
den Grundzügen. Zudem werden den Studierenden praxisnahe Einblicke in photogrammetrische Messverfahren, analoge Photogramm-
120
metrie sowie satellitengestützte Fernerkundungsmessmethoden ermöglicht. Auch die
Übertragung derart gewonnener Daten in ein
digital unterstütztes Risswerk ist Gegenstand
der Lehrinhalte dieses Masterstudiengangs.
Generell sollen die Studierenden mit Abschluss
des Masters selbstständige Vermessungsprojekte planen und durchführen können.
In der Studienrichtung „Prozesstechnik“ wird im
Wahlpflichtbereich Bio- und Geoenergie, die
Veranstaltung Grubengas und Geothermie des
IFM’s angeboten.
Georessourcenmanagement (Master)
In der Vertiefungsrichtung „Rohstoffmanagement“ des Masterstudiengangs „Georessourcenmanagement“ werden den Studierenden
Kenntnisse im Bereich Georisiken in der Rohstoffgewinnung vermittelt. Insbesondere die
Auswirkungen der Bodenbewegungen auf die
Tagesoberfläche und Unstetigkeiten in Bereichen ehemaligen unter Tage Bergbaus, der
Grubenwasserwiederanstieg nach Stilllegung
von Bergwerken, Fragen des Altbergbaus sowie
Georisiken im Bereich Geothermie sind Gegenstand dieser Veranstaltung. Zudem werden
Vorausberechnungen von Bodenbewegungen
durchgeführt.
Nachhaltige Energieversorgung (Master)
Grundlage dieses neuen Masterstudiengangs ist
ein Bachelorabschluss in den Studienrichtungen
Rohstoffingenieurwesen, Maschinenbau oder
Elektrotechnik. Dieser Studiengang ist auf das
zukunftsträchtige Gebiet der nachhaltigen
Energieversorgung, mit Blick auf einen schonenden Umgang mit vorhandenen Ressourcen
und der Umwelt, gerichtet.
Ein Schwerpunkt dieses zukunftsorientierten
Studiengangs zeichnet sich durch das Gebiet der
Geoenergie, im Wahlpflichtbereich Rohstoffe,
aus. Innerhalb dieses Gebietes liefert das Institut für Markscheidewesen, Bergschadenkunde
und Geophysik im Bergbau das gesamte Modul
Geoenergie. Gegenstand dieses Moduls sind
theoretische und praktische Kenntnisse im Bereich alternativer geogener Energien, Flözgas
und angewandte Geophysik. Vermittelt werden
u.a. Kenntnisse zur Erkundung und Bewertung
der Lagerstätte, genehmigungsrechtliche Aspekte bei der Erschließung und Gewinnung von
Flözgas, Shale Gas und Geothermie, aber auch
Auswirkungen auf die Umwelt. Insbesondere
die Auswirkungen auf die Umwelt bei der Erschließung und Gewinnung von Shale Gas &
Geothermie stehen derzeit noch einer weiteren
Verbreitung dieser zukunftsträchtigen Energieformen entgegen. Wichtiger Schwerpunkt der
Veranstaltungen sind deshalb Umweltaspekte
und Möglichkeiten zur Lösung vorhandener
Bedenken.
Forschungspunkte
und
Tätigkeitsschwer-
- GMES-basierte Geoservices für den Bergbau
zur Unterstützung von Exploration und Erkundung sowie des integrierten Monitorings
für Umweltschutz und Betriebssicherheit.
- Machbarkeitsstudien zur Gewinnung von
Flözgas (CBM) als alternativer Energieträger
und zur Grubengasnutzung aus stillgelegten
Bergwerken.
- Studie zur technischen und betriebswirtschaftlichen Bewertung der Auswirkung des
Grubenwasserwiederanstiegs im Ruhrgebiet
nach Stilllegung des Steinkohlenbergbaus.
- Geothermie (markscheiderische und rechtliche Betreuung von geothermalen Tiefbohrungen).
- Analysen von Risswerkinformationen bezüglich etwaiger Einflüsse auf der Tagesoberfläche.
- Durchführung bergschadenkundlicher Überwachungsmessungen für im Einwirkungsbereich des Bergbaus liegende Industriebetriebe und Kommunen.
- Tagebauaufmaße, Hauptbetriebsplananfertigung und Risswerksnachtragungen in Betrieben der Steine- und Erdenindustrie.
A) GMES4Mining − GMES-basierte Geoservices für den Bergbau zur Unterstützung von Exploration und Erkundung
sowie des integrierten Monitorings für
Umweltschutz und Betriebssicherheit
Im Rahmen des Verbundprojektes GMES4Mining (Offizielles Europäisches Programm zur Einrichtung einer Europäischen ErdbeobachtungsInfrastruktur) werden von Fernerkundungs- und
In-situ-Sensoren gewonnene Daten genutzt um
innovative multisensorale Analyseverfahren und
Geoinformationstechnologien zu entwickeln
und zu technologieübergreifenden Geoservices
121
für Bergbauprojekte zu bündeln. Hiermit sollen
Erkennung und Überwachung von Oberflächeneigenschaften und Bodenbewegungen optimiert
werden
und
somit
Prozesse
der
Lagerstättenaufsuchung und das Monitoring für
den Umweltschutz und die Betriebssicherheit
unterstützt werden.
Weltweit starten viele neue Bergbauvorhaben
mit erheblichem Explorationsbedarf; jedes davon beeinflusst zwangsläufig die Umwelt. Daher
ist in allen Projektphasen ein großes Augenmerk
auf den Umweltschutz zu legen. Während dies
bei Bergbauvorhaben im EU-Raum, insbesondere also auch in NRW, durch moderne rechtliche
Regelungen und effektive behördliche Aufsicht
sichergestellt ist, ist die Bedeutung des Umweltschutzes in anderen Ländern teilweise noch
untergeordnet. Die Nutzung von bodengestützten Datenerfassungsverfahren und operationell
verfügbaren Fernerkundungsdaten ist bei der
Dokumentation und Überwachung bergbaulicher Aktivitäten bereits Stand der Technik.
Vielversprechende neue Messsysteme stellen
ihre Eignung im Hinblick auf bergbauliche Fragestellungen in Aussicht, allerdings fehlen bislang integrierte Nutzungs- und Auswerteansätze. GMES4Mining stellt die Entwicklung neuer
multisensoraler Analyseverfahren in den Vordergrund. Dabei werden zum einen luft- oder
satellitengestützte quasi-kontinuierliche Spektren, multitemporale Betrachtungen und terrestrische geophysikalische und geologische
Daten kombiniert um eine qualitativ hochwertige Bestimmung von Ökosystemparametern und
verbesserte Modellierung von geosphärischen
Prozessen vornehmen zu können. Zum anderen
wird eine integrierte Erfassung bergbaubedingter Bodenbewegungen aus den Daten moderner
Radarsatelliten, Ergebnissen geodätischer, zunehmend kontinuierlich messender Verfahren
und den sehr neuen Möglichkeiten zur bergbaulichen Nutzung der bodengestützten Radarinterferometrie angestrebt. Letztendlich ist die Integration aller Daten zu einem Gesamtsystem
von enormer Bedeutung, um die Auswirkungen
bergbaulicher Vorhaben besser und genauer
dokumentieren zu können.
B) “CBM Münsterland” –
Flözgasgewinnung in NordrheinWestfalen
Das F&E-Projekt „CBM Münsterland“ ist ein
Gemeinschaftsprojekt des Instituts für Mark-
scheidewesen, Bergschadenkunde und Geophysik im Bergbau und des Geologischen Instituts
der RWTH Aachen. Im Auftrag des Landes NRW,
der Minegas GmbH und der Mingas-Power
GmbH prüft diese Forschungsgruppe die grundsätzliche Eignung der Ruhrlagerstätte, des nördlichen Ruhrgebiet und des Münsterlands für
Flözgasgewinnungsaktivitäten (Flözgas = „Coal
Bed Methane“ (CBM))
Das wissenschaftliche Erlaubnisfeld „CBMRWTH“ hat eine Größe von 3.460 km² und wurde von der RWTH Aachen als Antragstellerin mit
dem Ziel erworben, eine ingenieur- und geowissenschaftliche Erkundung der Untergrundverhältnisse im Bereich des Münsterländer Beckens durch geologische, geophysikalische und
lagerstättenkundliche Untersuchungen durchzuführen.
Die Ergebnisse der Projektphase IIA („Investitionsrisikoabschätzung“) basieren auf den ingenieur- und geowissenschaftlichen Erkenntnissen
aus Phase I. Durch die Auswertung aktueller
Gasförderprojekte wurde die technische Machbarkeit einer Flözgasgewinnung unter den geologischen Randparametern innerhalb des
Untersuchungsraumes belastbar nachgewiesen.
Gegenstand der Phase IIA war die Durchführung einer Sensitivitätsanalyse. Dabei wurde
qualitativ und quantitativ ersichtlich, welche
Parameter Einfluss auf das Zustandekommen
oder Scheitern eines Flözgasprojekts haben.
Ungeklärt blieben dennoch die Abschätzung von
Speicherkapazität und –volumen und des
Lagerstätteninhalts sowie eine Vorhersage von
Frac-Rissen in ihrer Ausdehnung und Orientierung. Hier bedarf es weiterer Forschung. Da
einige technische, aber vor allem auch die geologischen Parameter eine hohe Standortabhängigkeit aufweisen, umfasst die Sensitivitätsanalyse eine Standortauswahl mit potentiellen
Bohrstandorten, für die jeweils die entsprechenden geologischen und technischen Parameter hinterlegt sind.
Das Ziel der folgenden Projektphase IIB ist die
Entwicklung belastbarer Zielgrößen für die entscheidenden Parameter, die sich im Rahmen
der Sensitivitätsanalyse als kritische Einflussgrößen ergeben haben. Ein wesentlicher Teil
dieser Untersuchungen soll sich mit umweltrelevanten Fragestellungen, wie z.B. einer möglichen Beeinträchtigung des Grundwassers durch
Flözgas-, Aufsuchungs- und Gewinnungsmaß-
122
nahmen sowie dem möglichen Auftreten von
seismischen Erschütterungen beschäftigen.
Herausforderungen, die rechtlichen Konsequenzen und Verpflichtungen des Steinkohlenbergbaus sowie die Kosten der zu erwartenden Folgelasten beschreiben.
Das aktuelle Forschungsvorhaben betrachtet
diese Bereiche nicht einzeln, sondern führt eine
verknüpfende Betrachtung durch. Ein wichtiges
Ziel
ist
es,
unterschiedliche
Grubenwasserwiederanstiegsszenarien auf ihre
interdisziplinären Konsequenzen hin zu überprüfen und in einem weiteren Schritt ein Optimierungsinstrument zur Berechnung optimaler
Szenarien zu entwickeln.
C) Studie zur technischen und betriebswirtschaftlichen Bewertung der Auswirkung des Grubenwasserwiederanstiegs im
Ruhrgebiet nach Stilllegung des regionalen
Steinkohlenbergbaus.
Die Stilllegung des Steinkohlenbergbaus im
Ruhrgebiet zieht Folgeprozesse nach sich, als
deren Hauptursache der Wiederanstieg des
Grubenwassers identifiziert werden kann. Zum
jetzigen Zeitpunkt existieren verschiedene Abhandlungen und Gutachten, die die technischen
Ausgewählte Vorträge und Veröffentlichungen









Krämer, J.: Erschließung von unkonventionellen Erdgasvorkommen - Forschungsprojekt „CBM-Münsterland“ RWTH
Aachen. Vortrag im Ausschuss für Umwelt, Ordnung, Sicherheit und Verkehr der Stadt Bochum, 24. 1. 2013.
nd
Preuße, A.: Faculty of Georessources and Materials Engineering. Vortrag im Rahmen des 2 Council of Sino German-Center, 07.-14. Mai 2013, Xuzhou, China.
Preuße, A.: Unconventional Gas Projects in Germany (Coal Bed Methane / Coal Gasification). Vortrag im Rahmen
des Symposium on “Innovations and Advances in Mineral Resource Exploration, Identification, Extraction, Processing, and Sustainable Mining”, 14.-20. Juni 2013, Islamabad, Pakistan.
Krämer, J.: Geothermal Project “SuperC“ - Planning and Realization. Summer School “Renewable Energy: Policy
and Development”, Universität Bonn, Northwestern University, Arcadia University, 11. Juli 2013, Aachen.
Preuße, A.; Kukla, P.; Hilgers, C.; Krämer, J.: Auswirkungen der Frackingdiskussion auf die Forschung. Vortrag anlässlich des 15. Aachener Altlasten- und Bergschadenkundliches Kolloquium, 16. Juli 2013, Aachen. Veröffentlicht
im Tagungsband ISBN 973-3-940276-53-7.
nd
Papst, T.: Economic impact of ascending mine waters in Germany. Veröffentlichung anlässlich des 32 International Conference on Ground Control in Mining, 27. Juli - 04. August 2013, Morgantown, West Virginia, USA.
Preuße, A.; Kateloe, J.; Sroka, A.: Subsidence and Uplift Prediction in German and Polish Hard Coal Mining, Markscheidewesen, 120. Jahrgang, Ausgabe 1-2 2013, S. 23 -32.
Preuße, A.; Frenz, W.; Kukla, P.; Mösle, B.: Unkonventionelle Erdgasvorkommen in NRW: Forschungsbedarf und
rechtliche Brennpunkte, Markscheidewesen, 119. Jahrgang, Ausgabe 2-3 2012, S. 37-40.
Räkers, E.: Eröffnungsansprache der DGG Tagung, Leipzig, DGG – Mitteilungen, Ausgabe 2/2013, S. 13-15.
Mitgliedschaften




Deutscher Markscheider-Verein e.V. (DMV):

Mitglied im Vorstand und Herausgeber der Fach-
zeitschrift "Markscheidewesen"
Vize-Präsident der International Society for Mine
Surveying (ISM)
Vorsitzender der Grubengasinitiative NRW; eine
Arbeitsgruppe der EnergieAgentur NRW
Kontakt
IFM - Lehrstuhl und Institut für Markscheidewesen
Wüllnerstrasse 2
52062 Aachen
Telefon: 02 41 – 80 95 687
Fax:
02 41 – 80 92 150
Homepage: www.ifm.rwth-aachen.de
AGH Krakau, Polen
China University of Mining and Technology (CUMT),
China
Shandong University of Mining and Technology
(SUST), China
TU Clausthal; TU Freiberg
Sonstige; 38%
Wirtschaft; 62%
123
Lehr- und Forschungsgebiet
Technologie der Energierohstoffe
Staubmesssonden sowie verschiedene Volumenstrommesser. Für pyrolytische Verfahren
stehen verschiedene Retortenöfen sowie ein
Drehrohrreaktor bereit. Die Laborausstattung
wurde im letzten Jahr um ein CHN-Analysator
von Leco und ein GC-MS Triple QuadrupolMassen-spektrometer der Firma Bruker ergänzt.
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Peter Quicker
Personal
PS*
Professor
1
Oberingenieur
1
DS**
1
1
6
14
* PS: Planstellen
Das TEER lehrt und forscht auf den Gebieten der
thermischen, physikalischen, chemischen und
biologischen Konversion von fossilen, nachwachsenden und sekundären Energierohstoffen. Besondere Aufmerksamkeit widmen wir
dabei der Emissionsreduktion und Energieeffizienz.
Zur Durchführung von experimentellen Studien
verfügt
das
TEER
über
ein
Verbrennungstechnikum und zwei Labore zur
Charakterisierung von Brennstoffen, Verbrennungsrückständen und Gasen. Neben einer
Vorschubrostfeuerung (150 kW) werden gerade
Prototypen einer Wirbelfeuerung (100 kW) und
eines Biomassegleichstromvergasers getestet,
sowie eine Pelletfeuerung (65 kW) für den Einsatz von alternativen biogenen Brennstoffen
modifiziert. Die Messstände können jeweils
variabel mit verschiedenen Modulen zur Bilanzierung und Emissionsüberwachung ausgestattet werden. Dazu zählen neben der
chemosensorischen und spektroskopischen
Abgasmessung, optische und gravimetrische
A)
Nachhaltige
Energieversorgung
(Master)
Das TEER betreut den Masterstudiengang
Nachhaltige Energieversorgung. Verschiedene
Aspekte der Konversion und Versorgung mit
fossilen sowie erneuerbaren Energieträgern
werden in diesem Masterstudiengang behandelt. Das Studienangebot umfasst die Vermittlung von Inhalten aus dem Bereich der Veredlungsverfahren von Energierohstoffen wie Kohle, Erdöl und Biomasse und der hierfür notwendigen verfahrenstechnischen Hintergründe.
Durch die Beteiligung der Fakultäten für Maschinenbau und Elektrotechnik wird das Studienangebot um Themen wie die Kraftwerkstechnik, Übertragungs- und Speichertechnik, sowie
Aufbau und Netzbetrieb von Windenergieanlagen u.v.m. erweitert.
B)
Rohstoffingenieurwesen
(Bachelor/ Master)
Im Bachelorstudiengang werden den Studierenden sowohl natur- und ingenieurwissenschaftliche Grundlagen als auch Grundkenntnisse der
Rohstoffgewinnung und -aufbereitung vermittelt. Nach vier Semestern können die Studierenden eine Vertiefungsrichtung (Gewinnung
bzw. Prozesstechnik) auswählen und im Masterstudiengang fortsetzen.
Das TEER bietet hierbei verschiedene Fächer zu
Konversions- und Veredelungsverfahren von
biogenen und fossilen Energierohstoffen und
ein Seminar zur Planung von Energieerzeugungsanlagen an. Weiterhin unterrichten unsere Gastdozenten aus Industrie und Wirtschaft
praxisbezogene Inhalte aus dem Bereich der
Energierohstoffe, beispielsweise die Fächer
Energiewirtschaft und Gastransport.
C)
Umweltingenieurwesen
(Bachelor/ Master)
Das TEER ist auch an der Lehre des Bachelorund Masterstudiengangs "Umweltingenieurwissenschaften" beteiligt. Im Bachelorstudiengang
werden die Fächer Thermische Abfallbehand-
124
lung und Energierohstoffe und -technik angeboten, im Masterstudiengang die Vorlesung
Nachwachsende Energierohstoffe und Bioenergie.
D) Erweiterung der Lehrangebote
Das TEER bemüht sich durch Erweiterungen des
Lehrangebots die Studienbedingungen für die
genannten Studiengänge zu verbessern und der
hohen Studierendenanzahl im Umweltingenieurwesen und den stark steigenden Studierendenzahlen in der nachhaltigen Energieversorgung gerecht zu werden. Zu den Erweiterungen
gehören regelmäßige Tutorien in den Fächern
Technische Chemie, Energierohstoffe und
-technik sowie Thermische Abfallbehandlung.
Das Exkursionsangebot wurde auf 4 vorlesungsbezogene Fahrten erweitert und um ein 4tägiges Angebot des Lehrgebiets in der Exkursionswoche ergänzt.
Die
Vorlesungen
Petrochemie
und
Raffinerietechnik, Eigenschaften und Charakterisierung von flüssigen Energieträgern, Energiewirtschaftslehre sowie das Planungsseminar
werden nun im Sommer- und Wintersemester
angeboten. Dabei wird das TEER von zwei neuen Gastdozenten unterstützt: Herrn Prof. Dr.
Peter Britz und Herrn Dr.-Ing. Oliver van Rheinberg
E) RessourcenKolleg.NRW
Seit Mai 2013 beteiligt sich das TEER an der
strukturierten Graduiertenausbildung im Rahmen des RessourcenKolleg.NRW. Diese Forschungskooperation zwischen der RWTH Aachen und der Fachhochschule Münster befasst
sich mit der Rückgewinnung und Verwertung
werthaltiger Metalle aus gemischten, verbundstoffreichen Abfallfraktion bei gleichzeitiger
stofflicher und/oder energetischer Nutzung des
Kunststoffanteils der Abfälle.
A) Biomasse
Im Fokus der Forschung stehen biogene Rohund Reststoffe, die aufgrund ihrer Zusammensetzung bisher für eine energetische Nutzung
gar nicht oder nur selten zum Einsatz kommen.
Als problematische Parameter erweisen sich
dabei beispielsweise niedrige Heizwerte und
Energiedichten, hohe Wasser-, Asche- und
Schadstoffgehalte. Diesen Problemen wird mit
innovativen Lösungsansätzen begegnet. Ansatzpunkte sind sowohl die rohstoffliche Modifikation, d.h. die Anpassung der Brennstoffe durch
geeignete Vorbehandlungsmethoden, als auch
die verfahrenstechnische Optimierung der verwendeten Konversionsanlagen.
Ein weiterer Schwerpunkt im Hinblick auf die
energetische Biomassenutzung ist die Emissionsminimierung. Feinstaub- und Stickoxidreduktion sind hier die wesentlichen Ziele.
B) Thermische Abfallbehandlung
Auch bei der thermischen Abfallbehandlung ist
die Abgasreinigung noch immer ein wichtiges
Thema. So sind beispielsweise durch die Verbreitung von neuen Materialien und Werkstoffen (z.B. Produkte mit Nanotechnologie) neue
Herausforderungen zu erwarten. Weitere Arbeitsfelder ergeben sich bei der Aufbereitung
von Sekundärrohstoffen. Absehbar ist die Notwendigkeit, seltene metallische Rohstoffe, die
häufig in Verbundmaterialien anfallen, zurückzugewinnen. Mechanische Verfahren gelangen
dabei an ihre Grenzen. In diesem Bereich wird
der Einsatz pyrolytischer Prozesse untersucht,
um einerseits die Verbundstoffmatrix aufzubrechen und andererseits die energetische Nutzung der enthaltenen brennbaren Komponenten zu realisieren. Künftig könnten solche Verfahren auch für die Aufbereitung abgelagerter
Abfallfraktionen interessant sein.
C) Fossile Energieträger
Fossile Energieträger werden auch in Zukunft
einen bedeutenden Anteil an unserer Energieversorgung stellen, insbesondere im industriellen Umfeld. Die Forschungsarbeiten des TEER
konzentrieren sich dabei insbesondere auf den
Rohstoff Kohle. Die labortechnische Ausstattung
erlaubt eine umfassende Brennstoffcharakterisierung. Hinsichtlich der Aufbereitung bestehen
insbesondere bei den pyrolytischen Prozessen
langjährige Erfahrungen.
A) r 3 - Strategische Metalle
Das im August 2012 angelaufene Forschungsprojekt hat eine ganzheitliche Untersuchung der
Möglichkeiten zum Rückbau bestehender Siedlungsabfall- und Schlackedeponien sowie zur
Nutzung der darin enthaltenen Rohstoffe zum
Ziel. Die Bearbeitung des Forschungsprojektes
erfolgt dabei im Verbund mit verschiedenen
Instituten der Technischen Universitäten Braunschweig, Clausthal, Aachen und weiteren Forschungseinrichtungen wie dem ifeu und dem
125
Öko-Institut. Das Projekt wird durch die
Tönsmeier Dienstleistung GmbH geleitet.
Seitens des TEER konzentrieren sich die Untersuchungen auf die energetischen Nutzungsmöglichkeiten von Materialströmen, die aus Deponien entnommen wurden. Ein weiterer Schwerpunkt ist die pyrolytische Behandlung von Verbundstoffen. Hierdurch soll eine weitestgehende Metallrückgewinnung aus diesen Fraktionen
realisiert werden.
zur Rückgewinnung von Rohstoffen aus diesen
Aschen/Schlacken ist eine Betrachtung konventioneller technischer Verfahren vorgesehen.
D) UBA: Alternative Verfahren
Im Rahmen der Studie „Sachstand zu den alternativen Verfahren (Pyrolyse, Plasmapyrolyse
oder Vergasung) für die thermische Entsorgung
von Abfällen“ im Auftrag des Umweltbundesamtes soll eine verbesserte Datenbasis zum
Stand der Technik erstellt werden. Die Resultate
sind die Grundlage für weitere rechtliche und
technische Maßnahmen zur Abfallverwertung
im Zusammenhang mit der Hebung zusätzlicher
Potentiale zur Ressourcenschonung im Rahmen
der Kreislaufwirtschaft.
B) MiniBioKWK
Ziel des Projekts ist die Überführung eines Prototyps zur dezentralen Vergasung von Restholzpellets für die Bereitstellung von Strom und
Wärme mit einer Leistung von 30 kWth/15 kWel
in die Serienreife. Aufgrund seiner geringen
Leistung ist dieser vollautomatisierte Biomassevergaser für den nichtindustriellen Einsatz in
Wohnobjekten und im Kleingewerbe geeignet.
Die Basis des Vorhabens bildet eine Pilotanlage
der Firma Spanner Re² GmbH zur Vergasung von
Restholzpellets mit einem elektrischen Wirkungsgrad von ca. 25 %.
E) NanoEmission
Das Projekt »Untersuchung des Emissionsverhaltens von Nanopartikeln bei der Abfallverbrennung« beschäftigt sich mit der Untersuchung
des
Abscheideverhaltens
von
nanopartikelhaltigen Konsumgütern sowie deren Auswirkungen auf Mensch und Umwelt bei
der thermischen Verwertung.
C) UFOPLAN
Im Rahmen des UFOPLAN Vorhabens „Möglichkeiten einer ressourcenschonenden Kreislaufwirtschaft durch weitergehende Gewinnung
von Rohstoffen aus festen Verbrennungsrückständen aus der Behandlung von Siedlungsabfällen“ werden technische Optionen zur Steigerung der Rückgewinnung von Metallen und
mineralischen Rohstoffen aus festen Verbrennungsrückständen untersucht und bewertet.
Vor diesem Hintergrund sollen die Wertstoffpotenziale sowohl trockener als auch nass entaschter MVA-Aschen/Schlacken aufgezeigt
werden. Für die Ermittlung der Möglichkeiten
126





Schulten , M.; Peña, G.; Seabra, S.; Quicker, P.: Investigations on the application of bio-char as an alternative for
foundry coke. In: Eldrup, A.; Baxter, D.; Grassi, A.; Helm, P. (Hrsg.): Papers of the 21st European Biomass Conference.
Florenz, Italy, 2013, S. 1401-1406
Quicker, P.: Thermochemische Verfahren zur Erzeugung von Biokohle. In: Wiemer, K.; Kern, M.; Raussen, T. (Hrsg.):
Bio- und Sekundärrohstoffverwertung VIII. Witzenhausen : Witzenhausen-Institut für Abfall, Umwelt und Energie
GmbH, 2013, S. 325-336
Schulten, M.; Gerhards, H.; Quicker, P.: Alternative biomass for the substitution of fossil resources and wood in industrial and energetic applications. In: Dechema (Hrsg.): Pro-ceedings of 3rd International Conference on Energy Process
Engineering - Transition to Renewable Energy Systems. Frankfurt am Main, 04.-06.06.2013, S. 31-36
Quicker P., Rotheut M., Athmann U., Schulten M.: Abgasreinigung mit Natriumhydrogencarbonat – Analyse und Bewertung. In: Energie aus Abfall, Band 10, K.J. Thomé-Kozmiensky, Michael Beckmann (Hrsg.), TK Verlag Karl ThoméKozmiensky, Neuruppin, 2013, S. 615-651
Quicker, P.; Schulten, M.: Biokohle: Erzeugung und technische Einsatzmöglichkeiten. In: Müll und Abfall. Aufl. 44 Nr.
9, 2012, S. 464-475




Normenausschuss Kommission Reinhaltung der
Luft (NA 134), Richtlinienausschuss VDI 3460,
Emissionsminderung Thermische Abfallbehandlung (Obmann)
Normenausschuss Kommission Reinhaltung der
Luft (NA 134), Richtlinienausschuss VDI 3933,
Emissionsminderung
Erzeugung
von
Biomassekarbonisaten (Obmann)
Scientific and Technical Council der Confederation of European Waste-to-Energy Plant
(CEWEP)





Kontakt
Lehr- und Forschungsgebiet Technologie
der Energierohstoffe
Wüllnerstraße 2
52062 Aachen
Telefon: +49 241 8095705
Fax: +49 241 80 92624
Homepage: http://www.teer.rwth-aachen.de
Richtlinienausschuss VDI 3925, Werkzeuge zur
Bewertung von Abfallbehandlungsverfahren
Kuratorium der Entsorgergemeinschaft der
Deutschen Entsorgungswirtschaft e.V.
Verein Deutscher Kokerei Fachleute e.V. VDKF
Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für
Erdöl, Erdgas und Kohle e.V. DGMK
Deutsche Gesellschaft für Abfallwirtschaft
Koordinierungsgruppe Energie in der Wasserund Abfallwirtschaft DWA
Wirtschaft; 11%
BMBF; 18%
Sonstige; 69%
DFG ohne SFB;
2%
127
Institut für Nukleare Entsorgung und
Techniktransfer
werden vor allem die Bereiche der Ver- und
Entsorgung abdeckt.
Lehrangebote gibt es bspw. zur Gewinnung und
Aufbereitung von Uranerz, zu Prinzipien der
Energieversorgung sowie Methoden zur Energieerzeugung, zu Rechtsgrundlagen für Genehmigungsverfahren im atomrechtlichen Bereich,
zur nuklearen Simulation kerntechnischer Prozesse sowie zum Rückbau und zur Behandlung
und Entsorgung radioaktiver Abfälle.
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Bruno
Thomauske
Personal
Professor
PS*
DS**
1
1
Oberingenieur
1
12
1
1
8
* PS: Planstellen
Das 2008 gegründete Institut für Nuklearen
Brennstoffkreislauf (INBK) der RWTH Aachen
beschäftigt sich als interdisziplinäre Forschungseinrichtung mit der Entwicklung innovativer technischer Lösungen für den gesamten
nuklearen Brennstoffkreislauf. Der Schwerpunkt
liegt auf den Themen Rückbau und Endlagerung.
Das 2013 umbenannte Institut für Nukleare
Entsorgung und Techniktransfer (NET) ermöglicht als verantwortliche Lehreinheit mit dem
Masterstudiengang Nuclear Safety Engineering
seit dem WS 2010/11 die Ausbildung von
hochqualifizierten Nachwuchskräften auf dem
Gebiet der Kernenergie und des nuklearen
Brennstoffkreislaufs. Der Studiengang wird in
Kooperation mit der Fakultät für Maschinenwesen der RWTH Aachen, dem Lehrstuhl für Simulation in der Kerntechnik sowie dem Forschungszentrum Jülich angeboten.
Die Schwerpunkte der Lehre liegen in der Vermittlung vertiefender Kenntnisse im Bereich des
nuklearen Brennstoffkreislaufs. Thematisch
A) Nukleare Entsorgung und Rückbau
Seit 2011 ist in Deutschland entschieden, dass
die in Betrieb befindlichen Kernkraftwerke bis
spätestens 2022 den Betrieb beenden. Dies
bedeutet, dass diese Kernkraftwerke sukzessive
zurück zu bauen sind. Auch die vorhanden Forschungs- und Demonstrationsreaktoren müssen
zurückgebaut werden. Im Jahre 2013 erfolgte
die politische Einigung, die Endlagersuche - ausgehend von einer weißen Deutschlandkarte neu zu beginnen.
Unter diesen Rahmenbedingungen ist die Arbeitsgruppe Nukleare Entsorgung und Rückbau
tätig in den Aufgabenbereichen Endlagerung,
Sicherheitsanalysen, geotechnische Barrieren,
Waste Management (von der Entstehung der
Abfälle über die Thematik Zwischenlagerung bis
hin zur Endlagerung) sowie Rückbau kerntechnischer Anlagen.
B) Waste Management & Technology
Transfer
In diesem Forschungsschwerpunkt geht es um
die Entwicklung von Methoden zur zerstörungsfreien Prüfung radio- und chemotoxischer Inhaltstoffe in Abfällen sowie um die Behandlung
radioaktiver Abfälle zur Verminderung der
Halbwertszeit langlebiger Radionuklide.
C) Nukleare Simulation
In der nuklearen Sicherheits- und Entsorgungsforschung kommen in besonders hohem Umfang numerische Verfahren und Simulationstechniken zum Einsatz. Die Arbeitsgruppe "Nukleare Simulation" befasst sich mit der Entwicklung und Anwendung hochdimensionaler Rechenprogramme zur Simulation kerntechnischer
Prozesse im komplexen Bereich des nuklearen
Brennstoffkreislaufs, der Reaktor- und Sicherheitstechnik.
A) Rückbau kerntechnischer Anlagen
128
Das Institut für Nuklearen Brennstoffkreislauf
(INBK) der RWTH Aachen verfügt über vielfältige
Kompetenzen und Erfahrungen zur Unterstützung von Rückbauaktivitäten. Besonders im
Bereich Nukleare Simulation werden Methoden
genutzt und fortlaufend weiterentwickelt, die
bereits im Rahmen des Rückbauprojektes FRJ2/FZJ angewendet wurden. Die dort erzielten
Ergebnisse sind mittlerweile Grundlage des
atomrechtlichen
Genehmigungsverfahrens.
Daneben beschäftigt sich das Institut mit der
Erfassung von Abfallströmen in Kernkraftwerken, die sich aus Aktivierung und Kontamination
ergeben.
Neutronenfluss- & Aktivitätsatlas
Auf Basis realer Geometrien werden dreidimensionale Reaktormodelle erstellt, die anschließend mit Monte-Carlo-Neutronentransportcodes simuliert werden. Durch den Einsatz sowohl des institutseigenen Clustersystems als
auch des in Jülich untergebrachten HighPerformance-Computers JUROPA ist es möglich,
hochaufgelöste Neutronenflußwerte zu gewinnen und als dreidimensionalen Neutronenflußatlas zu kompilieren. Dieser dient auch als Ausgangsbasis für weitere Berechnungen, die im
Institut durchgeführt werden können. Es ist
weiterhin möglich, einen detaillierten Aktivitätsatlas für Anlagen oder auch Einzelkomponenten zu erstellen, welcher Angaben bezüglich
Gesamtaktivität, Nuklidvektoren und Aktivierungswärme zu unterschiedlichen Zeitpunkten
als Parameterstudie enthält. Da detaillierte und
komplexe Geometrien bzw. Anlagen berechnet
werden können, spielt dabei die Visualisierung
eine besondere Rolle. Diesbezüglich finden Arbeiten zur dreidimensionalen Darstellung der
Daten, beispielsweise als virtueller, zerlegbarer
Reaktor statt.
Nutzen
Die entwickelten Verfahren dienen der Zielsetzung, den Rückbau kerntechnischer Anlagen im
Planungsstadium zu unterstützen. Durch so
gewonnene Informationen können bereits im
Vorfeld der Planung genaue Daten über Aktivität und Isotopenmengen bereit gestellt und
damit Rückbauaktivitäten zielgerichteter und
optimierter umgesetzt werden. Die Verfahren
dienen weiterhin der Erfassung der nuklearen
Abfälle und reduzieren außerdem bei Nutzung
des Dosisatlas die Belastung und Gefährdung
der Arbeiter. Sie sind weiterhin geeignet, eine
Grundlage für die Genehmigungsverfahren darzustellen
B) Neutron Imaging System for
Radioactive-Waste Analysis (NISRA)
Die Entsorgung radioaktiver Abfälle wird in
Deutschland schon seit langem kontrovers diskutiert. Diese Diskussion hat durch den Beschluss zum vorzeitigen Ausstieg aus der Kernenergie bis zum Jahr 2022 an zusätzlicher Brisanz gewonnen. Zur Beurteilung der Endlagerfähigkeit müssen radioaktive Abfälle bzgl. ihres
Radionuklidinventars und ihrer stofflichen Zusammensetzung charakterisiert und geprüft
werden. Die Entwicklung hierfür geeigneter
Methoden ist ein zentraler Forschungsbereich
des Instituts für Nucleare Entsorgung und Techniktransfer (NET) der RWTH Aachen.
Im Mai 2012 ist am NET ein neues Verbundvorhaben gestartet, mit dem eine innovative Messund Diagnosetechnik zur besseren Charakterisierung radioaktiver Abfälle im Bereich der Entsorgung erforscht werden soll. Die Kooperationspartner des Verbundprojektes haben sich
zum Ziel gesetzt, eine kompakte Radiographieanlage zu entwickeln und zu erproben, die mit
Hilfe von schnellen Neutronen arbeitet. Ein
solches System wäre komplementär zu existierenden Radiographie- bzw. Tomographieanlagen, die Röntgen- bzw. Gamma-Strahlung oder
thermische Neutronen als Durchleuchtungssonde benutzen. Schnelle Neutronen haben gegenüber Photonen den Vorteil einer größeren Eindringtiefe in Materialien mit hohen Dichten. Im
Vordergrund steht neben dem Bau der experimentellen Radiographieanlage im Besonderen
die Entwicklung eines an die Problemstellung
adaptierten Detektorsystems und der dafür
erforderlichen
Rekonstruktionsalgorithmen.
Diese Algorithmen sollen insbesondere zur Korrektur der Strahldivergenz der schnellen Neutronen dienen, da kein Kollimator, wie sonst
üblich, verwendet wird.
129
Die Neutronenradiographie als bildgebendes
Verfahren wird schon seit den frühen 70er Jahren in der Forschung und auch als Dienstleistung für die Industrie eingesetzt. In den meisten
Fällen werden Objekte kleiner und mittlerer
Größe untersucht (z.B. 10-20 cm große Skulpturen). Seit einigen Jahren richtet sich der Fokus
immer stärker auf die Untersuchung großer
Objekte, wie z. B. arbeitende Verbrennungsmotoren. Die Entwicklungen fanden bisher primär
in Großforschungseinrichtungen statt, weil nur
Forschungsreaktoren (z. B. FRM-2 in
Garchingen) und Beschleunigeranlagen (z. B.
SINQ am PSI in der Schweiz) in der Lage sind,
qualitativ hochwertige Neutronenstrahlen zu
erzeugen. Der Betrieb dieser Anlagen ist mit
sehr hohen Kosten verbunden und benötigt ein
gut geschultes und breit aufgestelltes Bedienpersonal.
Das im Projekt zu entwickelnde Verfahren bietet bei erfolgreicher Implementierung zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Bereichen: Charakterisierung radioaktiver
Abfälle, Recycling von Elektroschrott, Qualitätskontrolle in der Metall- und Elektroindustrie
oder von Turbinenlaufrädern. Es kann unter
anderen bspw. für die Endlagerung vernachlässigbar wärmeentwickelnder Abfälle eingesetzt
werden. Am Projekt sind neben dem Institut für
Nukleare Entsorgung und Techniktransfer von
Seiten der RWTH noch das Lehr- und Forschungsgebiet für Simulation in der Kerntechnik
– Center for Computational Engineering Science
(CCES), vom Forschungszentrum Jülich das Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-6) und
das Zentralinstitut für Elektronik (ZEL) sowie als
Industriepartner die Siemens AG – Corporate
Technology – Corporate Research and Technologies (CT) beteiligt. Das Projekt wird im Rahmen der Bekanntmachung „Grundlegende F&EArbeiten in der nuklearen Sicherheits- und Entsorgungsforschung zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses und zum Kompetenzerhalt“ durch das Bundesministeriums für
Bildung und Forschung (BMBF) insgesamt mit
ca. 2 Mio. € über eine Laufzeit von 3 Jahren
gefördert.
Mit dem Verbundvorhaben wird
ein wertvoller Beitrag für die wissenschaftliche
Gemeinschaft im Bereich der Neutronenradiographie und den Kompetenzaufbau und -erhalt
im Bereich der „Nuklearen Messtechnik“ geleistet.
C) Multi Element Detection Instrumental Neutron Activation (MEDINA)
Das Forschungszentrum Jülich und das NET
entwickeln in enger Kooperation ein innovatives
Messverfahren mit der Bezeichnung MEDINA Multi-Element Detection based on Instrumental
Neutron Activation, eine zerstörungsfreie Methode zur Identifizierung und Quantifizierung
toxischer Elemente in radioaktiven Abfällen. Die
Grundlage hierfür bildet die Prompt-GammaNeutronen-Aktivierungsanalyse unter dem Einsatz eines Neutronengenerators.
Zur Beurteilung der Endlagerfähigkeit müssen
radioaktive Abfälle bzgl. ihres Radionuklidinventars und ihrer stofflichen Zusammensetzung
charakterisiert und geprüft werden. Die Entwicklung hierfür geeigneter Methoden ist ein
zentrales Forschungsvorhaben des Institutsbereichs "Nukleare Entsorgung und Reaktorsicherheit" am Forschungszentrum Jülich (FZJ)
und des Instituts für Nukleare Entsorgung und
Techniktransfer (NET) der RWTH Aachen.
Ziel von Forschung und Entwicklung ist es, für
die Radionuklid- sowie für die Stoffdeklaration
zerstörungsfreie Mess- und Prüfverfahren zu
entwickeln und diese den Abfallablieferungspflichtigen sowie den Organen der Produktkontrolle zur Verfügung zu stellen. Durch die Umsetzung der wasserrechtlichen Erlaubnis für das
Endlager Konrad ist in jüngster Zeit besonders
die verpflichtende Erfassung und Bilanzierung
von nicht radioaktiven wassergefährdenden
Inhaltsstoffen zu einem wichtigen Forschungsgebiet geworden. Nachdem in einer umfangreichen Studie mit einer Testeinrichtung die
Machbarkeit bei großvolumigen Objekten gezeigt werden konnte, wurde MEDINA für die
Anwendung bei 200-l Fässern weiterentwickelt.
Die Anwendung eines solchen Multi-ElementAnalyseverfahrens vermeidet die Probeentnahme und die anschließende nasschemische
Analyse der Probe. Daher entstehen keinerlei
Sekundärabfälle. Der Verzicht auf die nasschemische Analyse resultiert in deutlicher Zeit- und
Kostenersparnis. Dies führt zu einer Reduzierung der Strahlexposition des Analytikpersonals.
130
Das integrale Messverfahren MEDINA berücksichtigt den Inhalt des gesamten Abfallfasses.
Die problematische Frage der Repräsentativität
einer Probenahme, die bei allen zerstörenden
Verfahren aufkommt und häufig ignoriert wird,
stellt sich daher nicht. Dies reduziert die GeAusgewählte Publikationen








samtunsicherheit der Analyse unter Einbeziehung aller systematischen Aspekte deutlich und
steigert die Qualität bzw. das Vertrauensniveau
der Messung.
Bis dato ist MEDINA der einzige praktikable
Lösungsansatz zur zerstörungsfreien Charakterisierung von Altabfällen. Schwerpunkte der Beteiligung bei MEDINA seitens des INBK liegen
bei der experimentellen Validierung inhomogener Matrices, der Eignung des Analyseverfahrens zur stofflichen Produktkontrolle im Endlagerungsverfahren Konrad und der Entwicklung
eines numerischen Algorithmus zur Auswertung
der mit MEDINA aufgenommenen zeitsegmentierten rotationsabhängigen Gamma-Spektren.
Kettler, J.; Mauerhofer, E.; Steinbusch, M. Detection of unexploded ordnance by PGNAA based borehole-logging. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry; 2012, DOI: 10.1007/s10967-012-2215-y
Kettler, J.; Thomauske, B. Transmutation langlebiger radioaktiver Abfallprodukte. Handbuch Energiemanagement, EW
Medien und Kongresse GmbH, 2012
Ma, J.-L.; Carasco, C.; Perot, B.; Mauerhofer, E.; Kettler, J.; Havenith A. Prompt gamma neutron activation analysis of
toxic elements in radioactive waste packages. Applied Radiation and Isotopes, 2012, Volume 70, Page 1261 – 1263
Winter, D.; Häußler, A.; Abbasi, F.; Simons, F.; Nabbi, R.; Thomauske, B.; Damm, G. High Detailed Reactor Modelling for
the Simulation of the Activity Distribution and Radiation Field at the German FRJ-2 Research Reactor. atw – International Journal of Nuclear Power, Vol. 58, Issue 11, Page 639-642
Winter, D.; Nabbi,, R.: Thomauske, B. Untersuchungen zur optimierten Nutzung der spektralen Verhältnisse in Siedewasserreaktoren mit neuen Brennstoffkonzepten. atw – International Journal of Nuclear Power, 58, 10, Page 576-578
Havenith, A.; Kettler, J.; Lethen, J. Aus- und Fortbildung in der Kerntechnik – Kompetenzerhalt in Zeiten der Energiewende. atw – International Journal of Nuclear Power, Vol. 58, Page 253 - 254
Charlier, F.; Thomauske, B. VSG - Vorläufige Sicherheitsanalyse Gorleben / Optionen zur Rückholung von Abfallbehältern. Tagungsband Jahrestagung Kerntechnik 2013, Berlin
Charlier, F. Die Rückholbarkeit von Behältern mit radioaktiven Abfällen in Steinsalz-Formationen. Kernenergetisches
Symposium Dresden, 16. Oktober 2013
 JARA, Jülich Aachen Research Alliance; SNETP
(Sustainable Nuclear Energy Technology Platform)
 Enen (European Nuclear Education Network)
Promotionen
Shetty, Nikhil Vittal: Study of Particle Transport in a High Power Spallation Target for an AcceleratorDrittmittelausgaben 2013 in %
Driven Transmutation System (2013)
Kontakt
Institut für Nukleare Entsorgung Techniktransfer (NET)
Elisabethstr. 16
52062 Aachen
Telefon: +49 241 80 96520
Fax: +49 241 80 696520
Homepage:www.net.rwth-aachen.de
Sonstige; 15%
Wirtschaft; 25%
DFG ohne
SFB; 4%
BMBF; 56%
131
Lehr- und Forschungsgebiet Aufbereitung mineralischer Rohstoffe
Univ. Prof. Dr.-Ing. Hermann Wotruba
Personal
PS*
Professor
DS**
1
Oberingenieur
1
7
1,5
1
17
* PS: Planstellen
Das Lehr- und Forschungsgebiet Aufbereitung
mineralischer Rohstoffe (AMR) lehrt und forscht
auf den Gebieten der Aufbereitung primärer
Rohstoffe. Dies umfasst im Wesentlichen die
Analyse, Charakterisierung, Zerkleinerung, Klassierung, Sortierung und Entwässerung von Industriemineralen, Rohstoffen für die Zementund Kalkindustrie, Steine und Erden, Kohle und
unterschiedliche Erze.
Durch die enge Zusammenarbeit mit nationalen
und internationalen Unternehmen ist die Lehre
und auch die angebotene Weiterbildung praxisrelevant als auch auf hohem wissenschaftlichem
Niveau. Die Forschungsprojekte sind sowohl
grundlagenbasiert, als auch anwendungsorientiert ausgerichtet. Sie greifen aktuelle Themen
auf und leisten einen wissenschaftlichen Beitrag
zu aktuellen industriellen und gesellschaftlichen
Problemstellungen.
mineralischer Rohstoffe, ausgehend von der
Rohstoffcharakterisierung, über Zerkleinerung,
Klassierung, Sortierung, bis zur Trocknung. Nach
vier Semestern ist eine Vertiefung mit der Fachrichtung Prozesstechnik möglich. Hier werden
unter anderem Aufbereitungsverfahren für ausgewählte Rohstoffe (z.B. Kohle, Kupfererz, Eisenerz, Kalisalz, etc.) im Detail technisch und
wirtschaftlich betrachtet, sowie praktische Erfahrungen im Umgang mit Aufbereitungsmaschinen im Technikum des AMR gesammelt.
Im Masterstudium folgt eine weitere Vertiefung
auf dem Gebiet der Prozesstechnik. Auslegung,
Planung und Wirtschaftlichkeitsberechnung von
Aufbereitungsanlagen werden ebenso behandelt, wie spezielle und komplexe Aufbereitungsverfahren für Erze und Industrieminerale. Hervorragende Praktiker aus der Industrie geben
als Gastprofessoren in den Vorlesungen "Aufbereitungsverfahren in der Naturstein- Kalk- und
Zementindustrie" sowie "Produktion von Kies
und Sand" ihr Wissen an die Studenten weiter.
Die Veranstaltungen werden durch Exkursionen
zu Betrieben ergänzt und sind dadurch besonders praxisnah.
A) Trockene Dichtesortierung
Die Einsparung von Ressourcen steht im Fokus
aller Industriebereiche und ist eine der zentralen zukünftigen Aufgaben. Die wichtigsten Ressourcen sind Energie und Wasser. Während die
Knappheit und Verteuerung von Energie mittlerweile weltweit spürbar ist, kommt es bei der
Wasserversorgung derzeit lediglich zu regionalen Engpässen. Durch eine steigende Weltbevölkerung, fortschreitende Industrialisierung,
und durch die Effekte der globalen Erwärmung
wird sich diese regionale Knappheit weiter ausbreiten. Der Bergbau und insbesondere die
Aufbereitung verbrauchen große Mengen an
Prozesswasser. Neue trockene Aufbereitungsverfahren können große Mengen an Wasser
einsparen, ohne die Effizienz der Aufbereitungsprozesse zu verringern. Weiterhin eröffnen sie die Möglichkeit auch in ariden Gebieten
und Regionen mit Permafrost Rohstoffe aufzubereiten und damit dort die Gewinnung von
Rohstoffen zu ermöglichen.
mineralischer lehrt den Studierenden des Studiengangs Rohstoffingenieurwesen im Bachelorstudium die Grundlagen der Aufbereitung
132
Prototyp „Aka-Flow“- eine trocken arbeitende Setzmaschine
B) Sensorgestützte Sortierung von
mineralischen Rohstoffen
Ein weiterer Forschungsschwerpunkt des AMR
ist die sensorgestützte Sortierung. Sie ist ein
trockenes Sortierverfahren, das im Korngrößenbereich von 1mm bis 300mm eingesetzt werden
kann. Die sensorgestütze Sortierung kombiniert
eine Vielzahl von aus der Analyse bekannten
Detektionsmethoden in einem weiten Bereich
des Frequenzspektrums (von Röntgenstrahlung,
Ultraviolett über den lichtoptischen Bereich bis
hin zu Nahinfrarot und thermischem Infrarot)
und nutzt sie in Verbindung mit Bildauswertungsverfahren zur Trennung von mineralischen Rohstoffen. Dabei können je nach Detektor bis mehrere zehntausend einzelne Partikel
pro Sekunde erkannt, klassifiziert und ausgeschleust werden, was Durchsätze bis zu etwa
300t/h pro Meter Maschinenbreite ermöglicht.
Die sensorgestützte Sortierung ermöglicht zum
Beispiel das Abtrennen von tauben Nebengesteinsbrocken vor der Mahlung, die Verminderung des Einsatzes von Prozesswasser und Reagenzien, die Aufbereitung von bislang nicht
wirtschaftlich abbaubaren Lagerstätten, sowie
die Wiederaufbereitung von alten Bergbauhalden. Das Lehr- und Forschungsgebiet Aufbereitung mineralischer Rohstoffe ist derzeit die
weltweit führende universitäre Forschungseinrichtung auf diesem neuen und die Aufbereitung revolutionierenden Gebiet und erhält darin
kleinere und größere Forschungsauftrage, sowohl von nationalen und internationalen Bergbauunternehmen, als auch von Maschinenherstellern. Das AMR verfügt über den weltweit
einzigen halbindustriellen Sortierer mit 6 unterschiedlichen, kombinierbaren Sensoren (Stand
der Technik sind zwei Sensoren).
Die Gewinnung und Aufbereitung mariner Ressourcen sind in den Fokus von Forschung, Politik
und Wirtschaft gerückt. Aufgrund der enthaltenen Wertmetalle und der daraus resultierenden
Möglichkeit einer gesicherten Rohstoffversorgung der Industrieländer werden derzeit weltweit Forschungsvorhaben unternommen, mit
dem Ziel wirtschaftliche und umweltverträgliche Konzepte für den Abbau, die Logistik und
die Verarbeitung mariner Rohstoffe zu entwickeln.
Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und
Rohstoffe (BGR), hat das AMR in Zusammenarbeit mit dem Institut für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling (IME) beauftragt, Studien zur mechanischen Aufbereitung
und einer metallurgischen Weiterverarbeitung
von polymetallischen Manganknollen durchzuführen.
Die aus 3.000 bis 5.000 Metern Tiefe gehobenen Knollen stammen aus dem deutschen Lizenzgebiet in der Clarion-Clipperton-Zone im
Pazifik. Die dominierenden Mineralphasen in
den Manganknollen sind Manganoxide, FerroHydroxyde und Aluminosilikate, die bei einer
Korngröße von < 10 µm verwachsen sind. In
diesen Mineralphasen bestehen verschiedene
elementare Vergesellschaftungen mit Kupfer,
Kobalt, Nickel, Molybdän und Vanadium. So
sind beispielsweise Kupfer und Nickel in den
Manganphasen gebunden, wogegen Kobalt und
Vanadium vorwiegend in den Eisenmineralen
vorzufinden sind.
Neben der Sicherstellung eines effizienten Zerkleinerungsprozesses, werden die Möglichkeiten zur Sortierung und Konzentraterzeugung am
AMR untersucht.
A) Aufbereitung von Manganknollen
Manganknollen aus der Clarion Klipperton Zone
133
B) I²Mine – Technologies and Concepts
for the Intelligent Deep Mine of the
Future
Der primäre Rohstoffsektor steht vor der Situation stetig sinkender Wertstoffgehalte mit
gleichzeitig zunehmender Komplexität der Erze.
Um eine Nutzung solcher Erze effizient und
nachhaltig zu gestalten sind neue, innovative
Ansätze bei der Gewinnung und Aufbereitung
der Erze erforderlich. Aus diesem Grund wurde
durch das European 7th Framework Program
das I²Mine (Innovative Technologies and
Concepts for the Intelligent Deep Mine of the
Future) Projekt ins Leben gerufen, um diesen
Herausforderungen entgegenzutreten. Innerhalb des Projektes werden Konzepte für das
„unsichtbare Bergwerk“ der Zukunft entwickelt.
Insgesamt sind 26 Institute aus 10 europäischen
Staaten in dem Forschungsvorhaben involviert.
mineralischer Rohstoffe (AMR), das Institut für
Bergbaukunde 1 (BBK1) und der Sensorsortierhersteller TOMRA arbeiten zusammen in der
Arbeitsgruppe mine-to-mill integration. Ein Teil
der Untersuchungen soll dabei die Potentiale
und Auswirkungen der sogenannten Ressource
to Product Integration verdeutlichen. Dafür soll
ein Vergleich des innovativen Ansatzes gegenüber konventionellen Bergwerken und Aufbereitungstechnologien genutzt werden.
Konzeptübersicht I²Mine
134





Robben,Mathilde; Knapp, Henning; Wotruba, Hermann: Applicability of near infrared sorting in the minerals industry, Charlton, Chichester / NIR Publ. (2012), NIR news, Band: 23, Ausgabe: 6
Ferreira Feil, Norton; Hoffmann Sampaio, C.; Wotruba, Hermann: Influence of jig frequency on the separation of coal from
the bonito seam - santa catarina, brazil, Amsterdam / Elsevier (2012) Fuel processing technology Band: 96
Kleine, Christoph; de Korte, G. Johann; Wotruba, Hermann; von Ketelhodt, Lütke; Robben, Mathilde: Recent developments
in dry coal sorting with X-Ray transmission, XXVI International Mineral Processing Congress - IMPC 2012 New Delhi, India
Wotruba, Hermann; Weitkämper, Lars: Aufbereitung metallurgischer Schlacken, Berliner Recycling- und Rohstoffkonferenz,
4. und 5. März 2013
Schropp, Christian; Knapp, Henning; Neubert, Kilian: Potential of NIR hyperspectral imaging in the minerals industry, Karlsruhe / KIT Scientific Publishing, OCM 2013 - Optical Characterization of Materials - conference proceedings



AKR – Aachener Kompetenzzentrum für Ressourcentechnologie e.V.
International Mineral Processing Council
Gesellschaft für Bergbau, Metallurgie, Rohstoffund Umwelttechnik e.V.


Amira International
Universidade Federal do Rio Grande do Sul UFRGS, Brasilien
Promotionen
Heinicke, Felix: Beitrag zur Modellierung der Zerkleinerung in Gutbettwalzenmühlen (2012)
Werdelmann, Jens: Zur Gewinnung nicht flotierbarer Wertstofffraktionen in der Salzaufbereitung mittels selektiver Agglomeration (2012)
Robben, Christopher: Characteristics of sensor-based sorting technology and implementation in mining"
(2013)
Kontakt
RWTH Aachen
Lehr und Forschungsgebiet Aufbereitung
Mineralischer Rohstoffe (AMR)
Lochnerstr. 4-20 Haus C
52064 AACHEN
Tel.: +49 241 80 96246
Fax: +49 241 80 92635
[email protected]
Sonstige; 3%
BMBF; 7%
EU; 7%
Wirtschaft; 83%
135
Fachgruppe Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Professoren
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Bleck
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Andreas Bührig-Polaczek
Univ.-Prof. Dr.rer.nat. Reinhard Conradt
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ulrich Epple
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr.h.c. Karl Bernhard
Friedrich
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hirt
Univ. Prof. Dr. Olivier Guillon
Prof. Dr. Ming Hu
Univ. Prof. Dr. Florian Kargl
Univ. Prof. Dr. Wolfgang Kaysser
Univ.-Prof. Dr. Sandra Korte-Kerzel
Univ. Prof. Dr. Reinhard Odoj
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Herbert Pfeifer
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Stefan Reh
Univ.-Prof. Jochen Schneider, Ph.D.
Univ.-Prof. Prof.h.c. Dr.-Ing. Dr.h.c. Dieter
Senk
Univ.-Prof. Dr.rer.nat. Robert Svendsen
Univ.-Prof. Dr.rer.nat. Rainer Telle
Lehrstuhl und Institut für Eisenhüttenkunde
Lehrstuhl für Gießereiwesen und Gießerei-Institut
Lehrstuhl für Glas und keramische Verbundwerkstoffe und Institut für Gesteinshüttenkunde
Lehrstuhl für Prozessleittechnik
Lehrstuhl für Metallurgische Prozesstechnik und
Metallrecycling und Institut für Metallhüttenkunde
und Elektrometallurgie
Lehrstuhl und Institut für Bildsame Formgebung
Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren (FZ
Jülich)
Juniorprofessur für Werkstoffmodellierung - atomare Ordnungshierarchien
Institut für Materialphysik im Weltraum (DLR)
Zentrum für Material- und Küstenforschung (HZG)
Lehrstuhl für Metallphysik und Institut für Metallkunde und Metallphysik
Nukleare Entsorgung und Reaktorsicherheit (FZ
Jülich)
Lehrstuhl für Hochtemperaturtechnik und Institut
für Industrieofenbau und Wärmetechnik im Hüttenwesen
Institut für Werkstoff-Forschung (DLR)
Lehrstuhl für Werkstoffchemie
Lehrstuhl für Metallurgie von Eisen und Stahl
Lehrstuhl für Werkstoffmechanik
Lehrstuhl für Keramik und feuerfeste Werkstoffe
und Institut für Gesteinshüttenkunde
Lehrstuhl für Korrosion und Korrosionsschutz
Univ.-Prof. Dr.-Ing.habil. Brita Daniela Zander
„Werkstoffe und Werkstofftechnologien – sowohl klassische als auch neuartige – sind die Basis und der
Motor für Produkte und Produktinnovationen: Die wichtigsten werkstoffbasierten Branchen in Deutschland erzielen einen jährlichen Umsatz von nahezu 1 Billion Euro und beschäftigen rund 5 Millionen Men-
136
schen.“ (acatech). Erst seit wenigen Jahren trägt dieses Fachgebiet in Deutschland die einheitliche Bezeichnung „Materialwissenschaft und Werkstofftechnik“ und trägt damit der untrennbaren Symbiose
aus naturwissenschaftlich geprägtem Studium der Materialherstellung, seiner Struktur und Eigenschaften und der hierauf aufbauenden ingenieurwissenschaftlich orientierten Entwicklung von Werkstoffen,
Verarbeitungsverfahren und Werkstoffanwendungen Rechnung. Die Fachgruppe hat sich daher im Jahr
2012 entsprechend umbenannt.
Den wichtigsten Forschungsthemen folgend, schlagen die Professuren die Brücke zwischen den naturwissenschaftlichen Grundlagen, den Rohstoffen, der Metallurgie und den Verarbeitungstechniken bis
hin zum Recycling. Anwendungsfelder sind Werkstoffe, Prozesse und Bauweisen für die Energietechnik,
Verkehrstechnik, Medizintechnik und die Infrastruktur. Die kontinuierliche interdisziplinäre Kooperation
mit Partnern aus unterschiedlichen Fakultäten spiegelt sich auch in den aus der Fachgruppe koordinierten DFG-Verbundprojekten (z. B.: SFB 144, SFB 370, TFB 63, SFB 289 mit TFB, SFB 761, SPP 1146, ...),
einer intensiven Beteiligung an einer Vielzahl industrieorientierter Verbundprojekte und erfolgreichen
Ausgründungen (ACCESS e.V., ZMB e.V., OWI gGmbH, GTT GmbH, …) wider. Jüngstes Beispiel ist das
Industriecluster AMAP, bei dem in Anlehnung an die RWTH-Campus Idee etwa 10 führende Unternehmen auf dem Gebiet der Herstellung, Verarbeitung und Anwendung von NE-Metallen in Aachen aktiv
werden.
Die Fachgruppe kooperiert in Forschungsprojekten, bei der Nutzung gemeinsamer Infrastruktur und in
der Lehre eng mit nahestehenden Institutionen (z. B. FZ-Jülich, MPIE, DLR, u.a.). Neben europäischer
Zusammenarbeit bestehen intensive internationale Kooperationen u.a. mit führenden Hochschulen in
den USA, Brasilien, Russland, China, Japan, Korea und den ASEAN-Staaten.
Mehr als 16,5 Mio. € Drittmittel/Jahr sind die Voraussetzung zur Finanzierung der international anerkannten und sichtbaren Leistungen in Forschung und Lehre, dies entspricht 76 % der wissenschaftlichen
Mitarbeiter und 36 % des technischen und Verwaltungspersonals.
Honorarprofessoren
apl. Professoren
Privatdozenten
Prof. Dr.-Ing. Norbert Bannenberg
Prof. Dr.-Ing. Heinz Jörg Fuhrmann
Prof. Dr.-Ing. Ulrich Brill
Prof. Dr.-Ing. Rainer Cremer
Prof. Dr.-Ing. Dipl.- Wirt.Ing.
Jürgen Rainer Hirsch
PD Dr.-Ing. Olaf Engler
PD Dr.-Ing. Wolfram Fürbeth
PD Dr.mont. Helmut Kaufmann
PD Marcus Tobias Kirschen,
Ph.D.
PD Dr.-Ing. Torsten Markus
PD Dr.-Ing. Hayo MüllerSimon
PD Denis Music, Ph.D.
PD Dr.rer.nat. Michael Spiegel
PD Dr.rer.nat. Thomas Weirich
PD Dr.rer.nat. Myrjam Winning
PD Dr.-Ing. Stefan Zaefferer
Prof. Dr.rer.nat. Klaus Hack
Prof. Dr.-Ing. Christian Küchen
Prof. Dr.-Ing. Frank Kleine Jäger
Prof. Dr.sc.techn. Georg Locher
Prof. Dr.-Ing. Hans-Ulrich Lindenberg
Prof. Dr.-Ing. Harald Peters
Prof. Dr.rer.nat. Dmitri Molodov
Prof. Dr.-Ing. Hans-Jürgen
Odenthal
Prof. Dr.-Ing. Dierk Raabe
Prof. Dr.-Ing. Klaus Peter Schmöle
Prof. Dr.-Ing. Lorenz Ratke
Prof. Dr. rer. nat. Ulrich Spohr
Prof. Dr. Stefan Reh
Prof. Dr.-Ing. Gunnar Still
Prof. Dr.-Ing. Georg Rombach
Prof. Dr.iur. Michael Trimborn
Prof. Dr.-Ing. Dipl.Wirtsch.-Ing.
Carl-Dieter Wuppermann
Prof. Dr.-Ing. Michael Schütze
Prof. Dr.-Ing. Eberhard Steinmetz
Prof. Dr.rer.nat. Erwin A.T.
Wosch
137
Personal
Professoren
14*
WMPS
50
WMDS
123
NWMPS
85
NWMDS
46
Auszubildende
48
Drittmittelausgaben
Drittmittelausgaben der Fachgruppe MuW in 2013
Sonstige; 17%
Wirtschaft; 41%
DFG ohne SFB;
25%
EU; 2%
BMBF; 3%
SFB; 11%
Abbildung 12: Drittmittelausgaben der Fachgruppe Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 2013 in
[%]
Studierende
Studierende der Fachgruppe MuW
2,000
1,800
1,600
1,200
12
179
141
1,000
370
Anzahl
1,400
31
209
54
17
191
83
569
487
800
600
814
877
931
WS 2011/12
WS 2012/13
WS 2013/14
400
200
0
Bachelor
Master
Diplom
Promotion
Sonstige
Abbildung 13: Entwicklung der Studierendezahlen der Fachgruppe Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
138
Absolventen
Absolventen der Fachgruppe MuW
350
300
34
35
Anzahl
250
47
200
73
108
38
150
35
100
54
50
27
28
18
43
2009
2010
0
44
51
70
121
113
2011
2012
Diplom
Promotionen
34
134
35
Bachelor
Master
2013
Abbildung 14: Entwicklung der Absolventenzahlen der Fachgruppe Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
139
Institut für Eisenhüttenkunde
Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Bleck
Personal
PS*
Professor
DS**
1
Oberingenieur
Akademischer Direktor
1
5
41
15
17
0
0
häufig in Kooperation mit derzeit 11 Dozenten
aus der Industrie oder externen Forschungsinstituten durchgeführt werden; In jüngster Zeit
wurde im Rahmen des Leonardo-Projektes der
RWTH Aachen die Vorlesung „Probleme und
Chancen der Globalisierung – die Stahlindustrie
als Beispiel“ neu eingeführt. Eine weitere neue
Vorlesung ist „MMM – Microstructure,
Microscopy, Modelling“, in der neue Erkenntnisse aus dem SFB „Stahl – ab initio“ mit dem
Schwerpunkt
der
modernen
Gefügebeschreibung und Modellierungswerkzeuge behandelt werden. Viele Veranstaltungen
werden durch Praktika ergänzt, für die separate
Prüfstände zur Verfügung stehen; teilweise wird
auf Forschungsaggregate zurückgegriffen.
Zur Vorbereitung, Unterstützung und Vertiefung
der Vorlesungsinhalte sind mittlerweile fünf
Skripte in Buchform zum Selbstkostenpreis erhältlich.
78
* PS: Planstellen
Das Institut für Eisenhüttenkunde lehrt und
forscht auf den Gebieten der Stahlherstellung
und –verarbeitung sowie der Anwendung metallischer Werkstoffe. Dabei sind die Lehre und
auch die angebotene Weiterbildung praxisrelevant auf hohem wissenschaftlichen Niveau. Die
Forschungsprojekte sind sowohl grundlagen- als
auch anwendungsorientiert ausgerichtet. Im
Bereich Werkstofftechnik werden in vier Arbeitsgruppen themenbezogene aktuelle Fragestellungen aufgegriffen und ein wissenschaftlicher Beitrag zu industriellen Problemstellungen
geleistet.
Das Institut engagiert sich in den Studiengängen
Werkstoffingenieurwesen (Bachelor und Master), Materialwissenschaften, Wirtschaftsingenieurwissenschaften (Fachrichtung Werkstoffund Prozesstechnik), Metallurgical Engineering
sowie Technik-Kommunikation. Schwerpunkte
sind die Grundlagen der Werkstofftechnik der
Metalle sowie zahlreiche Spezialangebote zur
Werkstoff-Entwicklung und –Anwendung, die
Im CAMPUS-System werden zusätzlich „Lehrräume“ eingerichtet, so dass die Vorlesungsunterlagen auch digital zur Verfügung stehen.
In Kooperation mit dem Institut für Bildung des
VDEh wird am IEHK das Zusatzstudium Stahl
angeboten. Dieses findet über ein Jahr verteilt
in vier Wochenkursen am Institut statt und gibt
Ingenieuren und Technikern aus der Industrie
eine Übersicht über die Prozess- und Werkstofftechnik der Stähle.
Die Forschungsthemen werden in vier Arbeitsgruppen bearbeitet. In der Werkstoffbehandlung werden Vorgänge und Eigenschaften während der Herstellung und Weiterverarbeitung
von Stählen untersucht. Die Werkstoffcharakterisierung konzentriert sich auf die Eigenschaftsermittlung mit modernen Prüfmethoden bis hin
zu messtechnischen Entwicklungen. Die Werkstoffmechanik beschäftigt sich mit Fragestellungen zur Werkstoff- und Strukturintegrität.
140
Mit neu entwickelten Modellierungsansätzen
kann
das
Verfestigungsund
Versagensverhalten metallischer Werkstoffe in
mechanisch beanspruchten Bauteilen beschrieben werden. Bei der Werkstoffsimulation steht
die integrative, numerische Modellierung von
Gefüge und Eigenschaften entlang von Prozessketten im Vordergrund. ICMPE (Integrative
Computational Material and Production Engineering)
zielt
auf
eine
integrative,
gefügebasierte, numerische Modellierung von
Prozessen und Prozessketten. In allen Arbeitsgruppen steht als Ziel eine Korrelation von Gefüge und mechanischen Eigenschaften, um Vorhersagen über das Werkstoffverhalten treffen
zu können und letztlich gezieltes Werkstoffdesign zu betreiben.
A) Erdbebensicheres Bauteildesign
Die Erdbebensicherheit von Komponenten der
Infrastruktur wird durch die Anwendung europäisch harmonisierter Auslegungsvorschriften
nachgewiesen. Durch Anwendung neuer schädigungsmechanischer
Modellierungsansätze,
die aufgrund ihres phänomenologischen Charakters eine ausreichende Recheneffizienz zur
Simulation komplexer Bauteile aufweisen, kann
das Versagensverhalten großer Bauteile unter
zyklischen Belastungen mit großer plastischer
Dehnungsamplitude quantitativ beschrieben
werden. Die Anwendung dieser neu entwickelten Modelle soll zukünftig zur Ableitung realistischer Sicherheitsfaktoren führen, die den Einsatz höher- und hochfester Baustähle ermöglichen. Die experimentelle Validierung des sogenannten „ultra low cycle fatigue“ Modells erfolgt auf Basis der im Bild dargestellten Erdbebensimulationen an innendruckbelasteten
Rohrbögen.
B) Rechnergestützte Entwicklung eines aluminiumfreien, mikrolegierten
Einsatzstahls für Großgetriebe
Eine Simulationsplattform für die integrative
Modellierung von Werkstoffen und Prozessketten wird genutzt, um einen aluminiumfreien
Einsatzstahls mit verbessertem Reinheitsgrad
für Großgetriebe in der Windindustrie zu entwickeln. Zur Validierung wird der entwickelte
Stahl auf Laborebene hergestellt, ein Kegelrad
geschmiedet und die Eignung zur Hochtemperatur-Aufkohlung experimentell nachgewiesen.
Die Verbesserung der Lebensdauer von einsatzgehärteten Getriebebauteilen hat für Windanlagenhersteller eine hohe Priorität und nur die
zuverlässige Vermeidung von Frühausfällen
stellt einen wirtschaftlichen Betrieb von Windkraftanlagen sicher. Die Lebensdauer von Getriebebauteilen ist von vielen Einflussgrößen
abhängig, die während Werkstoffherstellung,
Umformung oder Wärmebehandlung eingestellt
werden.
Ein werkstofftechnisch begründeter Ansatz zur
Verbesserung des oxidischen Reinheitsgrads
stellt die Reduzierung des Aluminiumgehaltes
dar, wodurch im Werkstoff die Wahrscheinlichkeit von lebensdauerreduzierenden Aluminiumoxiden und somit eines Frühausfalls der Windkraftanlage sinkt.
Die Entwicklung des aktuellen aluminiumfreien
Legierungskonzeptes zielt auf die Substitution
von
Aluminium-Nitriden
durch
NiobCarbonitride. Grundlage für die Modellierung ist
eine Simulationsplattform zur Berechnung von
Prozessketten, die Berechnungen auf allen relevanten Betrachtungsebenen von der Nanoskale
der Ausscheidungen über die Mikroskala des
Gefüges bis zur Makroskale der Bauteile und
damit die Optimierung von Legierungen und
Prozessparametern ermöglicht.
Zur Validierung des rein numerisch entwickelten
Legierungskonzeptes wurde eine Laborschmelze
erstellt, zu einem Stab prozessiert und bzgl.
Reinheitsgrad und Feinkornbeständigkeit bei
hohen Aufkohlungstemperaturen untersucht.
Eine besonders gute Feinkornbeständigkeit
zeigt die modifizierte Variante nach Blindhärten
bei 1050 °C 12 Stunden oder auch bei 1100 °C 1
Stunde nach einer Prozesskette mit FP-Glühen.
Experimentelle Erdbebensimulation an einem innendruckbelasteten Rohrbogen.
141
Verkürzte Prozesskette durch Wärmebehandlung aus der
Schmiedehitze
kombiniert
mit
HochtemperaturAufkohlung und Nachweis der Feinkornbeständigkeit.
C) Neue Schmiedestähle aus dem
Labor
Die Entwicklung von Schmiedestählen mit dem
Ziel der Optimierung von Bauteileigenschaften,
der Vereinfachung und Kostenreduzierung der
Prozessrouten oder der Substitution kritischer
Legierungselemente stellt einen der Schwerpunkte der Forschungsarbeiten des IEHK dar. In
mehreren, thematisch aufeinander abgestimmten Projekten, werden in enger Zusammenarbeit mit Partnern der Stahl– und Schmiedeindustrie und der Wissenschaft Lösungsansätze
für wirtschaftliche und für die jeweiligen Einsatzzwecke optimierte Schmiedestähle erarbeitet. Der neue Schmiedewerkstoff HDB Stahl
(höchstfest duktil bainitisch) wurde zur Realisierung einer effizienten Prozesskette in Verbindung mit einer Erhöhung der Festigkeit für hoch
beanspruchte Strukturbauteile entwickelt. Ziel
ist es, hohe Festigkeiten, wie sie bisher z.B.
durch martensitische Gefüge dargestellt werden, mit den Zähigkeitseigenschaften von AFPStählen zu kombinieren. Die Prozesskette zur
Herstellung von Schmiedebauteilen aus HDB
Stählen, die konventionell durch mehrere Erwärmungsschritte charakterisiert wird, soll
durch eine direkte Ausnutzung der Schmiedehitze ökonomisch optimiert werden.
Bereits seit Jahrzehnten sind austenitische
nichtrostende Stähle aus vielen Bereichen des
alltäglichen Lebens nicht mehr wegzudenken.
Jedem bekannt ist der Einsatz im sanitär- oder
Küchenbereich, wo die Korrosionsbeständigkeit
die treibende Kraft darstellt. In den letzten Jahren sind aber die hervorragenden Eigenschaften
als Konstruktionswerkstoff in den Vordergrund
gerückt.
Ein Grund dafür ist die sehr
gute Kombination aus hoher Festigkeit und gleichzeitig guter Umformbarkeit.
Hinzukommt, dass diese
Werkstoffgruppe in Abhängigkeit von der chemischen
Zusammensetzung in der
Lage ist, verformungsinduziert eine Phasenumwandlung, die auch unter dem
Begriff TRIP-Effekt bekannt
ist, zu durchlaufen. Dieser Effekt kann gezielt
zur Eigenschaftsoptimierung während der Umformung, bspw. im Crash genutzt werden. Allerdings kann dieser auch unter ungünstigen
Bedingungen zu einer Verschlechterung der
mechanischen Eigenschaften führen. Dies erfordert eine genaue Charakterisierung des
Werkstoffes, um im Anwendungsfall wirklich
das Optimum des Werkstoffes nutzen zu können. Unter Variation von Dehnrate und Temperatur kann der optimale Einsatzbereich definiert
werden.
Typische Dehnraten
im Crash [EuroNCap]
Fließkurve (durchgezogene Linie) und dazugehörige Verfestigungskurve (gestrichelt) im dynamischen Zugversuch
Vergleich von HDB Stahl mit konventionellen Stählen
D) Sicherheit beim Crash
E) SFB 761 „Stahl ab initio“ - Nanostrukturen
Stähle mit erhöhten Mn-Gehalten und Hochmanganhaltige Stähle (HMnS) weisen eine außerordentlich hohe Verfestigung und daraus
resultierend eine hervorragende Kombination
von Festigkeit und Umformbarkeit auf Diese
Eigenschaftskombination wird durch die komplexe Gefügestruktur erreicht. Charakteristisch
für HMnS ist, dass sie aus einer einzelnen
austenitischen Phase oder aus einer mehrphasi-
142
gen Matrix mit hohem Austenit-Volumenanteil
bestehen. Sie sind durch metastabile Gefüge
gekennzeichnet, die sich während der Verformung verändern und kontinuierlich verfeinern
können. Entsprechend der dominierenden Phänomene kann eine Einteilung erfolgen: In
bainitischen Stählen entwickeln sich ultrafeine
Gefügestrukturen als Folge von Umwandlungen,
die gleichzeitig mit Ausscheidungen auftreten.
Der TRIP (Transformation Induced Plasticity)Effekt basiert auf der verformungsinduzierten
Umwandlung von Austenit zu Martensit. Bei
TWIP (Twinning Induced Plasticity)-Stählen setzt
während der Verformung eine Zwillingsbildung
im nm-Bereich ein. In MBIP (microband induced
plasticity) ruft planares Versetzungsgleiten aufgrund der Bildung intermetallischer Phasen die
Verfestigung hervor. Die Kontrolle der vorherrschenden Verformungsmechanismen ist somit
der Schlüssel zur Steuerung der Werkstoffeigenschaften.
Nanostrukturierte Gefüge von hochfesten Stählen mit
verschiedenen Verformungsmechanismen.
Diese Stähle haben eine solch feine
Gefügestruktur, dass sie mit Untersuchungsmethoden im µm-Bereich nicht mehr ausreichend
charakterisiert werden können. Eine vollständige Beschreibung muss auch Eigenschaften der
Mikrostruktur im nm-Bereich berücksichtigen.




Falk, H.; Falk, M.; Norden, M.; Huber, F.; Bleck, W.: Measurements of gas phase reactions at steel surfaces using a mass
spectrometer probe, Metallurgical Analysis, 2012, (32) 4, S.18-22
Labudde, T.; Ingendahl, T.; Wildau, M.; Saeed-Akbari, A.; Hoffmann, S.; Bleck, W.: Charakterisierung der Verformungsmechanismen bei hoch Mn-legierten Stählen unter einachsiger Zugbeanspruchung. Materials Testing 55 (2013) Nr. 9, S. 636642
Lian, J.; Sharaf, M; Archie, F.; Münstermann, S: A hybrid approach for modelling of plasticity and failure behaviour of
advanced high-strength steel sheets. International Journal of Damage Mechanics 22 (2013) 2, S. 188-218
Münstermann, S.; Lian, J.; Bleck, W: Design of damage tolerance in high-strength steels. International Journal of Materials
Research 103 (2012) 6, S. 755-764
 Ramazani, A.; Mukherjee, K.; Schwedt, A.; Goravanchi, P.; Prahl, U.; Bleck, W.: Quantification of the effect of transformation
induced GNDs on the flow curve modelling of DP steels, International journal of plasticity, 43 (2013) April, S. 128-152
 Rieger, T.; Herrmann, K.; Carmele, D.; Meyer, S.; Lippmann, T.; Stark, A.; Bleck, W.; Klemradt, U.: Quenching and Partitioning


- an in-situ approach to characterize the process kinetics and the final microstructure of TRIP-assisted steel; Advanced Materials Research 409 (2012). Zürich: Trans Tech Publications 2012, S. 713-718
Schmitz, G.J.; Prahl, U.: (eds): Integrative Computational Materials Engineering – Concepts and Applications of a Modular
Simulation Platform, Wiley, 2012, ISBN: 978-3-52733-081-2
Vajragupta, N.; Uthaisangsuk, V.; Schmaling, B.; Münstermann, S.; Hartmaier, A.; Bleck, W.: A micromechanical damage
simulation of dual phase steels using XFEM. Computational Materials Science 54 (2012), S. 271-279








AixViPMaP, Aachen Virtual Platform for Materials Processing
Profilbereich
Materialwissenschaften
und
Werkstofftechnik der RWTH
ZMB, Zentrum Metallische Bauweisen an der
RWTH Aachen
Exzellenzcluster: integrative Produktionstechnik
für Hochlohnländer, RWTH Aachen University
DGM, Deutsche Gesellschaft für Materialkunde
DVM, Deutscher Verband für Materialprüfung
DVS, Deutscher Verband für Schweißtechnik
ICAMS, Interdisciplinary centre for advanced
materials simulation











GfKorr, Gesellschaft für Korrosionsschutz e.V.
WAW, Wissenschaftlicher Arbeitskreis Werkstofftechnik
M2i – Materials to Innovation, Niederlande
TU BA Freiberg
Northeastern University, China
University of Science and Technology Beijing, China
University of Thessaly, Griechenland
POSTECH, Korea
Colorado School of Mines, USA
Indian Institute of Technology, Kharagpur
MPI für Eisenforschung, Düsseldorf
Promotionen
Ellenschläger, Andreas: Bildung von Ablagerungen durch Biodiesel in einem Führungsspiel und deren
versuchstechnische Bewertung (2012)
143
Klesen, Christian Peter: Über die Struktur und das Korrosionsverhalten nanopartikelbasierter keramischer Beschichtungen auf Stahl (2012)
Guo, Xiaofei: Influences of Microstructures, Alloying Elements and Forming Parameters on Delayed
Fracture in TRIP/TWIP-Aided Austenitic Steels (2012)
Suwanpinij, Piyada: Multi-scale Modelling of Hot Rolled Dual-phase Steels for Process Design (2012)
Schulze, Sebastian Leif: Charakterisierung der Binderstrukturen im Schaumgrünling und Sinterverhalten
von hochlegierten Schlicker Reaktions-Stahlschäumen (2012)
Shash, Ahmed Yehia Mohamed: Influence of carbide morphology and composition on the high temperature mechanical properties of high alloy steel grades (2012)
Keul, Christoph Alexander: Einstellung, Charakterisierung und Eigenschaften von bainitischen Mikrostrukturen in Schmiedestählen mit mittlerem Kohlenstoffgehalt (2012)
Feng, Yujie: Strengthening of steels by ceramic phases (2013)
Schruff, Christian: Ressourceneffizienter Einsatz hochfester Stähle durch schädigungsmechanische Bemessung unbefeuerter Druckbehälter (2013)
Ma, Ning: Prediction of springback for ultra high strength steel sheets (2013)
Ramazani, Ali: Microstructure based failure model of DP steels (2013)
Twardowski, Raphael: Mikrostrukturelle Beschreibung von Verformung und Schädigung hochmanganhaltiger Stähle mit TRIP- und TWIP-Effekt (2013)
Schwabe, Jonas Karl Moritz: Entwicklung von dichtereduzierten Feinblechstählen für Automobilanwendungen (2013)
Hosten, Andrea: Numerische Modellierung dynamischer Belastungen von Stählen (2013)
Kontakt
IEHK - Lehrstuhl und Institut für Eisenhüttenkunde
Intzestraße 1
52072 Aachen
Telefon: +49 241 8095782
Fax:
+49 241 8092224
E-Mail:
[email protected]
Homepage:
www.iehk.rwth-aachen.de
Sonstige; 21%
Wirtschaft; 38%
DFG ohne SFB;
19%
BMBF; 2%
SFB; 15%
EU; 4%
144
Lehrstuhl für das gesamte Gießereiwesen und Gießerei-Institut
terdisziplinärem, teamorientiertem und wissenschaftlichem Charakter vermitteln den Studierenden, besonders auch im Hinblick auf die
berufliche Praxis, eine ganzheitliche Methodenund Wissensbasis.
A) Innovative Gießverfahren
Forschungsgegenstand ist hier die Neu- und
Weiterentwicklung zukunftsweisender Gießtechnologien. Schwerpunkte liegen beispielsweise in der Erforschung von (hybriden) Leichtbaukonzepten, der gerichteten Erstarrung oder
der Mikrostrukturierung von Oberflächen.
Univ.-Prof. Dr.-Ing.
Andreas Bührig-Polaczek
B) Legierungsentwicklung
Personal
Professor
1
Akademische Oberräte
2
2
17
9
4
Optimierte Bauteile und Verfahren erfordern
weiterentwickelte Gusswerkstoffe, die mit modernsten Methoden entwickelt werden. Hierzu
gehören thermodynamische Berechnungen und
innovative Gefügeanalytik, aber auch experimentelle Verifikationen der geforderten Eigenschaften.
Gastwissenschaftler
2
C) Numerische Simulation
14
Zur Genese innovativer Ein- und Mehrphasensimulationen werden für verschiedene Medienkombinationen sowohl thermo-mechanische als
auch mathematisch-physikalische Modelle entwickelt und untersucht. Ziel ist die Vorhersage
und Optimierung sowohl makroskopischer, als
auch mikroskopischer Werkstoffeigenschaften.
PS*
DS**
* PS: Planstellen
Das Gießerei-Institut (GI) ist eine der führenden
Forschungs-und Bildungseinrichtungen für Gießereitechnik weltweit. Aus dem Selbstverständnis der >Einheit von Forschung und Lehre<,
resultiert nicht nur eine gleichermaßen grundlagen- sowie anwendungsorientierte Forschung,
sondern auch eine in Theorie und Praxis fundierte Ingenieurausbildung. Die enge Kooperation mit dem An-Institut Access e.V. sowie dem
am Gießerei-Institut verorteten Lehrstuhl für
Korrosion und Korrosionsschutz gewährt allen
drei Einrichtungen ein hervorragendes Forschungsumfeld mit modernster Anlagentechnik
und Analytik.
Das Gießerei-Institut engagiert sich mit einem
umfangreichen Fächerangebot in Bachelor- und
Masterstudiengängen der RWTH. Eine gießereitechnische Vertiefung bieten die Studiengänge
>Werkstoffingenieurwesen<, >Wirtschaftsingenieurwesen< und >Metallurgical Engineering<.
Die Lehrveranstaltungen vermitteln sowohl das
Basiswissens als auch die vertieften Zusammenhänge gießtechnologischer Prozesse und Werkstoffe. Zahlreiche ergänzende Praktika mit inForschungsbericht 2012/2013
C) Bionik
Angelehnt an natürliche Konstruktionsprinzipien werden unter anderem mikrostrukturierte
Oberflächen und strukturoptimierte Schwämme
erforscht und gefertigt. Ziel ist die Optimierung
der Schlüsseleigenschaften von technischen
Sicherheitsbauteilen und Implantaten.
A)„Integrative Produktionstechnik für
Hochlohnländer“, Phase II
Nach erfolgreichem Abschluss der ersten Phase
des Exzellenzclusters „Integrierte Produktionstechnik für Hochlohnländer“ ist das GießereiInstitut auch in der zweiten Phase in zwei Teilprojekten beteiligt. Im Teilprojekt A3 wird eine
Methodik zur automatisierten Auslegung und
Optimierung von Druckgießwerkzeugen mit
besonderem Fokus auf Gießsystem und Werkzeugtemperierung erarbeitet. Der in der ersten
Phase entwickelte Optimierungsalgorithmus
145
wird optimiert und mittels Gießversuchen validiert. Die Arbeiten im Teilprojekt C3 sollen das
hybride Mehrkomponentendruckgießen weiter
entwickeln und die Ergebnisse der ersten Projektphase auf ein komplexeres Bauteil übertragen. Die Fertigung der hybriden Bauteile erfolgt
auf einer am Gießerei-Institut vorhandenen,
modifizierten Druckgießmaschine.
B) Auftauchverfahren zur Fertigung
einkristalliner Turbinenschaufeln
Im Rahmen des DFG-Forschungsschwerpunktes
„Entwicklung eines Auftauchverfahrens zur
Herstellung einkristalliner Turbinenschaufeln“
soll die gerichtete Erstarrung mittels einer neuen Verfahrenstechnik optimiert werden. Hierbei
wird durch Herausziehen / Auftauchen eines
Einkristallimpflings aus einer überhitzten Superlegierung ein von oben nach unten gerichtetes
Kristallwachstum erzeugt. Dies hat im Vergleich
zu den traditionellen Verfahren der gerichteten
Erstarrung erhebliche Vorteile. Zum einen kann
durch die Realisierung einer dünneren Formschale und einem damit einhergehenden höheren Temperaturgradienten an der Erstarrungsfront ein feineres Mikrogefüge erzielt werden.
Zum anderen minimiert das von oben nach unten
gerichtete
Einkristallwachstum
die
Frecklesbildung, den Hauptgussfehler bei Turbinenschaufeln.
C) Al-Legierungsoptimierung
Die Legierungsentwicklung am Gießerei-Institut
befasst sich verfahrensübergreifend mit der
Werkstoffentwicklung. Unterstützt durch das
Förderprogramm „Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand“ (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie, fokussiert
ein mit Kooperationspartnern aus der Industrie
durchgeführtes Vorhaben die Weiterentwicklung
von
6000er
und
7000er
AlKnetlegierungen, aus denen u.a. Profile oder
Draht, z. B. zur Produktion von Schrauben, hergestellt werden. Die gängigen für diese Bauteile
verwendeten Legierungen verfügen für einige
neue Anwendungsbereiche jedoch über unzureichende Gebrauchseigenschaften. Auf Basis
von thermochemischen Berechnungen sollen
die Legierungszusammensetzungen auf die gewünschten Eigenschaften optimiert, sowie Abschreck- und Aushärtbarkeit untersucht und
validiert werden. Ziel ist die Einsparung unnötiger Prozessschritte zur Kostenersparnis.
D) GenCast – Verbundguss auf dem
Weg zur Prototypenfertigung
Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und
Technologie im Rahmen des ZIM (Zentrales
Innovationsprogramm Mittelstand) geförderte
Verbundgussprojekt GenCast hat das Ziel, eine
Verfahrenskombination aus Metallguss und
selektivem Laserschmelzen zur Herstellung von
Hochleistungswerkzeugen und -bauteilen aus
Metall/Metall-Werkstoffkombinationen zu entwickeln. Auf dem jetzigen Stand der Forschung
können bereits Probekörper im Verbund aus
Werkzeugstählen und Kupfer sowie Gusseisen
im Form- bzw. Stoffschluss hergestellt werden.
Für diese Werkstoffkombinationen sollen erste
Funktionsprototypen produziert und im Fertigungsbetrieb erprobt werden.
E) Frecklesvorhersage erweitert um
Schatteneffekte bei der gerichteten
Erstarrung
Freckles sind Gussfehler, die zumeist an der
Oberfläche gerichtet erstarrter Superlegierungen wie CMSX-4 auftreten. Dabei handelt es
sich um Ketten von Fehlkörnern, die durch Abscheren von Dendritenarmen aufgrund thermosolutaler Konvektion zustande kommen. Im
Rahmen eines Grundlagenprojektes wurde ein
bestehendes Freckleskriterium erweitert, so
dass nun auch Schatteneffekte einbezogen
werden. Schatteneffekte treten an den Flächen
einer Gießtraube auf, die den Heizern abgewandt sind, d.h. im Zentrum der Gießtraube.
Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die kritische Vergleichszahl zur Frecklesbildung an der
Schattenseite um bis zu 25% überschritten wird.
Validierungsexperimente zeigen, dass die
146
Freckles tatsächlich auch an diesen Stellen auftreten.
a)
b)
c)
d)
F) Natürliche hierarchische Strukturen
als Vorbilder für technische Bauteile
Im Mittelpunkt des im DFG-Schwerpunkt
SPP1420 geförderten Projekts stehen die Schalen der Pomelo Frucht und der Makadamia„Nuss“. Beide zeigen außergewöhnliche Eigenschaften, wie eine hohe Energiedissipation während des Aufpralls oder eine sehr schwer aufzubrechende Schale, welche durch eine spezielle
Anordnung der vorhandenen Bausubstanz auf
verschiedenen Skalenebenen, der sog. „Hierarchischen Struktur“, realisiert werden. Gemein-
sam mit Biologen der Universität Freiburg und
Materialwissenschaftlern der TU Berlin untersucht das Gießerei-Institut die unterschiedlichen hierarchischen Ebenen der natürlichen
Vorbilder und überträgt die Struktur-FunktionsPrinzipien auf technische Bauteile. So konnte
zum Beispiel aufgezeigt werden, dass das Absorptionsvermögen metallischer Schwämme
entscheidend durch eine Faserverstärkung und
Gradierung der Porendichte verbessert wird.
Potentielle Anwendungen der bio-inspirierten
Strukturen stellen Verpackungen für Gefahrengüter und Sicherheitsbekleidung dar.








Bogner, S.; Hu, L.; Hollad, S.; Hu, W.; Gottstein, G.; Bührig-Polachek, A.: „Microstructue of a eutectic NiAl-Mo alloy directionally solidified using an industrial scale and a laboratory sale Bridgman furnace”, International Journal Materials
Research, (Z. Metallkunde), 103, 2012, S. 17-23 (ISSN 1862-5282)
Bührig-Polaczek, A.; Michaeli, W.; Spur, G.: „Handbuch Urformen“, Reihe „Handbuch der Fertigungstechnik“, Carl
Hanser Verlag 2013, ISBN: 978-3-446-43406-6
Freyberger, S.; Oehl, F.; Vroomen, U.; Buehrig-Polaczek, A. : “On relation of development of speed of ultrasound in
hardening polyurethane coldbox binders”. In: International journal of cast metals research. -London: Maney [u.a.] ISSN: 0953-4962, 1364-0461, 1743-1336. -26 (2013) , 5, S./Art.: 279-282
Ivanova, E.; Bührig-Polaczek, A.: „Investigation of the suitability of PA12-models made in the rapid prototyping process for the production of graded topology-optimized sponge structures in the investment casting“, Proceedings of
CellMat Conference 2012, (ISBN 978-3-00-039965-7)
L. Hu, W. Hu, G. Gottstein, S. Bogner, S. Hollad, A. Bührig-Polaczek: Investigation into microstructure and mechanical
properties of NiAl-Mo composites produced by directional solidification, Materials Science and Engineering A, 539
(2012) 211-222.
Ma, D.; Wu, Q.; Bührig-Polaczek, A.: „Some new observations on freckle formation in directionally solidified superalloy components“, Metallurgical and Materials Transaction B, Vol. 43B, 2, 2012, S. 344-353, (ISSN 1073-561)
Schenke, G.; Joop, D.; Vroomen, U.; Bührig-Polaczek, A.: „Hybride Fertigungsverfahren zur Umsetzung gussintensiver
Leichtbaukonzepte: Grundlagenforschung und Prozessentwicklung am Giesserei-Institut der RWTH Aachen University“; DGM Verbundwerkstoffe 2013: 19. Symposium Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde; Tagungsband; 03. –
05. Juli 2013, Karlsruhe–ISBN: 978-3-00-042309-3.
Schüler, P.; Fischer, S.; F.; Bührig-Polaczek, A.; Fleck, C.: “Deformation and failure behavior of open cell Al foams under quasistatic and impact loading” : Materials Science&Engineering A587 (2013) 250–261
147








Mitglied des Vorstandes „Deutscher Gießereifachleute e.V.“ (VDG)
Sprecher des Vorstandes des Studientages Materialwissenschaften und Werkstofftechnik e.V.
Sprecher des Vorstandes des Fakultätentages
Materialwissenschaften und Werkstofftechnik
Sprecher der Akademischen Interessensgemeinschaft Gießereitechnik (akaGuss)
Gründungsmitglied des „aluminium engineering
center e.V.“ (aec)
Mitglied des Vorstandes „Wissenschaftlicher
Arbeitskreis der Universitäts-Professoren der
Werkstofftechnik e.V.“ (WAW)
Mitglied des Stiftungsrates der Eisenbibliothek
Mitglied des Stiftungsbeirates der Stiftung
Sayner Hütte











Mitglied im Editorial Board des „International
Journal of Cast Metals Research“
Mitglied im Editorial Board von „Foundry Research “
Technische Universität Berlin
Technische Universität Clausthal
Technische Universität Kassel
Technische Universität München
Universität Freiburg
Montanuniversität Leoben, Österreich
Jiangsu University, Jiangsu, P.R. China
Aluminum Casting Research Center (ACRC),
Worcester Polytechnic Institute, USA
Eidgenössische Technische Hochschule Zürich,
Schweiz
Promotionen
Küthe, Fabian: Prozessoptimiertes Druckgießen von Stählen im teilflüssigen Zustand (2012)
Bulla, Annemarie Karin: Messungen der fest-flüssig Grenzflächenenergie in ternären Systemen (2012)
Hagemann, Katrin: Gießtechnische Herstellung offenporiger Implantate aus Ti6Al7Nb (2012)
Oberschelp, Christian: Hybride Leichtbaustrukturen für den Karosseriebau - gusswerkstofforientierte
Anwendungsuntersuchungen für das Druckgießen (2012)
Hollad, Simon Daniel: Eignung des Verfahrens der gerichteten Erstarrung zur Herstellung von Gasturbinenschaufeln aus der intermetallischen NiAl-Legierung FG75 (2013)
Lu, Hao: Development of the thin shell casting technology for downwards directional solidification
(2013)
Lao, Bin: Druckgegossene Metallhybridstrukturen für den Leichtbau-Prozess, Werkstoffe und Gefüge der
Metallhybriden (2013)
Freyberger, Stephan: Bestimmung der Härtungskinetik gashärtender Kernherstellungsverfahren zur
numerischen Prozesssimulation (2013)
Ivanov, Todor Stefanov: Herstellung mikrostrukturierter Oberflächen im Feingießverfahren (2013)
Kontakt
Lehrstuhl für das gesamte Gießereiwesen
und Gießerei-Institut
Intzestr. 5
D-52072 Aachen
Telefon: +49 (0)241 80-95880
Fax: +49 (0)241 80-92276
Homepage: http://www.gi.rwth-aachen.de
BMBF; 2%
Wirtschaft; 20%
Sonstige; 33%
DFG ohne SFB;
45%
148
A) Einführung in die Werkstofftechnik: Glas (Bachelor)
Institut für Gesteinshüttenkunde,
Lehrstuhl für Glas und keramische
Verbundwerkstoffe
Die Vorlesung behandelt die Natur des Glaszustandes im allgemeinen, die Strukturchemie
und die Materialeigenschaften silicatischer
Gläser sowie den industriellen Glasherstellungsprozess von der Rohstoffakquise bis zur Formgebung.
B) Vertiefungsfächer
I.
Werkstofftechnik Glas
(Phys. Chemie und Technologie des
Glases)
II.
Thermodynamik und Reaktionskinetik nichtmetallischer Werkstoffe
Name Institutsleiter
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Reinhard Conradt
Personal
Professor
1
Oberingenieur
1
III. -
2
5
Inhalte zu den Vertiefungsfächern entnehmen
Sie bitte: www.ghi.rwth-aachen.de
2
2
PS*
DS**
5
* PS: Planstellen
Der Lehrstuhl für Glas und keramische Verbundwerkstoffe des Instituts für Gesteinshüttenkunde hat sich die Aufgabe gestellt, eine
Brücke von den werkstoffwissenschaftlichen
und physikochemischen Grundlagen glasbildender Systeme zu den industriellen Schmelz- und
Verarbeitungsprozessen zu schlagen.
In der Lehre werden die Grundlagen der Werkstoffkunde oxidischer Gläser, der Physik und
Chemie von Oxidschmelzen, der Mechanik
viskoelastischer Medien, sowie der industriellen
Schmelz-, Verarbeitungs- und Veredlungsprozesse vermittelt. Ergänzt wir dies Angebot durch
Vorlesungen zur Thermodynamik nichtmetallischer anorganischer Werkstoffe, zur Kinetik der
chemischen Reaktionen in Schüttgütern und
zwischen Glas(schmelze) und Umgebungsmedium sowie zu speziellen Themen aus Produktionstechnik, Anlagenbau, der Chemie von
Hochtemperaturschmelzen und der Herstellung
und Anwendung von glasbasierten Verbundwerkstoffen.
Anlagen in der Glasindustrie
Technologie des Flachglases
Chemie der Glasschmelze
Fügen mit Glas
Die gegenwärtigen Forschungsschwerpunkte
umfassen experimentelle und theoretische Arbeiten zum thermodynamischen Zustand glasbildender Oxidsysteme inklusive der Modellierung der thermochemischen und -physikalischen Eigenschaften vielkomponentiger Gläser
und Glasschmelzen und der daraus abgeleiteten, gezielten Entwicklung von Gläsern und
Fügeloten mit vorgegebenen Eigenschaftsprofilen. Weitere Schwerpunkte sind die Chemie und
Tribochemie der Glasoberfläche, die Thermodynamik, Kinetik und Prozesstechnik abschmelzender Haufwerke aus primären und sekundären Rohstoffen sowie die wärmetechnische
Analyse industrieller Schmelzprozesse.
A) Thermochemie
Theoretische Kompetenz
Thermodynamische Modellierung der Eigenschaften vielkomponentiger Oxidgläser und
-glasschmelzen: Bildungswärmen, freie Bildungs-enthalpien, chemische Potentiale einzelner Oxide; Entropien, Viskositäts-Temperaturfunktion.
Experimentelle Kompetenz

Messung kalorischer Größen von Raumtemperatur bis 1600 °C; DSC, Einwurf-, Lö-
149




sungskalorimetrie, Calvet-Kalorimetrie, Differential-Thermoanalyse und hochpräzise,
langzeitstabile Thermogravimetrie.
Verdampfungsprozesse, Dampfdruckmessung, chemischer Potentiale in Schmelzen,
DTA-TG in Kombination mit Massenspektrometrie (Jet-Kopplung).
Thermoanalytik.
Thermooptik.
Viskosimetrie.
B) Prozesstechnik


optischen Gläsern, Spülmaschinenfestigkeit
von Haushaltsgläsern, Biokompatibilität von
Glas im Kontakt in vivo.
Chemisch-mechanische Politur (CMP) optischer/feinoptischer
Gläser,
Prozessverhalten von Poliermitteln, Charakterisierung der Poliersuspensionen.
Nasschemische Oberflächenanalytik mit
Tiefenauflösung im Bereich < 10 nm
(„nano-Ätzen“)
D) Glaskeramische Verbundwerkstoffe
Wärmetechnische Prozessanalyse; Massen-,
Wärme-, Leistungs-, Entropiebilanzen für Glasschmelzwannen. Entwicklung von zeitabhängigen Bilanzmodellen.
Experimentelle Anwendungen




Experimentelle Charakterisierung von HochT-Reaktionen in vielkomponentigen Haufwerken: thermische, chemische, kalorische
Eigenschaften; Strahlungswärmeübergang.
Messung und Visualisierung von Schmelzvorgängen: Einschmelzen, Auflösungsvorgänge, Verdampfung, Läuterung (druckabhängig).
Primär-, Sekundärrohstoffe und Recycling;
Rohstoffsubstitution; Wirkungsweise organischer, keramischer und metallischer
Fremdstoffe auf die Glasqualität.
Vermeidung der Bildung von Kondensaten
in Abgasstrecken und Filteranlagen.
C) Glasoberfläche



Thermodynamische Modellierung komplexer wässriger Systeme unter Berücksichtigung anorganischer und organischer
Sustanzen.
Modellierung der Adsorptionsgleichgewichte an Glasoberflächen im Kontakt mit o.g.
wässrigen Lösungen.
Modellierung der hydrolytischen Stabilität
und der Korrosionsgeschwindigkeit beliebiger Oxidgläser in o.g. wässrigen Lösungen.

Korrosionsverhalten technischer Gläser;
Langzeittests; hydrolytische Stabilität von
Modellmäßige Anpassung der chemischen
Zusammensetzung von oxidischen Gläsern an
ein vorgegebenes Eigenschaftsprofil („reverse
engineering“): thermomechanische Eigenschaften, chemisches Verhalten im Grenzflächenkontakt zu Metallen, Keramiken und reaktiven
Atmosphären.



Maßgeschneiderte Werkstoffentwicklung.
Entwicklung von Glaslotsystemen für Verbunde: Keramik / Keramik, Keramik / Metall, Metall / Metall.
Entwicklung gasdichter glaskeramischer
Schichten für Metalle (Al, Stahl).
 Entwicklung und Optimierung faserverstärkter glaskeramischer Verbundwerkstoffe.
A) Effiziente Abgasreinigung von
Borosilicatglas-Schmelzanlagen (AiFNr. 17069 N)
Ziel des Vorhabens ist es, die Reinigung borhaltiger Abgase hinter Glasschmelzwannen so zu
optimieren, dass die Emissionen dauerhaft auf
ein Minimum reduziert weren. Dabei ist insbesondere die Problematik der Rekombinationen
von staubförmigen zu gasförmingen Borverbindungen zwischen Sorptionsstufe und Filter zu
beachten. Die Arbeiten basieren auf den zuvor
gewonnenen Ergebnissen aus Emissionsmessungen und Minderungsversuchen an Abgasreinigungsanlagen im Borsilicatbereich sowie den
bisherigen thermochemischen Berechnungen
(HVG) und aus Untersuchungen der Kondensationskinetik im Labormaßstab (RWTH-GHI). Als
Randbedingung muss darauf geachtet werden,
150
dass gesetzlich gefoderte Emissionsbegrenzungen für Staub, HCl, HF oder SO2 ebenfalls eingehalten werden. Auch das Auftreten flüssiger
aggressiver Kondensate im Abgassystem muss
in jedem Fall vermieden werden. Mit Hilfe der
Berechnungen und Kondensationsversuche
sollen die Prozessbedingungen für eine stabile
Abgasreinigung sicher erkannt werden. Ebenso
werden die abgeschiedenen Stäube und ggf.
Gemengebestandteile auf ihre relevanten Inhaltstoffe analysiert.
B) Initiatoren lokaler Glaskorrosion
(DFG CO 249/9-1)
Ziel der Untersuchung ist die Aufklärung der
Identität von lokalen Initiatoren für Glaskorrosion. Offensichtlich sind bestimmte Stellen der
Oberfläche besonders empfindlich gegen Wasserangriff. Die Frage ist, ob diese Stellen intrinsische Inhomogenitäten unter der Oberfläche
sind, oder ob Adsorbate aus lokaler Übersättigung auf der Oberfläche liegen. Vor allem ist die
chemische Natur der Initiatoren nicht bekannt. Dazu soll an Modellgläsern mit drei Oxidkomponenten der Zustand nach der Entstehung der
Oberfläche in unterschiedlicher Atmosphäre,
nach dem Kontakt zu Luftfeuchtigkeit und nach
Exposition in wässrigen Medien analysiert werden. Modellrechnungen sollen zum einen Aussagen zur Natur (Dichte, Vernetzungsgrad) und
zur chemischen Struktur der exponierten Oberflächen liefern. Durch SAXS-Messungen sowie
durch Nanoindentation werden an ausgewählten Proben die Aussagen zur Natur der oberflächennahen Schichten experimentell geprüft.
Weiterhin wird geklärt, welche Glasbestandteile
als Initiatoren für Reaktionen mit Wasser in
Frage kommen. Diese sollen dann, – zum Vergleich und zur Verfikation mit den sich von
selbst einstellenden Verhältnissen – als Impfkeime aufgesetzt werden.
C) Ultra Strong Glasses: Modell zur
Vorhersage thermomechanischer Volumeneigenschaften
vielkomponentiger oxidischer Gläser
auf der Basis eines kombinierten
quantenmechanischen und thermodynamischen Ansatzes (DFG SPP 1594 CO 249/11-1)
Anstoß für das vorliegende Thema ist der
Wunsch, ein tiefes wissenschaftliches Verständnis des Zusammenhanges zwischen der chemischen Zusammensetzung, der Struktur und den
thermomechanischen Eigenschaften von Gläsern zu erzielen. Ziel ist die Entwicklung eines
Modells, das es erlaubt, den Zusammensetzungsraum auf Bereiche mit herausragenden
mechanischen Eigenschaften hin quantitativ zu
erkunden, sowie die Anwendung dieses Modells
bei der Werkstoffentwicklung. Das Modell ist
für die Vorhersage mechanischer Volumeneigenschaften vielkomponentiger oxidischer Gläser angelegt. Ausgangspunkt ist die Arbeitshypothese der Entsprechung von NahordnungsStrukturen in solchen Gläsern und Strukturen,
die in den isochemischen kristallinen Systemen
vorkommen. Diese Hypothese ist im Bereich der
thermochemischen Eigenschaften gut bestätigt.
In bezug auf mechaniche Eigenschaften ist sie
jedoch noch ungenutzt, zum Teil aufgrund des
fehlenden Verständnisses der Zusammenhänge,
zum Teil wegen fehlender Daten der Kristalle.
Die Brücke von den Einkristallen zu den
vielkomponentigen Gläsern wird durch einen
kombinierten Ansatz geschlagen. Das ist erstens
ein quantenmechanischer (ab initio) Ansatz; er
zielt auf die Eigenschaften und Strukturen der
Kristalle sowie auf das Verständnis des Zusammenhanges zwischen beiden Kategorien ab. Das
ist zweites ein thermodynamischer Ansatz; er
zielt darauf ab, die Unterschiede zwischen
einkomponentigen Kristallen und Gläsern durch
phänomenologische Größen zu quantifizieren
und die Superposition solcher Daten für
vielkomponentige Gläser zu ermöglichen. Als
„viel“ im Sinne des Projektes werden > 5 funktionale Oxidkomponenten angesehen, wie man
sie in den meisten Industrieprodukten antrifft.
Als Ausgangsbasis dient das System MgO-CaOAl2O3-SiO2-P2O5. Die geplanten experimentellen
Arbeiten zielen als erstes ebenfalls auf die phänomenologische Bestimmung der Unterschiede
zwischen einkomponentigen Gläsern und Kristallen. Da diese sich besonders sensibel in den
Wärmekapazitäten bei tiefen T widerspiegeln,
sollen an ausgewählten Proben entsprechende
mikrokalorimetrische Messungen (in externer
Kooperation) durchgeführt werden. Die Messung elastischer Modulen einkomponentiger
Gläser dient dem gleichen Ziel. Hier soll eine
akkustische Methode eingesetzt werden. Mit
derselben Technik werden auch die modellmäßigen Vorhersagen für die Vielkomponentensysteme intensiv überprüft. Die Eignung des Modells für den Einsatz in der Werkstoffentwick-
151
lung soll am Ende des Projektes für einige Fälle
demonstriert werden.
D) Synthese und Feingussstrukturierung bioaktiver Gläser und deren
Einfluss auf die Wechselwirkung zwischen Implantatoberfläche und angrenzender Zellen
(DFG CO 249/14-1)
Ziel ist es, in der gemeinschaftlichen Entwicklung alle relevanten Aspekte einer resorbierbaren Implantatoberfläche eines gezielt strukturierten, bioaktiven Glases ausgehend von Werkstoff über Herstellungsprozess bis hin zur biologischen Wirkung integrativ zu untersuchen und
zu bewerten. Die gezielte Mikrostrukturierung
wird dabei in vier Strukturaspekte aufgeschlüsselt. Diese umfassen als erstes die Größe des
einzelnen Strukturelementes, die Geometrie/Form des Elementes, deren Abstandskorrelationen zueinander, sowie die Präzision bei der
Formgebung der einzelnen Strukturelemente.
Die Auswirkungen dieser vier Strukturaspekte
auf knochenbildende Zellen stehen dabei im
Fokus der Untersuchungen. Dabei kommen
sowohl Einzeluntersuchungen zum Zuge, bei
dem jeder Projektpartner einzelne Aspekte untersucht, als auch gemeinsame Arbeiten, bei der
erst die Zusammenführung von Ergebnissen zu
einem Fortschritt führen. Insbesondere die Einstellung und Analyse der Wirkung der Oberflächenstruktur erfolgt in enger Kooperation der
Projektpartner. Für den Erfolg einer mikrostrukturierten Oberfläche stehen Werkstoffparameter wie Oberflächenspannung des Glases und
Benetzungsverhalten zum (ebenfalls oberflächenstrukturierten) Formstoff sowie Prozessparameter wie Druck und Temperatur und deren Einfluss auf die Zellbesiedelung in enger
Wechselwirkung.
E) Absenkung des Energiebedarfes bei
der Schmelze von Behälterglas (Industriekonsortium)
Ziel des Vorhabens ist es, den spezifischen
Energiebedraf der industriellen Glasschmelze im
Bereich der Behälterglasproduktion auf ein
Niveau < 3 GJ/t entsprechend 830 kWh/t zu
drücken. Basierend auf einer Analyse des
Betriebsverhaltens einer großen Zahl von
Schmelzanlagen werden Konzepte entwickelt,
die auf eine Erhöhung der Umsatzgeschwindigkeit der intrinsischen thermochemischen
Prozesse zielen.




R. Conradt: Thermal versus Chemical Constraints for the Efficiency of Industrial Glass Melting Furnaces, In: Processing,
Properties, and Applications of Glass and Optical Materials, Ceramic Transactions Vol. 231, 2012, p. 25-36,
R. Conradt: Chemische Beständigkeit. In Buch: Glastechnik Band 1 – Werkstoff Glass / Glass Technology – Glass: The
Material. Deutsches Museum, (2012) p. 80-98, ISBN 978-3-940396-35-8.
Schusser, M.J. Pascual, A. Prange, A. Duran, R. Conradt: Characterization of a soldering system consisting of a glass
from the system CaO-Al2O3-B2O3-SiO2 and wollastonite, Ceramics International 39 (2013), p. 3753-3758.
Takada, R. Conradt, P. Richet: Residual entropy and structural disorder in glass: A two-level model and a review of
spatial and ensemble vs. temporal sampling. J. Non-Cryst. Solids 360 (2013) p. 13-20.



American Ceramic Society
Deutsche Glastechnische Gesellschaft (DGG) e.V.
Hüttentechnische Vereinigung der Deutschen
Glasindustrie e.V.


Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie (Dechema) e.V.
International Commission on Glass
Promotionen
Neumann, Amelie: Vermeidung von flüssigen aggressiven natriumhaltigen Kondensaten in Elektrofiltern
hinter Glasschmelzwannen (2012)
Kontakt
Institut für Gesteinshüttenkunde und Lehrstuhl für Glas
und keramische Verbundwerkstoffe
Mauerstr. 5
52064 Aachen
Telefon: 80-94966
Fax: 80-92129
Homepage: http://www.ghi.rwth-aachen.de
Sonstige; 37%
Wirtschaft; 45%
DFG ohne SFB;
19%
152
A) Lehrveranstaltungen
Der Lehrstuhl bietet Lehrveranstaltungen sowohl für den Grundlagenbereich als auch den
Vertiefungsbereich an. Im Grundlagenbereich
sind dies z.B. die Veranstaltungen Dynamik
technischer Systeme, Prozessmesstechnik und
Optimierung, im Vertiefungsbereich z.B. die
Veranstaltungen Prozessautomation, Modelle
der Leittechnik, CAE-Systeme und Data Mining.
B) Projektpraktikum Prozessautomation
Prof. Dr.-Ing. Ulrich Epple
Personal
PS*
Professor
DS**
1
Oberingenieur
4
2
5
2
15
* PS: Planstellen
Der Lehrstuhl für Prozessleitechnik vertritt das
Gebiet der Prozessautomation in Forschung und
Lehre. In der Lehre werden sowohl allgemeine
Grundlagenveranstaltungen zur Dynamik und
zur Messtechnik als auch spezielle vertiefende
Vorlesungen zur Automatisierungstechnik, zur
Modellbildung und zur Optimierung angeboten.
In einem realitätsnahen, industriell instrumentierten Praktikum lernen die Studierenden die
aktuellen Systemkonzepte und Technologien
kennen. Ein theoretischer Forschungsschwerpunkt des Lehrstuhls ist die Beschreibung von
leittechnischen Konzepten mit Metamodellen
und die Handhabung dieser Metamodelle mit
formalen Methoden. Ein Anwendungsschwerpunkt ist die Entwicklung von neuartigen Informationskonzepten zur durchgängigen Unterstützung des Engineerings, der optimierten Prozessführung und des Anlagenmanagements im
Lifecycle einer Produktionsanlage. Der Lehrstuhl
arbeitet eng mit Herstellern und Anwendern in
der Prozessindustrie zusammen und unterstützt
durch aktive Mitwirkung die nationale und internationale Normung im gesamten Bereich der
Automatisierungstechnik.
Dem Lehrstuhl steht eine mit industrieller
Sensorik und Aktorik ausgerüstete prozesstechnische Praktikumsanlage zur Verfügung. Diese
Anlage kann wahlweise durch vorhandene Leitsysteme der Firmen ABB, Emerson, Honeywell,
Invesys, Siemens und Yokogawa gesteuert und
überwacht werden. Zusammen mit den Simulatoren sowie den Engineering- und AssetManagement Systemen steht den Studierenden
ein umfangreiches Versuchsfeld für praxisnahe
Projektpraktika zur Verfügung.
C) Studienangebot
Als Querschnittsfach richtet sich die Automatisierungstechnik an Studierende verschiedener
Fachrichtungen, so z.B. im Bachelorbereich an
Studierende des Werkstoffingenieurwesens, des
Wirtschaftsingenieurwesens,
des
Computational Engineering Science und des
Rohstoffingenieurwesens und im Masterbereich
an Studierende der Automatisierungstechnik,
des Werkstoffingenieurwesens oder des englischen Studiengangs Metallurgical Engineering.
A) Modellierung und formale Methoden
Ein traditioneller Forschungsschwerpunkt des
Lehrstuhls ist die Analyse und Weiterentwicklung von modellgetriebenen Entwicklungsprozessen. Grundlage ist die Spezifikation einer
Metamodelllandschaft zur formalen Beschreibung von Strukturzusammenhängen im Umfeld
der Automatisierungstechnik. Am Lehrstuhl
wurde in theoretischen Untersuchungen ein
Konzept entwickelt, um Modelle selbst als aktive Komponenten zu modellieren. Auf einer solchen gedanklich aktiven Plattform können Modelle anderen Modellen Dienste anbieten. Ein
153
weiterer Schwerpunkt ist die Untersuchung von
Sprachmitteln, um Modellinformationen einfach und konsistent auszutauschen.
B) Assistenzsysteme zur Unterstützung der automatisierungstechnischen
Ingenieurprozesse
Inhalt dieses anwendungsbezogenen Forschungsfeldes ist die Entwicklung von assistierten und teilautomatisierten Prozessen zur Unterstützung des Automatisierungsingenieurs bei
der Durchführung von Engineering- und Betriebsbetreuungsaufgaben. Ziel ist die qualitative Verbesserung, die Effizienzsteigerung und
die Flexibilisierung sowie Standardisierung der
Ingenieurprozesse.
C) Plattformentwicklung und prototypische Implementierung
Es gehört zum Selbstverständnis des Lehrstuhls,
grundsätzlich sowohl die Funktionalität als auch
die praktische Anwendbarkeit der entwickelten
Methoden und Lösungen durch eine prototypische Implementierung zu verifizieren. Dazu
wurde die ACPLT-Plattform entwickelt. Die
ACPLT-Plattform beruht auf einem, in den Zielsystemen hinterlegten, aktiven Metametamodell, das eine modellgetriebene Entwicklung in
der Laufzeitumgebung unterstützt.
A) PandIX
Kontakt: Andreas Schüller <[email protected]>
PandIX ist ein Metamodell zur Beschreibung der
funktionalen Struktur einer verfahrenstechnischen Anlage. Ausgangspunkt ist das Verständnis der Anlage als ein System aus Rohrleitungen,
Behältern, Apparaten, Aktoren, Sensoren und
PLT-Stellen. PandIX geht im Gegensatz zu dem
generisch auf alle Arten von Aufbausystemen
anwendbaren CAEX-Modell auf die speziellen
Zusammenhänge und Elemente der verfahrenstechnischen Anlagen ein und erlaubt auf einem
hohen Standardisierungsgrad eine einfache und
formale Beschreibung der Anlagenfunktionen.
Die Grundgedanken zum PandIX-Modell wurden
in einem Projekt zusammen mit Oliver Drumm
und Markus Remmel von der Siemens AG entwickelt.
PandIX beschreibt nur die Aspekte, die aus Sicht
der Prozessautomation von primärem Interesse
sind. Es unterstützt sowohl eine graphische
Darstellung der Anlagenstruktur als einfaches
P&I-Diagramm als auch die Darstellung im
CAEX-Format.
Das PandIX-Metamodell ist nicht nur die Grundlage eines Austausch-Formats, sondern kann
auch die Basis eines aktiven Modells bilden. In
dieser Veröffentlichung stellen wir einen Modellserver vor, der ein Online-Framework für
verschiedene automatisierungstechnische Funktionen bildet. Dadurch ist ein dienstbasierter
Zugriff auf R&I-Informationen zur Laufzeit möglich. Besonders für ein modellgetriebenes HMI
sind diese Informationen notwendig.
B) Serviceorientierte Modelle von
Merkmalsystemen
Kontakt: David Kampert <[email protected]>
In einem laufenden DFG-Projekt werden zwei
Hauptziele verfolgt: Die Konzeption und Entwicklung eines über alle Abstraktionsebenen
hinweg durchgängigen und operativ realisierbaren Modells eines Merkmalsystems und die
Konzeption und Entwicklung eines allgemeinen
Dienstsystems, in dem alle im gesamten Lebenszyklus des Merkmalsystems auftretenden
verwaltungstechnischen und betrieblichen
Interaktionsformen einheitlich abgebildet werden. Ausgangspunkt ist die Entwicklung eines
allgemeinen Metamodells für Merkmalsysteme.
Das Metamodell umfasst eine Strukturbeschreibung, in der der allgemeine Aufbau eines
Merkmalsystems festgelegt ist und eine Dienstschnittstelle, in der das Verhalten des Merkmalsystems abgebildet ist. Das Verhalten des
Merkmalsystems wird vollständig durch sein
Dienstsystem bestimmt. Sämtliche Interaktionen - sowohl die Verwaltung des Systems selbst
als auch den operativen Betrieb betreffend werden ausschließlich über die Dienstschnittstellen abgewickelt. Diese Vorgehensweise ist
naheliegend und aus anderen Bereichen bekannt, für das Merkmalsystem ist sie jedoch
neu. Sie bietet eine Reihe von Vorteilen, so zum
Beispiel eine formale Spezifikation der Manipulationsmöglichkeiten, eine über alle Modellebenen einheitliche und vollständige Spezifikation,
eine leicht verständliche Beschreibung und eine
einfache Implementierung im operativen betrieblichen Umfeld. Mit einem integrierten
Merkmalsystem, wie es hier angestrebt wird,
wäre ein semantisch eindeutiger, automatisierter Umgang mit merkmalbasierten Beschreibungsinformationen möglich. Die Konsequenzen für Normung, Planung und Betrieb wären
enorm: homogene, durchgängige Funktionalität
154
steht gewerkeübergreifend zur Verfügung.
Durch die Realisierung in Diensten ist keine
zentrale, monolithische und an ein festes Modell oder Format gebundene Realisierung eines
Merkmalsystems notwendig, wie dies heute
typischerweise bei normierten Modellen der
Fall ist.
C) Automatisierte dynamische Synthese von Kontextmodellen zur Pumpenüberwachung
Kontakt: David Kampert <[email protected]>
Im Rahmen einer industriellen Zusammenarbeit
des Lehrstuhls für Prozessleittechnik mit der
Erdölraffinerie Emsland (ERE) der Deutschen BP
in Lingen wurde das Ziel formuliert, über ausgewählte Pumpen der Raffinerie automatisiert
möglichst viele Informationen zu gewinnen, die
etwas über den Zustand der Pumpen aussagen.
Dabei sollten die erforderlichen Pumpenparameter modellgestützt aus vorhandenen Messungen ermittelt werden. Das Problem hierbei
ist, dass die Pumpen selber keine zugeordneten
Messungen besitzen, sondern die relevanten
Messungen sich je nach Schaltzustand der Anlage ergeben und sich die dazu passenden Modelle automatisch dynamisch konfigurieren müssen.
Die entwickelte Überwachungsanwendung folgt
einem aus sechs Softwareschichten bestehenden Entwurfsmuster, das systematisch die vorhandenen Anlageninformationen so aufbereitet, dass sie von entsprechenden Überwachungsfunktionen einheitlich genutzt und visualisiert werden können. Dabei sind höher liegende Schichten von tieferen Schichten abhängig
und beziehen von diesen Informationen, nicht
aber umgekehrt. Dadurch lässt sich die Anwendung modular aufbauen und leicht erweitern.
D) M4P.AC – modulare Anlagenkonzepte
Kontakt: Lars Evertz <[email protected]>
Um die Time to Market neuer Produkte zu verkürzen und Investitionskosten bei neu errichteten Anlagen zu senken, wird vermehrt eine modulare Anlagenbauweise angestrebt. Damit soll
der Planungsaufwand einer neuen Anlage durch
ihre Komposition aus geeigneten, bereits entwickelten und – so zu sagen von der Stange –
erwerbbaren Modulen verringert werden.
Die Modularisierung von Anlagen ist bislang
weitestgehend von der Verfahrenstechnik ge-
trieben. Noch mangelt es an geeigneten Konzepten zur Automatisierung einer modularen
verfahrenstechnischen Anlage. Um solche Konzepte erforschen und validieren zu können, wird
am PLT die modulare Anlage M4P.AC errichtet.
Die Module der M4P.AC (Modular, Mobile, Multi Purpose, Multi Experience Plant) sind Säulen
von sechseckiger Grundfläche. Sie erlauben
somit eine dichte Packung und bieten genug
Kontaktfläche zur Übergabe von Medien. Jedes
Modul erfüllt mindestens eine verfahrenstechnische Grundoperation und ist autonom arbeitsfähig. Alle Module beherbergen ihre eigene
Automatisierungshardware und Strukturinformationen. Durch die durchgängige Nutzung
einer dienstorientierten Architektur wird eine
hohe Flexibilität hinsichtlich verschiedener
Softwarestrukturen erreicht. Dies erlaubt die
Implementierung und Validierung verschiedener Automatisierungskonzepte für modulare
Anlagen.
E) ACPLT Laufzeitumgebung
Kontakt: Sten Grüner <s.grü[email protected]>
Der Erfolg eines Konzepts hängt nicht zuletzt
von dessen technischer Umsetzung ab. Die
Automatisierungstechnik stellt besondere Anforderungen an die Laufzeitsysteme wie z. B.:
Echtzeitfähigkeit, Determinismus, Unterstützung der IEC 61131-3-kompatiblen Sprachen,
Unterstützung heterogener Hard- und Software
und Integration in bestehende Infrastruktur.
Die ACPLT-Laufzeitumgebung erfüllt diese Anforderungen, indem sie auf ANSI C, strikte zyklische Ausführungsreihenfolge der Komponenten
und Implementierung der Funktionsbausteinsprache als Basiskapselungsmechanismus setzt.
Für die Kommunikation wird das offene Protokoll ACPLT/KS in binärer, sowie XML Form eingesetzt. Zusätzlich verfügt jeder Server über
eine HTTP-Schnittstelle.
Das hochportable System ist nicht nur auf unterschiedlichen Hardware-Plattformen (x86,
ARM, µ-Controller), sondern auch auf unterschiedlichen Betriebssystemen (Windows,
GNU/Linux) einsatzfähig. Aufgrund dieser Vielseitigkeit eignet sich das System für den Einsatz
auf vielen Ebenen der Automatisierungspyramide.
F) ACPLT Sequential State Chart (SSC)
Kontakt: Florian Palm <[email protected]>
155
Sequential State Chart (SSC) ist eine Ablaufsprache, die zur Beschreibung von Prozeduren in der
industriellen Automatisierungstechnik geeignet
ist. Gleichzeitig ist es aber auch möglich, SSCs
im Engineering als weiteres Werkzeug zur Projektierung einzusetzen. Die intuitive Syntax
sorgt dafür, dass SSCs auch ohne tiefere Kenntnisse der Automatentheorie angewandt werden
können.
Dem SSC liegt das Konzept eines Zustandsautomaten zugrunde, mit dessen Hilfe es möglich
ist, Abläufe durch Zustände und Transitionen zu
beschreiben.
Die Zustände und Transition sind in ein
„Execution Frame“ eingebettet. Dieser Rahmen
fungiert als Schnittstelle zur restlichen Steuerungs- oder Beschreibungsstruktur und fördert
die Modularisierung und klare Strukturierung.
Die Schnittstelle des „Execution Frames“ ist
ähnlich wie bei Funktionsbausteinen über Einund Ausgänge organisiert.
G) Browser-basierte PLSVisualisierung
Kontakt: Holger Jeromin <[email protected]>
Die Technologie ACPLT/HMI erlaubt eine Visualisierung von beliebigen Modellen innerhalb der
ACPLT Technologien. Die Darstellung selbst wird
innerhalb eines gebräuchlichen InternetBrowsers realisiert. Die Vorschrift für den Zusammenbau der Darstellung ist im Server als
vollständiges Modell hinterlegt.
Eine Interaktion durch den Bediener ist durch
Gesten möglich. Diese sind äquivalent zu den
Grafikprimitiven (Rechteck, Kreis, Ellipse, Text)
als Objektstruktur innerhalb des Servers einsehbar.
Das Modell der Darstellung ist formal beschrieben und kann daher automatisiert, zum Beispiel, über Regeln verändert werden. Ein System von Vorlagen erlaubt eine einfache Nutzung vorgefertigter Grafikelemente wie zum
Beispiel für Pumpen und Ventile. Da die Vorlagendefinitionen explizit im Zielsystem abgelegt
sind, erlauben sie gleichzeitig eine direkte Analyse der Logik der Vorlage. Damit kann eine
vorhandene Vorlage einfach vom Anwender für
seine Zwecke angepasst werden.
ihrer Variabilität sind sie für verschiedenste
Anwendungen im mobilen und stationären Bereich geeignet. Als Anwendungsbeispiele sind
vor allem der Automobilbau, aber auch Heizungsanlagen, Notstromaggregate und Blockheizkraftwerke zu nennen.
Da die Speicherung und der Transport von Wasserstoff aus verschiedenen Gründen problematisch sind, wird eine Vor-Ort-Erzeugung des von
der Brennstoffzelle benötigten Wasserstoffs
angestrebt. Eine Möglichkeit ist hierfür die Erzeugung von Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffen (z.B.: Erdgas oder Diesel), die sogenannte
Reformierung. Die Vorteile liegen dabei in der
zur Verfügung stehenden Transportinfrastruktur, dem im Vergleich zur Verbrennung höheren
Wirkungsgrad und der Möglichkeit der einfachen Synthetisierung von Kohlenwasserstoffen.
Am Lehrstuhl wird zurzeit ein solches ReformerBrennstoffzellen System aufgebaut, das mit
Methan betrieben wird.
Der modulare Aufbau des Systems, die vielfältigen, nichtlinearen Zusammenhänge und die
abnahmeseitig getriebenen (elektrische Last an
der Brennstoffzelle wechselt) Betriebszustände
sind von hohem Interesse für regelungstechnische Untersuchungen und eine Herausforderung für die Prozessführung. Weiterhin sind
Untersuchungen und Methoden nötig, mit denen man die Anzahl der Sensoren reduzieren
und dennoch den Prozess effizient betreiben
kann. Hier bieten prozessbegleitende Simulationen einen Ansatz, um aus wenigen Messwerten auf weitere Prozesswerte zu schließen.
H) Fuel Cell Energy (FCE)
Kontakt: Kai Krüning <[email protected]>
Brennstoffzellen sind ein wichtiger Bestandteil
in unserer zukünftigen Energieversorgung. Mit
156


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

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Epple, Ulrich: Agentensysteme in der Automatisierungstechnik/ Peter Göhner Hrsg.. - Berlin [u.a.] : Springer Vieweg. ISBN: 978-3-642-31767-5, 3-642-31767-7, 978-3-642-31768-2, S./Art.: 95-110 DOI: 10.1007/978-3-642-31768-2
Grüner, Sten; Epple, Ulrich: Paradigms for Unified Runtime Systems in Industrial Automation. In: Proceedings of the
12th European Control Conference (ECC) : July 17 -19, 2013, Zuerich, Switzerland. - Zürich, 2013. - ISBN: 978-3-95241734-8, S./Art.: 3925-3930
Kampert, David; Epple, Ulrich: A Service Interface for Exchange of Property Information. In: IECON 2013 : 39th Annual
Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. - Piscataway, NJ : IEEE, 2013. - ISBN: 978-1-4799-0223-1, S./Art.:
6920-6925
Kampert, David; Epple, Ulrich: Kernmodelle für die Systembeschreibung - Ein Konzept zur Vereinfachung = Core models for system documentation - A proposal for simplification. In: Atp-Edition : automatisierungstechnische Praxis. München : Oldenbourg Industrieverl.. - ISSN: 2190-4111, 0178-2320. - 54 (2012) 7/8, S./Art.: 40-48
Krüning, Kai; Epple, Ulrich: Plug-and-produce von Feldbuskomponenten - Allgemeines Framework dargestellt am Beispiel Profinet IO In: Atp-Edition : automatisierungstechnische Praxis. - München : Oldenbourg Wissenschaftsverlag. ISSN: 0178-2320, 2190-4111. - 11 (2013), S./Art.: 50-56
Schüller, Andreas; Epple, Ulrich: PandIX – Exchanging P&I diagram model data. In: ETFA 2012: IEEE 17th International
Conference on Emerging Technologies and Factory Automation ; September 17-21, 2012, Krakow, Poland. - Piscataway, NJ : IEEE, 2012. - ISBN: 978-1-4673-4737-2
Schüller, Andreas; Epple, Ulrich; Elger, Jürgen; Müller-Martin, Andreas; Löwen, Ulrich: Business Processes and Technical Processes A comprehensive meta model for execution and development. In: 2013 11th IEEE International Conference on Industrial Informatics (INDIN) : Bochum, Germany ; 29-31 July 2013. - Piscataway, NJ : IEEE, 2013. - ISBN:
978-1-4799-0751-9, S./Art.: 30-35 DOI: 10.1109/INDIN.2013.6622853
Schüller, Andreas; Epple, Ulrich: PandIX – Exchanging P&I diagram model data. In: ETFA 2012: IEEE 17th International
Conference on Emerging Technologies and Factory Automation ; September 17-21, 2012, Krakow, Poland. - Piscataway, NJ : IEEE, 2012. - ISBN: 978-1-4673-4737-2


Namur (Normen-Arbeitsgemeinschaft Messund Regeltechnik)
VDI/VDE GMA (VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und
Automatisierungstechnik)


DKE (Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik)
VDEh (Verein Deutscher Eisenhüttenleute)
Kontakt
Turmstrasse 46
52064 Aachen
Tel. +49 (0) 241 80-94339
Fax +49 (0) 241 80-92238
www.plt.rwth-aachen.de
[email protected]
DFG ohne SFB;
28%
Wirtschaft; 72%
157
IME Metallurgische Prozesstechnik
und Metallrecycling
Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Bernd Friedrich
Personal
PS*
DS**
„Thermische Gewinnungs- und Raffinationsverfahren“, „Hydrometallurgie“, „Ressourceneffizienz beim Metallrecycling“, „Technologie flüssiger Aluminium-Schmelzen“ und „Planung und
Wirtschaftlichkeit metallurgischer Anlagen“.
Bereits im Bachelor-Studium kommen die Studenten durch das Basisfach "Metallurgie und
Recycling", über Labor-Praktika wie auch im
Seminar "Methoden der Projektbearbeitung"
mit dem IME in Berührung. Unsere Absolventen
sind in der Lage, Herstellungsverfahren für metallische und nichtmetallische Werkstoffe mit
optimalen Eigenschaften zu entwickeln. Im englisch sprachigen Master-Studium „Metallurgical
Engineering“ bieten wir analoge Vorlesungen,
Übungen und Abschlussarbeiten an. Der so
ausgebildete Master-Ingenieur hat die Befähigung, betriebswirtschaftliche Zusammenhänge
bei Entscheidungsprozessen berücksichtigen zu
können.
Professor
1
Oberingenieur
1
Viele der aktuellen Forschungsprojekte des IME
ordnen sich den beiden folgenden Hauptarbeitsgruppen zu.
3
22
8
14
28
* PS: Planstellen
Das IME vertritt die metallurgische Prozesstechnik mit dem Schwerpunkt „Nichteisenmetalle“ in Forschung und Lehre. Kernziele sind
eine praxisbezogene Ausbildung von Prozessingenieuren sowie die Entwicklung nachhaltig
umweltschonender und kosteneffizienter Verfahren zur Herstellung metallischer, insbesondere nichteisenbasierter Werkstoffe. Besondere
Schwerpunkte bilden das Recycling sowie die
Entwicklung und Optimierung von Prozessen für
komplexe Hochleistungsmetalle. Hierbei werden neu entwickelte Verfahren, ausgehend von
anwendungsorientierten Grundlagenarbeiten
experimentell bis in den DemonstrationsMaßstab erprobt.
Im Rahmen der Masterstudiengänge „Werkstoffingenieurwesen“ und „Wirtschaftsingenieurwesen“ wird die Vertiefung „Nichteisenmetallurgie“ durch folgende Module angeboten:
Vakuummetallurgie
Zur Synthese hochreiner metallurgischer Werkstoffe kommt induktives Schmelzen (VIM),
Elektroschlackeumschmelzen (ESU), Vakuumlichtbogenumschmelzen (VAR) sowie Elektronenstrahlschmelzen zum Einsatz. Durch vorgeschaltete metallothermische Reaktionen ist
es möglich, hochschmelzende Metalle ohne
Einsatz von Kohlenstoff als Reduktionsmittel
herzustellen. Unter Schutzgas können Metalle,
die eine hohe Affinität zu Sauerstoff und Stickstoff aufweisen (z. B. Titan, Nickelbasislegierungen) umgeschmolzen und gereinigt werden.
Pyrometallurgie
Die Recyclingmetallurgie ist Leuchtturm unserer
Arbeit. Reaktoren bis in den Tonnenmaßstab
werden zur Verarbeitung von Elektronikschrott,
verbrauchter Katalysatoren aber auch industrieller Reststoffe wie Stäube, Schlämme oder
Schlacken erprobt. Durch geschickte Kombination verschiedener Abfälle, Reduktionsmittel
und Hilfsstoffe in angepassten Prozessfensterbereichen kann die Ressourceneffizienz maximiert werden. Verschiedene hydrometallurgische Behandlungsverfahren er-möglichen er-
158
gänzend das selektive Herauslösen von WertMetallen.
„Seltene Erden“
Das IME forscht an der nachhaltigen Gewinnung
von Selten-Erd-Elementen aus Primär- und Sekundärrohstoffen. Die Forschung beinhaltet
hierbei sowohl die pyrometallurgische Vorbehandlung, als auch die hydrometallurgischen
Schritte der Laugung und Separation, sowie der
Gewinnung mittels Schmelzflusselektrolyse.
Während der Stand der Technik die Verarbeitung von radioaktivem Material in Verbindung
mit hohen Chemikalienverbräuchen, Deponierestoffen und Abgasemissionen beinhaltet, liegt
der Fokus am IME auf ökologisch verbesserten
Verfahren, sowie der Erschließung unkonventioneller Rohstoffe, welche die Verfügbarkeit von
Selten-Erd-Elementen außerhalb Chinas sichern.
Zudem soll durch die Wahl entsprechender Erze
die Problematik radioaktiver Begleitelemente
gelöst werden. Während thermische Schritte
hierbei vorrangig die Vorbereitung des Materials hinsichtlich der Abtrennung störender Begleitelemente und der Konditionierung der Verbindungen haben, zielt die Hydrometallurgie
zum einen auf eine möglichst selektive Laugung
ab, welche den Chemikalienverbrauch senkt
und zum anderen Extraktionsverfahren, die den
momentan betriebenen Aufwand erheblich
verringern. Die darauffolgende Schmelzflusselektrolyse sieht vor allem eine verminderte
Abgasemission bei hohem Automatisierungsgrad vor. Durch das Zusammenspiel der einzelnen Verfahren ergeben sich so aus ökologischer
und ökonomischer Sicht wesentliche Vorteile
gegenüber dem Stand der Technik.
Metallurgie mariner Rohstoffe
Marine Rohstoffe gelten als Rohstoffquellen,
die in jüngster Zeit wieder in den Fokus der
Forschung kommen. Insbesondere im Bereich
der Förderungstechnik, speziell der von Manganknollen, ist zurzeit ein großes Aufgebot an
Forschungsaktivitäten zu beobachten.
Die anschließende Aufbereitung und metallurgische Weiterverarbeitung hingegen stellen immer noch eine große Herausforderung dar, da
noch keine erprobten Prozessrouten für dieses
Material existieren. Im Rahmen eines Projektes
mit der Bundesanstalt für Geowissenschaften
und Rohstoffe (BGR) ist eine Studie für Manganknollen durchgeführt worden, die einen
Überblick über die bisher erforschten Prozessrouten gibt. Des Weiteren sind vielversprechende Prozessschritte experimentell untersucht und validiert worden. Neu ist der Fokus
neben den Hauptwertmetallen (Ni, Cu, Co) auf
in geringeren Mengen enthaltene Metalle (Mo,
V). Es zeigt sich, dass einige durchaus durchführbare Prozesse mit akzeptablen Ausbeuten
zur Metallextraktion existieren, diese allerdings
ein großes Optimierungspotential aufweisen.
Zusätzlich muss ein Up-Scaling der Prozessketten stattfinden, um Aussagen über Kosten,
Wirtschaftlichkeit und reale Ausbeuten zu treffen. Generell ist vielen entwickelten Prozessen
gemein, dass große Mengen an Rückständen
und/oder Abwasser produziert werden, deren
weiterer Verbleib in der Vergangenheit selten
untersucht worden ist.
Wechselwirkungen in Al-Schmelzen
Seit Beginn des Jahres 2013 beschäftigt sich das
Open-Innovation-Forschungscluster
AMAP
(Advanced Metals and Processes) u.a. mit den
Projekten „Schmelzereinheit“ und „Aluminiumrecycling“. Das IME ist an diesen Forschungsprojekten mit 4 Promotionen beteiligt. Das Projekt
„Schmelzereinheit“ zielt auf die Entwicklung
von Messverfahren zur Detektion von nichtmetallischen Einschlüssen in Aluminiumschmelzen.
Das Ziel besteht darin, das optimale Messprin-
159
zip zu definieren, Verfahrensansätze u analysieren und hinsichtlich ihrer Eignung im Produktionsumfeld zu bewerten. Grundlegende Arbeiten erfolgen im Bereich Charakterisierung, Sedimentation und Agglomerationsverhalten relevanter Einschlussforen.
Das Projekt „Aluminiumrecycling“ zielt auf die
Verbesserung des gesamten Prozesses, insbesondere Ausbeute von Aluminium, Energieeffizienz und Umweltverträglichkeit. Einer der Forschungsschwerpunkte am IME ist es, den Einfluss von Pyrolyse- und Verbrennungsgasen auf
die Krätzebildung, welche beim Recyceln von
organisch kontaminierten Schrotten entstehen,
zu bestimmen. Bei den organischen Verunreinigungen handelt sich in der Regel um Öl und
Beschichtungssysteme, wie beispielweise Lacke
und Kunststoffe. Diese Anhaftungen können
durch eine thermische Vorbehandlung in separaten Ofenreaktoren entfernt werden. Die direkte Verarbeitung von Schrotten mit der Möglichkeit einer Organikpyrolyse in der Schmelzphase verursacht die Freisetzung von
Pyrolysengasen direkt im Schmelzofen. Diese
Gase reagieren mit Aluminium unter Bildung
von Aluminiumoxid (Al2O3) und -Carbid (Al4C3).
Zur Beschreibung der auftretenden gas/flüssig
Reaktionen und den dadurch hervorgerufenen
Aluminiumverlusten soll ein Modell aufgestellt
werden, das auch auf experimentellen Daten im
IME-Demonstrations-Kipptrommelofen (1 bis 2 t
Aluminiumkapazität) basiert.
Metallothermie
Die aluminothermische Reduktion stellt besonders in Bezug auf Refraktärmetalle und deren
Legierungen
einen
nicht
ersetzbaren
pyrometallurgischen Gewinnungsprozess dar.
Die Kombination der zwei charakteristischen
Merkmale dieser Reaktion, der große Betrag an
freiwerdender Energie sowie die sehr hohen
Reaktionsgeschwindigkeit, führen zu einem
selbstgängigen Fortschreiten der Reaktionsfront
durch die gesamte Reaktionsmischung. Die Zusammenstellung der Reaktionsmischung bedarf
einer ausführlichen thermochemischen Modellierung der Reaktionsenthalpien sowie Berücksichtigung weiterer Enthalpiebeträge wie
Schmelzenthalpien und Mischungsenthalpien.
Der Einfluss prozessrelevanter Parameter wie
Formfaktor und Größe der Partikel sowie die
Einstellung des Absetzverhaltens der Metallphase über Zugabe von Booster oder Flussmittel
basieren ausschließlich auf empirischen Ermittlungen.
Im Rahmen einer von der DFG geförderten Forschergruppe zum Thema „Prozessstufenminimierte Herstellung von Titan und Titanlegierungen“ wird die aluminothermische Reduktion
von Titandioxid untersucht. Titan-AluminiumLegierungen stellen aufgrund dreier herausragender Eigenschaften (hohe Festigkeit, geringe
Dichte und exzellente Korrosionsbeständigkeit)
eine innovative Werkstoffgruppe dar. Aufgrund
der kostenintensiven Herstellung sind Titanwerkstoffe noch auf Nischenanwendungen begrenzt. Die Verfügbarkeit von Titanrohstoffen
minderer Qualität, aber höherer Verfügbarkeit
und niedrigeren Kosten kann aber eine hohe
Marktdurchdringung ermöglichen. Der Fokus
der Untersuchungen liegt hierbei nicht nur auf
dem Einsatz alternativer und konditionierter TiRohstoffe sondern auch insbesondere auf die
Wechselwirkungen der Partikel untereinander
und die Übertragbarkeit auf andere WerkstoffSysteme.
160








Akbari, Semiramis; Friedrich, Bernd: Closing the Mg-Cycle by Metal and Salt Distillation from Black Dross, Erzmetall,
Vol. 66 (2013)
Georgi-Maschler, Tim; Friedrich, Bernd; Weyhe, Reiner; Heegn, Hanspeter; Rutz, Michael: Development of a recycling
process for Li-ion batteries, Journal of Power Sources, Vol. 207 (2012)
Gisbertz, Kilian; Friedrich, Bernd: Auf kurzem Weg - Das Aachener Kompetenzzentrum für Ressourcentechnologie fördert den Brückenschlag zwischen Forschung und Praxis, ReSource, Vol. 25 (2012)
Kemper, Christoph, Friedrich, Bernd; Balomenos, Efthymios; Panias, Dimitrios: Thermodynamic analysis and experimental validation of carbothermically produced AlSi-alloy, Erzmetall, Vol. 66 (2013)
Maurell-Lopez, Sebastian; Ayhan, Mehmet; Eschen, Marcus; Friedrich, Bernd: Autotherme Metallrückgewinnung aus
WEEE-Schrott, Recycling und Rohstoffe, Band 5, Konferenzband, TK-Verlag, 2012
Milivojević, A. M.; Stopić, Srećko, Friedrich, Bernd; Stojanović, B.; Drndarević, D.: Forward stepwise regression in determining dimensions of forming and sizing tools for self-lubricated bearings, Metall, Vol. 67 (2013)
Radwitz, Sebastian; Morscheiser, Johannes, Friedrich, Bernd: The Influence of Selected Slag Properties and Process
Variables on the Solidification Structure during ESR, ICRF - 1st International Conference on Ingot Casting, Rolling and
Forging, Proceedings, June 2012, Ingot Casting – Remelting 2
Spiess, Peter, Friedrich, Bernd: Experimental Research on the Absorption of Fluorine in gamma-TiAl during Electroslag
Remelting, LMPC 2013, 22-25.09.2013, Austin, USA,
Mitgliedschaften und Kooperationen (mit Erläuterung der Akronyme)





AKR e. V. - Aachener Kompetenzzentrum Ressourcentechnologie
AMAP GmbH - Cluster Vorstufe „Advanced Materials And Processes”
DFG - Forschergruppe Titan mit Uni
Clausthal und Freiberg
aec - Aluminium Engineering Center;
Werkstoffforschung
CHAMP - Centre of Highly Advanced
Metals and Processes





Umwelt- und Werkstoffforum der
RWTH Aachen
GDMB - Gesellschaft für Bergbau, Metallurgie, Rohstoff- und Umwelttechnik
e. V.
Donetsk National Technical University,
Ukraine
National Technical University of Athens, Griechenland
Erasmus-Kooperationen mit Izmir, Istanbul, Maribor und Athen
Promotionen
Singh, Hira Prasad: Implementation of a Novel Technology for the Recovery of Cobalt from Copper
Smelter Slags (2012)
Zeng, Guizhi: Development of a Zinc-Tin Electroplating Process from Deep Eutectic Solvents based on
Choline Chloride and Ethylene Glycol (2012)
Möller, Claudia Andrea: Möglichkeiten der elektrolytischen Titanherstellung unter Verwendung von
TiO2 + C Mischungsanoden (2013)
Reitz, Jan Bertil: Elektroschlackedesoxidation von Titanaluminiden (2013)
Ruschmann, Florian: Basic parameters of a three-layer electrorefining process for solar grade silicon
(2013)
Sonstige; 10%
Kontakt
Institut:
IME Metallurgische Prozesstechnik
und Metallrecycling der RWTH Aachen
Anschrift:
Intzestraße 3, 52056 Aachen
Telefon:
++49 241 80 95851
Fax:
++49 241 80 92154
E-Mail:
[email protected]
Homepage:
www.ime-aachen.de
DFG ohne
SFB; 11%
BMBF; 11%
Wirtschaft; 63%
EU; 4%
161
Institut für Metallkunde und Metallphysik und Lehrstuhl für Werkstoffphysik
Univ.-Professor
Dr. rer. nat. Dr. h. c.
Günter Gottstein
(bis September 2013)
Univ.-Prof. Dr. Sandra Korte-Kerzel
(seit Juni 2013)
Personal
PS*
DS**
Professor
1
Oberingenieur
1
3
18
9
3
23
* PS: Planstellen
Die Forschung und Lehre am Institut für Metallkunde und Metallphysik (IMM) beschäftigt sich
mit den grundlegenden Beziehungen zwischen
Struktur und Eigenschaften von Werkstoffen
und den zugrundeliegenden physikalischen
Vorgängen. Die Eigenschaften moderner metallischer Werkstoffe werden weniger durch ihre
chemische Zusammensetzung als vielmehr
durch die räumliche Anordnung von Elementen
und Defekten, ihre Mikrostruktur, bestimmt.
Am IMM können diese mit einer Vielzahl von
Methoden vom Nano- bis in den Millimeterbereich und auch in-situ untersucht und verstanden werden, um so Werkstoffe und Modelle zu
verbessern.
Die Lehrveranstaltungen des IMM decken einen
weiten Themenbereich von den grundlegenden
materialphysikalischen Vorgängen bis hin zur
konkreten technischen Anwendung, Charakterisierung und Optimierung von Werkstoffen ab.
Unser Lehrangebot richtet sich damit an Bachelor- und Masterstudenten der Studienrichtungen
 Werkstoffingenieurwesen
 Wirtschaftsingenieurwesen (Schwerpunkt
Werkstoff- und Prozesstechnik)
 Materialwissenschaften (B. Sc.)
 Metallurgical Engineering (M. Sc.)
 Computational Engineering Science
(Schwerpunkt Werkstoffphysik).
Im Einzelnen werden folgende Vorlesungen und
Übungen zum Teil in Zusammenarbeit mit externen Lehrbeauftragten regelmäßig auf
Deutsch und/oder Englisch angeboten:
 Materialkunde/ Werkstoffphysik I&II (d/e)
 Herstellung, Verarbeitung und Eigenschaften der Nichteisenmetalle
 Moderne Probleme der Materialwissenschaften
 Theoretische Metallkunde I / II
 Advanced Physical Metallurgy
 Heterogene Gleichgewichte
 Micromechanics of Materials
 Introduction to Texture Analysis
 Spezielle Kapitel der Metallkunde
 Aluminium Weiterverarbeitung
 Angewandte Metallkunde des Aluminiums
 Geschichte der Metalle
 Eigenschaften und Anwendung metallischer Verbundwerkstoffe
Das IMM ist außerdem an mehreren Ringvorlesungen und Seminaren beteiligt. Insbesondere
werden auch metallphysikalische Praktika unterschiedlichen Umfangs für die deutschen und
englischen Studiengänge durchgeführt.
A) Grenzflächendynamik
Die Mikrostruktur als Basis der Werkstoffeigenschaften wird grundlegend durch ihre Grenzflächen bestimmt. Am IMM werden die zugrundeliegenden
Mechanismen
bei
der
Korngrenzenbewegung und ihre Abhängigkeit
von Grenzflächenstruktur, Chemie und Mikrostruktur untersucht. Experimentell kommen
hierbei neben der Kristallzüchtung insbesondere Röntgen- und Elektronenstrahlen und speziell
entwickelte in-situ Verformungs- und Heizapparaturen zum Einsatz.
162
B) Plastizität und Nanomechanik
Die hohe Festigkeit vieler Konstruktionswerkstoffe wird durch die gezielte Verstärkung mit
intermetallischen Phasen erreicht. Deren mechanische Eigenschaften sind jedoch aufgrund
ihrer meist komplexen Kristallstruktur und
Sprödigkeit als Einzelphase bisher kaum verstanden. Neue nanomechanische Methoden
erlauben nun systematische Studien. Sie bieten
so die Möglichkeit, unser Verständnis drastisch
zu verbessern, um damit zukünftig das Potential
dieser riesigen Werkstoffklasse besser ausnutzen zu können.
C) Nanostrukturen
Die Strukturierung von Werkstoffen auf der
Nanoskala bietet vielversprechende Eigenschaftsverbesserungen. Am IMM richtet sich
das Augenmerk hierbei sowohl auf feinkörnige
Werkstoffe als auch Verbunde für den Hochtemperatureinsatz in Turbinen, wie in-situ
Komposite auf Basis von NiAl. Im Vordergrund
stehen dabei ihre Grenzflächenstrukturen und
mechanischen Eigenschaften, die mittels TEM
und mechanischer Prüfung bei erhöhten Temperaturen untersucht werden.
D) Magnesium und Texturen
Magnesiumlegierungen sind aufgrund ihrer
geringen Dichte von hohem Interesse für den
Leichtbau. Für ihren wirtschaftlichen Einsatz
muss jedoch die Kaltumformbarkeit verbessert
werden. Am IMM werden hierfür die Einflussmöglichkeiten auf die Gefüge- und Texturentwicklung während der Verformung und Rekristallisation untersucht. Ziel ist dabei die gezielte
Einstellung der mechanischen Eigenschaften als
Funktion der Korngröße, Textur und Ausscheidungsverteilung.
E) Werkstoff- & Prozessmodellierung
Die am IMM experimentell untersuchten physikalischen Prozesse der Erholung, Rekristallisation, Verfestigung und Ausscheidung stellen die
wesentlichen Vorgänge in der industriellen Fertigung dar. Sie bestimmen die Mikrostruktur
und damit die Materialeigenschaften. Ein wesentlicher Bestandteil der Werkstoffoptimierung liegt daher in der Vorhersage der Textur
und Mikrostruktur entlang der Gesamtprozesskette. Am IMM wird hierzu neben der physikalischen Modellbildung vor allem die Entwicklung
und Anwendung moderner Simulationswerkzeuge vorangetrieben.
A) Wärmebehandlung hochmanganhaltiger TWIP-Stähle
Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs (SFB)
761 ‚Stahl – ab initio‘ wird am IMM die Gefügeentwicklung in Fe-Mn-C-/Fe-Mn-Al-C-TWIPStählen während der Glühung im Teilprojekt
‚Wärmebehandlung‘ untersucht und modelliert.
Da die Verformung, z.B. das Kaltwalzen bei der
Blechherstellung, einen signifikanten Einfluss
auf das Materialverhalten während der anschließenden Wärmebehandlung hat, ist die
Charakterisierung des verformten Zustands unerlässlich. Es wurde herausgefunden, dass die
Mikrostruktur- und Texturentwicklung in TWIPStählen stark vom Einsetzen der mechanischen
Zwillingsbildung bei mittleren Walzgraden und
der Scherbandbildung bei hohen Walzgraden
abhängt.
Die während der Wärmebehandlung stattfindende primäre Rekristallisation führt zu einer
Textur, die einer abgeschwächten Walztextur
entspricht. Die Intensität dieser Rekristallisationstextur kann über den Volumenbruchteil der
Verformungsscherbänder geändert werden. Ein
weiterer Forschungsaspekt stellte den Einfluss
der Wärmebehandlung auf die finalen mechanischen Eigenschaften heraus. Eine gezielte Erholungsglühung, ermöglicht eine Erhöhung der
Duktilität mit gleichzeitiger Beibehaltung einer
hohen Streckgrenze. Die optimalen Prozessparameter konnten durch Texturuntersuchungen ermittelt werden.
B) Kornvergrößerung in
polykristallinen Werkstoffen
Im Rahmen des DFG „Reinhard-Koselleck Projektes“ Massiv Parallele Werkstoffsimulation
werden am IMM Algorithmen zur Simulation
von Mikrostrukturen entwickelt, die eine effiziente Nutzung moderner Computerarchitekturen
und Parallelisierungskonzepten ermöglichen.
Darunter werden sowohl Modelle zur Verformungs-, Rekristallisations- als auch zur Kornwachstumssimulation konzipiert, die die Mikrostruktur und somit die Veränderung der Materialeigenschaften durch die jeweiligen Bearbeitungsvorgänge prognostizieren können.
Das Kornwachstum ist die Vergrößerung der
Kristallite eines Vielkristalls, die während der
Wärmebehandlung nach der primären Rekristallisation stattfindet. Um das Kornwachstum
effizient simulieren zu können, wurde eine sog.
163
Level-Set-Methode entwickelt, die die Beschreibung aller Charakteristiken und Abhängigkeiten
einer Mikrostruktur ermöglicht. Eine Besonderheit des Modells ist die Beschreibung der Oberflächenbewegung durch die Evolution einer impliziten Funktion. Es können dabei Anisotropien
abgebildet werden, die sowohl Oberflächenenergien und –mobilitäten als auch Energien
von Berührpunkten höherer Ordnung beschreiben. Mit Hilfe dieser Methode soll der Einfluss
der genannten Größen auf die Mikrostrukturentwicklung von Metallen während der Wärmebehandlung erforscht werden.
Simulierte Mikrostrukturen zur Untersuchung des Effekts
der Textur auf den Kornwachstumsprozess, hier insbesondere der S-Lage (lila) auf die Goss-orientierten Körner
(Gelb).
C) Verformung von Magnesiumlegierungen
Aufgrund der hexagonalen Kristallstruktur ist
die plastische Verformung von Magnesiumlegierungen im Allgemeinen äußerst komplex. Dies
liegt daran, dass dabei mehrere sehr unterschiedliche und miteinander wechselwirkende
Mechanismen gleichzeitig aktiviert werden
müssen. Neben dem Versetzungsgleiten in unterschiedlich "glatten" Kristallebenen zählt hierzu auch die Zwillingsbildung. Um diese Vorgänge zu verstehen, wurden Experimente durchgeführt, in denen die Aktivierung der Mechanismen gezielt gesteuert wurde. Dies ermöglichte
eine Separation auftretender Effekte. Zur genauen Interpretation der Messungen wurde das
vorhande ne Modell "GIA" zur Texturvorhersage
derart erweitert, dass es die hexagonale Struktur, die unterschiedlichen Gleit- und Zwillingssysteme und die in dieser Kombination auftretende Verfestigung berücksichtigt. Dieses Modell "GIA-TW" zeigte sich in der Lage, alle Experimente in Hinblick auf Verfestigung und Texturentwicklung gut und widerspruchsfrei abzubilden, so dass die Verformung von Magnesiumlegierungen jetzt besser verstanden ist und
gleichzeitig ein Modell zur technischen Anwendung vorliegt.








L. A. Barrales Mora, G. Gottstein, L. S. Shvindlerman: Effect of a finite boundary junction mobility on the growth rate of
grains in two-dimensional polycrystals; Acta Materialia 60 (2012) 546-555.
X. Li, F Jiao, T. Al-Samman, S. Ghosh Chowdhury: Influence of second-phase precipitates on the texture evolution of Mg-AlZn alloys during hot deformation; Scripta Materialia 66 (2012) 159-162.
L. Hu, W. Hu, G. Gottstein, S. Bogner, S. Hollad, A. Bührig-Polaczek: Investigation into microstructure and mechanical properties of NiAl-Mo composites produced by directional solidification, Materials Science and Engineering A, 539 (2012) 211222.
D. A. Molodov, C. Günster, G. Gottstein, L. S. Shvindlerman: A novel experimental approach to determine the absolute grain
boundary energy; Philosophical Magazine 92 (2012) 4588-4598.
T. Al-Samman: Modification of texture and microstructure of magnesium alloy extrusions by particle-stimulated recrystallization; Materials Science and Engineering A 560 (2013) 561-566.
C. Haase, S. Ghosh Chodhurry, L. A. Barrales Mora, D. A. Molodov, G. Gottstein: On the relation of microstructure and texture evolution in an austenitic Fe-28Mn-0.28C TWIP steel during cold rolling; Metallurgical and Materials Transactions A 44
(2013) 911-922.
J. Hirsch, T. Al-Samman: Superior light metals by texture engineering: Optimized aluminum and magnesium alloys for automotive applications; Acta Materialia 61 (2013) 818-843.
J. E. Brandenburg, L. A. Barrales Mora, D. A. Molodov, G. Gottstein: Motion of a grain boundary facet in aluminum; Acta
Materialia 61 (2013) 5518-5524.
164
 Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V.,
DGM
 Deutsche Physikalische Gesellschaft e.V., DPG
 Stahlinstitut VDEh
 Deutsche Akademie der Technikwissenschaften,
acatech
 Akademie der Wissenschaften und der Literatur
zu Mainz
 Advanced Metals and Processes, AMAP GmbH
 TMS: The Minerals, Metals, and Materials Society
 MRS: Materials Research Society
 APS: American Physical Society
 IOP: Institute of Physics
Promotionen
Song, Jia: Microstructure and Mechanical Properties of NiAl Composites (2012)
Gloßner, Sheila Marie: Experimentelle Ermittlung und Modellierung von spannungsabhängiger Erholung
in Aluminiumlegierungen (2012)
Mu, Sijia: The Effects of Twinning on Deformation Texture (2013)
Günster, Christoph Michael: Magnetically and Capillary Driven Grain Boundary Motion in Zinc Bicrystals
(2013)
Li, Xiaohui: Enhanced Ductility of Mg Alloys Containing Rare Earth Elements (2013)
Liu, Zhenshan: Through Process Modeling of Phase Evolution in Work Hardening Aluminium Wrought
Alloys (2013)
Zhou, Jian: Molecular dynamics simulation of grain boundary migration (2013)
Witte, Marco: Texture Optimization of Ni-5at%W for Coated Conductor Applications (2013)
Berghammer, Rolf: Influence of the Precipitation State on the Thermal Stability of Severely Deformed
Aluminum Alloys (2013)
Sonstige; 1%
Kontakt
Institut für Metallkunde und Metallphysik
52056 Aachen
Germany
Wirtschaft; 32%
DFG ohne SFB;
53%
Gebäude/Deliveries:
Kopernikusstraße 14, 52074 Aachen, Germany
Telefon:
Fax:
E-Mail:
Homepage:
+49 (0)241 80-26855
+49 (0)241 80-22301
[email protected]
www.imm.rwth-aachen.de
SFB; 14%
165

Institut für Bildsame Formgebung
Prof. Dr.-Ing. G. Hirt
Personal
PS*
Professor
DS**
1
Oberingenieur
1
5
24
9
13
38
* PS: Planstellen
Das Institut für Bildsame Formgebung lehrt und
forscht seit den dreißiger Jahren des vergangenen Jahrhunderts auf dem Gebiet der Umformtechnik. Dies umfasst die Massiv- und Blechumformung von der Halbzeugfertigung bis zum
umgeformten Bauteil. Neben Umformmaschinen im Industriemaßstab (Walzen, Freiformschmieden, Ringwalzen, Blechumformung) verfügt das Institut über anspruchsvolle Materialprüftechnik und umfassende Erfolge in der Entwicklung und Anwendung numerischer Simulationsmethoden für die Werkstoffmodellierung
und Prozesssimulation.
In der Lehre werden in Vorlesungen, Übungen,
Praktika und Projektarbeiten umformtechnisches Grundwissen sowie vertiefende Kenntnisse zu wissenschaftlichen Methoden und SoftSkills vermittelt. Im Einzelnen werden folgende
Veranstaltungen zum Teil in Zusammenarbeit
mit externen Lehrbeauftragten regelmäßig angeboten:
 Einführung in die Umformtechnik (Hirt)
Grundlagen und Lösungsmethoden
der Umformtechnik (Hirt)
 Prozessketten der Umformtechnik (Hirt)
 Neuere Entwicklungen in der Umformtechnik (Hirt)
 Methoden der Projektbearbeitung (Hirt)
 Modellierung von Umformprozessen
(Franzke)
 Einführung in die FEM (Bambach)
 Introduction to Metal Forming (Hirt)
 Fundamentals and Solving Methods in
Metal Forming (Hirt)
Externe Lehraufträge:
 Walzwerktechnik (Dr. Pawelski)
 Verarbeitung und Anwendung von Bandmaterial für die Elektroindustrie
(Prof. Wuppermann)
Zu den Forschungsschwerpunkten des IBF zählen sowohl die unterschiedlichen Verfahren und
Prozessketten zur Herstellung von Halbzeugen
als auch deren Weiterverarbeitung zum einsatzfähigen Produkt. Angesprochene Anwendungsbranchen sind insbesondere die Verkehrstechnik (Fahrzeugtechnik, Luftfahrt), die Energietechnik, der Maschinen- und Anlagenbau sowie
die Medizintechnik und Mikrofertigung. Für
diese Bereiche entwickelt das Institut häufig in
enger Kooperation mit Partnern aus Industrie
und Wissenschaft neue Verfahren und Produkte
unter Nutzung moderner Versuchsanlagen in
industriellem Maßstab. Darüber hinaus nutzt
und entwickelt das Institut anspruchsvolle Simulationsmethoden für die Werkstoff- und
Prozesssimulation. Hierfür erfolgt eine umfassende Charakterisierung des Werkstoffverhaltens und der Gefügeentwicklung mit modernsten Prüfverfahren für die Umformbedingungen
der Blech- und Massivumformung.
A) Schnelle Walzmodelle für das Grobblechwalzen
Die genaue Voraussage von Walzkraft und
Walzmoment so der Gefügeentwicklung ist für
die Prozessauslegung und Prozessführung seit
jeher von großer Bedeutung. Für die industrielle
Praxis wurde am IBF im Rahmen diverser Kooperationen ein sehr schnelles Modell in den
letzten Jahren erheblich weiterentwickelt. Das
Modell „RoCaT“ (Rolling Calculation Tool) ist in
der Lage integrale Prozessgrößen, wie Walzkraft
166
und Moment, sowie Verteilungen von Formänderung, Temperatur und Korngröße im Walzgut
für komplette Stichpläne innerhalb von Sekunden zu berechnen. Das Modell ist derzeit für das
reversierende Walzen von Grobblech in sämtlichen Walzgutdicken ausgelegt.
Eine wesentliche Neuerung des auf der elementaren Theorie basierenden Modells ist das eigens entwickelte Schermodell.
An umfangreichen FE-Simulationen parametriert, ist es in der Lage, die elementare Streifentheorie an diskreten Rechenpunkten über der
Walztafeldicke mit Werten für die Scherung zu
ergänzen. Dieses ermöglicht einerseits die Visualisierung der lokalen Formänderungsverteilung im Walzspalt in schnellen Modellrechnungen, sowie die höhenaufgelöste Berechnung der
Austenitkorngröße auf Basis von lokalen Formänderungswerten.
Die Parametrierung der hinterlegten Materialmodelle geschieht in der Regel durch Werkstoffcharakterisierung im Labor. Für industrienahe Anwendungen bietet sich die inverse Parameteranpassung mit Hilfe von Messdaten aus
dem Produktionsprozess an. Durch die kurzen
Berechnungszeiten des Modells in Kombination
mit seiner hohen Vorhersagegenauigkeit sind
auch solche Anwendungsfälle umsetzbar, die es
erfordern invers - und damit iterativ in einem
Optimierungsschema - zu einer Kraftvorhersage
zu kommen.
B) Freiform-Leichtbaufassaden
In Zusammenarbeit zwischen dem Institut für
Bildsame Formgebung (IBF) und dem Lehrstuhl
für Tragkonstruktionen (TRAKO) der RWTH Aachen wurde ein Baukonzept für selbsttragende
Freiform-Leichtbaufassaden entwickelt. Dieses
Baukonzept ermöglicht es, durch die Kombination aus Tesselierung und Faltung komplex geformte Hüllflächen durch Einzelteile zu approximieren und soweit zu versteifen, dass auf eine
materialintensive Unterkonstruktion weitestgehend verzichtet werden kann. Die auf Basis der
inkrementellen Blechumformung (IBU) entwickelte flexible Fertigungskette eignet sich für
die Produktion der Fassadenelemente und ermöglicht sogar die Realisierung von FreiformEntwürfen mit einer Vielzahl individueller Einzelteile.
Die praktische Umsetzbarkeit des Baukonzeptes
für selbsttragende Freiformstrukturen, z.B. für
den Dach- und Fassadenbereich, konnte am
Beispiel des realisierten Musterbauwerks gezeigt werden.
Dabei wurden alle erforderlichen Schritte vom
Entwurf über Planung und Fertigung bis hin zur
Montage erprobt und optimiert. Das gesamte
Musterbauwerk wurde aus nichtrostendem
Stahlfeinblech gefertigt und überspannt eine
Fläche von ca. 30 m² (4,4 m x 7,0 m) bei einer
Gesamthöhe von 3,6 m. Das enorme Leichtbaupotential des Baukonzeptes konnte dabei durch
ein Flächengewicht von weniger als 16 kg/m²
bestätigt werden.
C) Herstellung und Weiterverarbeitung hochmanganhaltiger TWIP-Stähle
für den Einsatz als crash-relevante
Bauteile im Automobil
167
Hochmanganhaltige TWIP-Stähle zeichnen sich
durch außergewöhnliche mechanische Eigenschaften aus, welche sie sehr interessant für
den Einsatz als Strukturwerkstoffe im Automobil
machen. Da diese Werkstoffe mit konventionellen Verfahren nur sehr aufwendig herstellbar
sind, untersucht das IBF das Dünnbandgießen
nach dem Zweirollenverfahren, das die endabmessungsnahe Warmbandherstellung direkt aus
der Schmelze ermöglicht.
An der vertikalen Bandgießanlage des Instituts
für Bildsame Formgebung wurden verschiedene
hochmanganhaltige Legierungen erfolgreich zu
Warmband vergossen. Während die rissfreie
Oberfläche eine hohe Qualität aufweist, ist das
Bandinnere durch eine inhomogene Kornverteilung und ausgeprägte Mikroseigerungen infolge
der dendritischen Erstarrung geprägt. Eine speziell entwickelte thermo-mechanische Nachbehandlungsroute ermöglicht es, die Seigerungen
aufzulösen und ein rekristallisiertes Kaltband
mit homogener Kornverteilung einzustellen.
Dazu werden die Warmbänder mit einem Kaltwalzgrad von 50 % auf eine Enddicke von 1 mm
gewalzt und anschließend einer 30-minütigen
Glühbehandlung unterzogen.
Die rekristallisierten Kaltbänder wurden zu hexagonalen Halbschalen gebogen und zu
Crashboxen verschweißt. Diese wurden in einem Fallturm mit einer Energie von 5 kJ belastet
und mit Crashboxen aus industriell eingesetzten
Stählen verglichen.
Am Beispiel der Legierung Fe-17Mn-0.3C-1.5Al
ist zu sehen, dass die Crashbox nahezu um die
Hälfte gestaucht wurde, um die gesamte
Energie aufzunehmen. Als Bewertungkriterium
dienen die aufgenommene Energie, die
gemessene Kraft und der zurückgelegte
Stauchweg. Diese Werte zeigen die
hervorragenden Crash-Eigenschaften des bandgegossenen, hochmanganhaltigen Stahls,
welche denen eines industriell gefertigten
Dualphasenstahls DP800 entsprechen.
168






M Daamen, S. Richter, G. Hirt. „Microstructure Analysis of High-manganese TWIP Steel produced via Strip casting“
Key Engineering Materials, Vol. 554-557, 21.-24. April 2013, 16th annual ESAFORM Conference on Material Forming,
Page 553-561 (ISBN 978-3-03785-719-9)
T. Henke, M. Bambach, G. Hirt. „Quantification of uncertainties in grain size predictions of a microstructure-based
flow stress model and application to gear wheel forging“, CIRP Annals (2013), Vol. 62/1, Page 287-290 (ISSN 00078506)
V. Jenkouk, J. Seitz, G. Hirt. „Ringwalzen nicht-rechteckiger Querschnitte“ 28. ASK Umformtechnik, 07.-08. März 2013,
Aachen, Page 55-64 (ISBN 3-86130-955-6)
D. Bailly, G. Hirt, R. Herkrath, M. Trautz. “Selbsttragende Leichtbaufassaden aus Edelstahl durch inkrementelle Blechumformung” 28. ASK Umformtechnik, 07.-08. März 2013, Aachen, Page 175-186 (ISBN 3-86130-955-6)
J. Pöplau, T. Romans, M. Bambach, G. Hirt. “Riblet-rolling of clad ALCU4MG1 sheets – passive drag reduction in aeronautics” 9th International Rolling Conference, 10.-12. Juni 2013, Venedig/Italien (ISBN 9788885298958)
V. Jenkouk, G. Hirt, M. Franzke, T. Zhang. „Finite element analysis of the ring rolling process with integrated closedloop control” CIRP Annals (2012), Vol. 61/1, Page 267-271 (ISSN 0007-8506)




CIRP: The International Academy for Production
Engineering
WGP: Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktionstechnik
AGU: Arbeitsgemeinschaft Umformtechnik
Senat der Deutschen Forschungsgemeinschaft




acatech: Deutsche Akademie der Technikwissenschaften
Journal of Materials Processing Technology
(Editorial Board)
International Journal of Material Forming (International Advisory Board)
zmb, aec, champ, Simpro, JaraEnergy
Promotionen
Baadjou, René: Grundlagenuntersuchungen zur Herstellung thixogeformter Stahlverbundbauteile
(2013)
Zhao, Kunning: Micro hot coining of high strength metals using electric conductive heating (2013)
Lopez Santaella, Mauricio: Thermo-mechanical fatigue of hot forging tools - prediction, analysis and
optimization methods through six-sigma (2013)
Sonstige; 15%
Wirtschaft; 34%
Kontakt
Institut für Bildsame Formgebung (IBF)
Intzestraße 10
52072 Aachen
Telefon: +49 241 8095907
Fax: +49 241 8092378
Homepage: http://www.ibf.rwth-aachen.de
DFG ohne SFB;
38%
SFB; 10%
EU; 3%
169
Juniorprofessur für Werkstoffmodellierung – atomare Ordnungshierarchien
Prof. Dr.-Ing Ming Hu
Personal
PS*
Professor
DS**
1
Oberingenieur
2
2
1
* PS: Planstellen
Rechenbetonte Nano-Ingenieurwesen der fortschreitende Werkstoff für neue Energie Nanotechnik
A) Computer Simulation der Werkstoff
Die Kurse verbinden die Grundtheorien der atomistischer (die Molekulardynamik) Simulation und
typische Anwendung auf Modellierung thermodynamische Eigenschaft, z.B., von gründliche thermodynamische Quantität Rechnung bis modele
komplizierte Wechselwirkung an dem Stoff und
der Flüssigkeit; von Ausgeglichenheit des Massivbau bis die Phasenänderung und das Phasengleichgewicht, etc. Durch diese Kurse, können die
Studenten die Fähigkeit für molekulare Simulation
verstärken und in zukünftige Studie und/oder
Forschung anwenden.
B) Einführung in die Molekulardynamik
Simulation
Die Kurse fangen mit den Grundtheorien der Molekulardynamik Simulation (statistische Physik) an.
Der Algorithmus, das Atompotenzial und die
Grenzbedingung der Atomsimulation folgen nach.
Endlich sind die Kursfokusse die typische Anwendung auf Modellierung Mechanik-/ Thermotransporteigenschaften des Werkstoffs, inkl. StoffVerformung (Plastizität, Versetzung, Bruch), der
Wärmeaustausch in kleinem Umfang.
A) Wärmeaustausch für Energieumsetzung im Nanobereich
Im Energienanotechnik, Die Thermotransports
Erscheinung wurde inklusive thermoelektrische
Werkstoff (mit hoch ZT Koeffizient) untersucht.
B)
Zweidimensionale Werkstoff für
hoch Leistung Nanoelektronik
Grundforschung über Nanoelektronik Physik (Karbon und nicht Karbon) wird durchführen, auf
Schwerpunkte der Thermotransport und Nanostruktur Thermodynamik, z.B. der Graphen Stoff
für hoch Leistung Nanoelektronik und mehrlagenweise Graphen Quantum Brennstützen für die
fortschreitende Energieumformung.
C) Grenzflächenwärmeaustausch für
fortschreitenden Thermomanagement
„Neben-Grenzzone“ Thermotransport, der Kritischer Roll auf allgemeine Wärmeableitungseffizienz während Hochleistung Elektronik Abkühlen
spielt, wird optimiert.
A) Thermoelektrische Eigenschaft des
Halbleiter Nanodraht
In der Welt, wird ungefähre 90% Leistungen durch
fossilen Brennstoff Brennen erzeugt. In der Wärmekraftmaschine wird die Effizienz ca. 30-40%
erreicht, d.h. es gibt annähernd 15 Terawatt
Wärme Verlust ins Umwelt. Thermoelektrische
Module kann wahrscheinlich die Restwärme in
Elektrizität verwandeln. Die Effizienz benötigt
thermoelektrische Bild von Merit ZT der Stoffbestände. Der ideale thermoelektrische Werkstoff
sollt ein elektrischer Leiter sein. Wegen des widerstreitenden Bedarfs, wird die Herausforderung des
Werkstoffs gestellt. Nanostrukturen mit mindestens einer Dimension in der Größenordnung von
Phononen mittlere freie Weglänge kann Phononen Streuung erhöhen dadurch Verringerung der
thermischen Leitfähigkeit. Raue Si-Nanodraht
Arrays haben Versprechen als leistungsstarke,
skalierbare thermoelektrische Materialien gezeigt.
Neue Konzepte der Nanostrukturen mit erheblicher Reduzierung auf dem Wärmeleitfähigkeitsverstopfen werden aufgestellt, die begründet auf
die Depression und Lokal der langwelligen Phononen Moden an der Grenzfläche und Hochfrequenz
nicht Verbreitung Diffundieren Moden. Entsprechend Ergebnisse werden bereits veröffentlicht
über das Thema. Daher die Schwerpunkte der
zukünftiger Arbeit sind neue Methodenuntersuchung und Einrichtung für Wärmeleitfähigkeit
Reduzieren der thermoelektrische Werkstoff.
170
B) Zweidimensionale Silicon als hoch
Effizienz Thermoelektrik
Das Graphen mit zweidimensionaler Bienenwabe
gittern hat viele ausgezeichnete Physikeigenschaften. Seit 2004 entwickeln die Untersuchungen
über Graphen sich schnell. Die Entwickelung verursache noch die Aktivität und Ausführung für
neue Physikerscheinung. Trotzdem, es gibt noch
groß Problem an Halbmetalle, null Bandlücke
Halbleiter und die Inkompatibilität mit Sibegründeter Technik. Geometrie der Bienenwabe
Gittern betreffet die Eigenschaft, d.h., wenn Karbon zu andere Atom gewechselt wird, zieht der
Werkstoff vielleicht neuartige Physikerscheinung
an. Die Erstergebnisse haben angezeigt, dass Silikon mit hoher Elektronenbeweglichkeit das oben
Problem auflösen kann. Da hat Silikon niedrige
Wärmeleitfähigkeit und ähnlich wie Karbon Bienenwabe Struktur. Da der Thermotransport an
Ringkappe Struktur verstopft wird, die super
elektrische Transportfähigkeit kann Silicon mehr
Möglichkeit öffnen lasst.
Thermoelektrik ist ein attraktiver Weg, der teilweise den Problemen weltweit wachsenden Energiebedarf und Abhängigkeit von Geräten lösen
kann. Der kann typisch Restwärme in der Elektrizität umwandeln. Der Weg ist direkt benutzbar und
einfach transportbar, als höchster thermodynamischer Energieform. Ein ideale Thermoelektrik
Werkstoff muss die beide Eigenschaften der Phonon Glas (sehr niedrig Wärmeleitfähigkeit des
Gitters nähert sich der Grenze amorphen) und
Elektron Kristall (hoch Elektronenbeweglichkeit).
Zweidimensionales Silicon füllt die Voraussetzung
aus, das somit eine sehr aussichtsreiche Position
in der neuen Generation der Thermoelektrik
nimmt.
Mit dem Stand der Technik zielt dieser Vorschlag
darauf ab, dass die theoretische Untersuchungen
der thermoelektrischen Eigenschaften von Nanostrukturen Silikon in verschiedenen Formen als
potentiell hocheffiziente thermoelektrische Werkstoff durchzuführen. Das allgemeine Ziel des Vorschlags ist, um die Grundschwingung über Thermoelektrik Eigenschaften der Nanostrukturen
Silikon als Entwicklungstechnik zu fortschreiten.
Um die Wärmeleitfähigkeit und Boltzmann Transport Gleichung der Elektronikeigenschaft zu rechen werden die Nahverbindet und gegenseitig
abhängig Molekulardynamik Simulation vorgeschlagen. Die Ergebnisse der Untersuchungen
haben das Fortschreiten für Grundverständnis der
Einrichtung Thermo-/Elektrik Transport über Silikon/Silikon
entsprechend
Zweidimensionale
Werkstoff angezeigt, das Energiebedarf beitragen
wird.
C) „Neben-Grenzzone“ Wärmetauschen
für
fortschreitend
Thermomanagement.
Elektronisches Bauelement ist wärmstes Element
an meisten Modern Elektroniksysteme. Der Restwärme wird durch Fortleiten, Breiten und Konvektion zu dem Fluid, die Verringerung in der Temperatur als Wärmereisen von der Quelle bis Fluid
hat. Meisten Forschungen konzentrieren auf die
Entwicklung des Wärmetransports und Entfernung
wenn die Wärme von der Rückseite Substrat ausgestiegen hat. An meisten Hochleistung Halbleiter
und Photon Teilen kann die Hitzebeständigkeit mit
„Neben-Grenzzone“ wie groß als die Beständigkeit
des Restelements in dem System sein. Infolgedessen der Fortschreiten über „Neben-Grenzzone“
Thermotransport spielt wichtige Roll auf ganz
Wärmedissipation Effizienz an Hochleistung Elektronikkühlen.


Xiaoliang Zhang, Ming Hu, and Dawei Tang,* “Thermal Rectification at Silicon/Horizontally Aligned Carbon Nanotube
Interfaces”, Journal of Applied Physics, 113, 194307 (2013).
Yuhang Jing, Ming Hu,* and Licheng Guo, “Thermal Conductivity of Hybrid Graphene/Silicon Heterostructures”, Journal of Applied Physics, 114, 153518 (2013).
Kontakt
Institute of Mineral Engineering
Mauerstrasse 5
52064 Aachen
Telefon: 0241 80 98331
Fax: 0241 80 92271
Homepage: https://www.ghi.rwth-aachen.de/www/pages/simulation/index.pdf
171
Institut für Industrieofenbau und
Wärmetechnik und Lehrstuhl für
Hochtemperaturtechnik
Industrieofenbau und Wärmetechnik bietet als
Basisfach im Bachelor-Studiengang die Grundlagen der Transportphänomene (Wärmeübertragung und Strömungsmechanik) an. Im Masterstudium wird eine Vertiefung in die Prozessund Anlagentechnik (Industrieofentechnik,
Lichtbogenofentechnik, Prozesstechnik) angeboten. Außerdem wird von dem IOB ein Teil der
Simulationstechnik (Bachelor) und der Systemtechnik (CFD im Master) abgedeckt.
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Herbert Pfeifer
Personal
PS*
DS**
Professor
1
1
3
13
6
2
1
32
Auszubildende
3
* PS: Planstellen
Das Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik lehrt und forscht auf den Gebieten der
Industrieofentechnik und der Prozesstechnik bei
hohen Temperaturen (Herstellung und Verarbeitung von Werkstoffen bei hohen Temperaturen wie Stahl, Nickelbasis-Legierungen, NEMetalle und Carbonfasern). Die Lehrveranstaltungen und die Weiterbildungsveranstaltungen
und auch die Forschung haben den Anspruch,
sowohl praxisrelevant als auch grundlagenorientiert zu sein.
A)
Werkstoffingenieur
(Bachelor/
Master)
Werkstoffingenieurwesen ist ein ingenieurwissenschaftlicher Studiengang, der mit dem Bachelor of Science (Regelstudienzeit 6 Semester)
und daran anschließend mit dem Master of
Science (Regelstudienzeit 4 Semester) abgeschlossen wird. Das Studienangebot umfasst
den Bereich der metallischen und mineralischen
Werkstoffe und deren Erforschung, Herstellung,
Verarbeitung und Recycling. Das Institut für
B) Wirtschaftsingenieurwesen (Fachrichtung: Werkstoff- und Prozesstechnik)
Das Studium des Wirtschaftsingenieurwesens
deckt jeweils zu gleichen Teilen Themenbereiche eines wirtschaftsund eines ingenieurwissenschaftlichen Studiums ab. In dem an der
RWTH Aachen angebotenen Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen mit der Fachrichtung
Werkstoff- und Prozesstechnik deckt das IOB im
ingenieurwissenschaftlichen Teil des BachelorStudiums die Theorie der Transportprozesse ab.
Im Master stehen alle anderen Lehrangebote
des IOB den Studierenden zur Auswahl.
C) Umweltingenieurwesen sowie Rohstoffingenieurwesen und Entsorgungsingenieurwesen
In diesen Studiengängen, die von der Fakultät 3
sowie Fachgruppe Rohstoffe und Entsorgungstechnik angeboten werden, wird die Vorlesung
Angewandte Wärmetechnik (Grundlagen der
Technischen Thermodynamik) als Pflichtveranstaltung angeboten.
C) Metallurgical Engineering
In diesem englischsprachigen Studiengang werden die Vorlesungen Transport Phenomena 1
und 2 und Industrial Furnaces durchgeführt.
A) Industrieofentechnik
Die Industrieofentechnik bzw. Thermoprozesstechnik befasst sich mit der Erwärmung von
metallischen Werkstoffen in industriellen Ofenanlagen. Der Themenbereich gliedert sich in
zwei Schwerpunkte: Verbrennungstechnik und
Mechanik. Ziel der Verbrennungstechnik ist die
Steigerung der Energieeffizienz, Verringerung
von Schadstoffen und CO2-Emissionen und die
Verbesserung der Produktqualität durch spezielle Ofenatmosphären. Außerdem werden Verbrennungsprozesse hinsichtlich einer schnellen
und homogenen Erwärmung optimiert. Ziel des
172
Bereiches Mechanik ist die Minimierung von
thermischen, strömungstechnischen und klassischen mechanischen Belastungen von Ofenkonstruktion und Gut, welche bei hohen Temperaturen nur noch einen Bruchteil Ihrer zulässigen
Belastbarkeiten bei Raumtemperatur aufweisen. Übergreifend über beide Schwerpunkte
wird die strömungstechnische Auslegung von
Industrieöfen betrachtet.
B) Strömung in metallurgischen Prozessen
In metallurgischen Reaktoren treten komplexe
Mehrphasenströmungen auf, deren Kenntnis
und Optimierung wichtig ist für die Prozessqualität (Temperaturhomogenität, Reinheitsgrad,
Partikelbewegung). Die Strömungsuntersuchungen erfolgen mit experimentellen Methoden (physikalische Wassermodelle und verschiedenartiger Lasermesstechniken wie LDA,
PIV und LIF) und numerischen Verfahren (CFDSimulation). Im Fokus stehen Anlagen der Metallurgie (Pfanne, Tundish, Stranggießkokille,
ESU und AOD-Prozess).
C) Stoff- und Energiebilanzen
Stoff- und Energiebilanzen sind wichtige Werkzeuge bei der Analyse und Optimierung sowohl
einzelner Aggregate und als auch vollständiger
Prozessketten. Das Elektrostahlverfahren und
der Elektrolichtbogenofen stellen die Schwerpunkte der bisherigen Arbeiten auf diesem Gebiet dar. Anwendung finden hier Abgasanalytik
und allgemein Messtechnik zur Bestimmung
von Massen- und Energieströmen in Kombination mit thermodynamischen und strömungsmechanischen Simulationen. Ziele der Arbeiten
sind Einsparungen beim Energieeinsatz, Minderung der CO2-Emissionen durch biogene Einsatzstoffe und des Ressourceneinsatzes im
Elektrostahlverfahren. Ein weiterer Bereich der
Forschungsarbeiten umfasst Untersuchungen zu
Schadstoffemissionen (NOx).
A) Erweiterung der Einsatzgrenzen
flammloser Oxidation
Hohe Luftvorwärmtemperaturen kommen zur
Steigerung der Effizienz beim Betrieb von Gasbrennern zum Einsatz, führen jedoch ohne flankierende Maßnahmen zu einer Steigerung der
thermischen NOx-Emissionen. Als Gegenmaßnahme kommt z. B. die räumlich verteilte Ver-
brennung infrage. Dadurch werden die für die
thermische NOx-Bildung typischen Temperaturspitzen in der Flamme vermieden, und es entsteht eine temperaturhomogene Reaktion, die
flammlose Oxidation. Ziel des Projekts ist es zu
erforschen, bis zu welchen kleinsten Leistungen
das Prinzip der flammlosen Oxidation aufrechterhalten werden kann. Die hierzu notwendigen
Untersuchungen werden an einem zu diesem
Zweck entwickelten Versuchsofen durchgeführt.
B) Volumenstrommessung in Hochkonvektionsöfen
Bei einem Wärmebehandlungsprozess in konvektionsdominierten Anlagen (Hochkonvektionsöfen) spielen die Volumenströme eine wesentliche Rolle. Die Ist-Volumenströme im Betriebszustand sind jedoch meist unbekannt. In
Rahmen des durch die AiF geförderten Projektes „Volumenstrommessung“ ist es gelungen,
kontinuierlich
arbeitende
Volumenstommesseinrichtungen zu entwickeln.
Der Volumenstrom wird mittels eines in der
Einlaufdüse des Ventilators eingebrachten
Messkreuzes ermittelt. Der Einlaufbereich wurde mit Laseroptischen Messverfahren (Laser
Doppler Anemometrie) untersucht, um eine
gezielte Positionierung und Kalibrierung der
Messstellen für das Messkreuz zu ermöglichen.
Foto: L. Wels
Messung des Geschwindigkeitsprofils in der Einlaufdüse
mittels Laser Doppler Anemometrie
C) Modellierung der Behälterschwingung beim AOD-Prozess
Beim
AOD-Prozess
(Argon
Oxygen
Decarburization) wird hochlegierter Stahl durch
das Ein- und Aufblasen von Sauerstoff und
Inertgasen durch mehrere Seitenwanddüsen
und eine Blaslanze entkohlt, dabei kommt es zu
unerwünschten niederfrequenten Schwingungen. Das entwickelte Oszillationsmodell betrachtet das Konvertersystem als gedämpftes
Federpendel. Das Fluidinduzierte Moment wird
173
mittels einer CFD-Simulation der Strömung bestimmt und an das Oszillationsmodell übergeben, welches die resultierende Auslenkung des
Konverters an das CFD-Modell zurückgibt. Dieses gekoppelte Modell ist in der Lage, die charakteristischen Frequenzen sowie die Intensitätsverhältnisse der Behälterschwingung wiederzugeben. Durch die Betrachtung der Systemanregung können Rückschlüsse auf die Ursachen der Behälterschwingung gezogen werden.
Prinzipskizze des Oszillationsmodells
D) Simulation Bandgießen
Die Strömung im Pool einer Bandgießanlage
wird am IOB sowohl numerisch, mittels CFD,
und experimentell an Wassermodellen untersucht. Die Verwendung von Wasser ist auf
Grund der ähnlichen kinematischen Viskosität
legitim, wodurch die Strömungen vergleichbar
sind. Bei den Untersuchungen im 1:1Wassermodell werden durch Lasermesstechnik,
der sogenannten
PIV-Methode, die
Geschwindigkeiten
in definierten Ebenen innerhalb des
Pools bestimmt.
Durch VideoanalyWassermodell Bandgießanlage,
se kann zudem das
schematisch
Verhalten an der
Pooloberfläche untersucht werden. Die CFDSimulation bietet außerdem die Möglichkeit
den Einfluss der Strömung auf die Temperaturverteilung zu analysieren.
E) Nachhaltige Elektrostahlproduktion
Im Rahmen des vom Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) geförderten Projektes
mit dem Acronym RECYCEOS arbeitet das IOB in
Zusammenarbeit Partnern aus der Industrie und
Forschung an der Entwicklung eines
Agglomeratsteins aus Gießpfannenschlacke und
Biokohle.
Ziel des Vorhabens ist es, durch den Einsatz von
Biomasse und die Rückführung der Gießpfannenschlacke in den Elektrostahlprozess den
Verbrauch an primären Rohstoffen (Kohle und
Kalkstein) zu reduzieren und das Verfahren so
ressourcenschonender zu gestalten. Am IOB
werden hierzu unter anderem Versuche zum
Einsatz der Agglomeratsteine im PilotLichtbogenofen durchgeführt und Versuche in
industriellen Lichtbogenöfen begleitet und ausgewertet.
F) Herstellung von Carbonfasern
Das Ziel2-Projekt MegaCarbon hat die Weiterentwicklung der qualitäts- und produktivitätsbestimmenden Herstellungsschritte zur wirtschaftlicheren
und
nachhaltigeren
Carbonfaser¬erzeugung zum Ziel. Ein besonderes Augenmerk wird dabei auf eine Steigerung
der Produktionsgeschwindigkeiten, eine Senkung des Energiebedarfs sowie eine Steigerung
der Kapazität durch neue Produktionstechniken
gelegt.
Das IOB hat hierzu im Rahmen des Projektes
Versuche zur Stabilisierung und Carbonisierung
von Carbonfasermaterial durchgeführt. Die erstellten Versuchsstände erlauben dabei sowohl
die Durchführung diskontinuierlicher als auch
quasi-kontinuierlicher Versuche.
Strömungsgeschwindigkeiten im Längsschnitt
174








Giesselmann, N.; Rückert, A.; Pfeifer, H.; Tewes, J.; Klöwer, J.: Numerical Simulation of the Electroslag Remelting Process in Order to Determine Influencing Parameters on Ingot Defects, Proceedings of the ISIJ-VDEh-Jernkontoret Joint
Symposium, 15.-16. April 2013, Osaka, Japan
Wuppermann, C.; Rückert, A.; Pfeifer, H.; Odenthal, H.-J.: Physical and Mathematical Modeling of the Vessel Oscillation in the AOD Process, ISIJ International, 53 (2013) Nr. 3, S. 441-449
Lenz, W.; Pfeifer, H.: Berechnung von Thermospannungen in Wärmebehandlungsanlagen mittels gekoppelter numerischer Verfahren, Chemie Ingenieur Technik, 85 (2013), Nr. 8, S. 1312-1316
Demus, T.; Echterhof, T.; Pfeifer, H.; Schulten, M.; Noel, Y.; Quicker, P.: Investigations on the use of biogenic residues
as a substitute for fossil coal in the EAF steelmaking process, 10th European Electric Steelmaking Conference, 25.-28.
September 2012, Graz, Austria
Beneke, F.; Nacke, B.; Pfeifer, H.: Handbook of Thermoprocessing Technologies, Volume 1: Fundamentals, Processes,
Calculations, Vulkan Verlag, (2012), 2. Auflage, ISBN 978-3-8027-2966-9
Schnitzler, M.; Bölling, R.; Pfeifer, H.: Analysis of combustion efficiency using laser-induced fluorescence measurement of OH-radicals, TMS 2012, 11.-15. März 2012, Orlando, FL, USA
Wuppermann, C.; Giesselmann, N.; Rückert, A.; Pfeifer, H.; Odenthal, H.-J.; Hovestädt, E.: A Novel Approach to Determine the Mixing Time in a Water Model of an AOD Converter, ISIJ International, 52 (2012) Nr. 10, S. 1817-1823
Echterhof, T.; Pfeifer, H.: Nitrogen Oxide Formation in the Electric Arc Furnace - Measurement and Modeling, Metallurgical and Materials Transactions B, 43 (2012), Nr. 1, S. 163-172



Combustion Institute - deutsche Sektion

Forschungsgemeinschaft Industrieofenbau FOGI im 
VDMA
Öl-Wärme-Institut an der RWTH Aachen, OWI
Gesellschaft für Hochtemperaturtechnik, GVC-HTT
Verein Deutscher Eisenhüttenleute, StahlinstitutVDEh
Promotionen
Rückert, Antje: Mathematische Modellierung der Transportprozesse beim Elektroschlackeumschmelzen
(2012)
Bahrmann, Rüdiger Günter: Experimentelle und numerische Untersuchung von Strömungsphänomenen
in Dünnbrammenkokillen (2013)
Wuppermann, Christian Friedrich: Mathematische Modellierung der fluidinduzierten Behälterschwingen beim AOD-Prozess (2013)
Hellenkamp, Björn Martin Quirinus: Analyse von Spannungen in einem metallischen P-Strahlheizrohr
mittels Fluid-Struktur-Interaktion (2013)
Kontakt
IOB - Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik
Kopernikusstraße 10
52074 Aachen
Homepage: www.iob.rwth-aachen.de
Telefon: +49 241 8025935
Fax: +49 241 80 22289
Sonstige, 43%
Wirtschaft,
55%
BMBF, 0%
EU, 0%
SFB, 0%
DFG ohne
SFB, 2%
175
synthetisiert. Die kombinatorische Dünnschichtsynthese erlaubt durch die Abscheidung von mehreren Plasmaquellen die Synthese von dünnen
Schichten mit mehrdirektionalen Konzentrationsgradienten.
Univ.-Prof.
Jochen M. Schneider, Ph. D.
Schematik zum quantenmechanisch geführten Werkstoffdesign bei MCh. Die Pfeile deuten den iterativen Charakter des
Designprozesses an.
Personal
PS*
Professor
1
Oberingenieur
1
3
5,5
DS**
14
10
* PS: Planstellen
Forschungsphilosophie:
Quantenmechanisch geführtes Werkstoffdesign
Forschungsziel:
Beiträge zum fundamentalen Verständnis, welches
für die Synthese und Anwendung multifunktionaler Werkstoffe mit maßgeschneiderten chemischen und mechanischen Eigenschaften benötigt
wird, zu leisten. Der Schwerpunkt der Forschungsarbeiten liegt dabei auf dem Verständnis der Korrelationen zwischen den Synthesebedingungen
und der strukturellen und chemischen Schichtevolution zur gezielten Einstellung der Elastizität und
der Phasenstabilität.
Forschungsstrategie:
Durch Kombination theoretischer und experimenteller Methoden sollen grundlegende Zusammenhänge der Werkstoff-Plasma-Wechsel-wirkungen
erarbeitet und so Beiträge zur wissenschaftlichen
Grundlage generiert werden, die das gezielte
Werkstoffdesign im Hinblick auf elastische Eigenschaften und Phasenstabilität ermöglicht. Auf der
Basis zahlreicher Berechnungen werden vielversprechende Werkstoffe ausgewählt und dann
Diese Methode erlaubt die gleichzeitige Synthese
einer Materialbibliothek auf einem Substrat, wobei die Farbgradienten in Bild 1 die Zusammensetzungsgradienten verdeutlichen sollen. Die anschließende ortsaufgelöste Analyse von Zusammensetzung, Struktur, elastischen Eigenschaften
und Phasenstabilität stellt zusammen mit den
theoretischen Daten die Basis für das quantenmechanisch geführte Werkstoffdesign dar.
A) Veranstaltungen
MCh ist in der Lehre mit den folgenden Veranstaltungen vertreten:
• Materials Chemistry I,
• Materials Chemistry II,
• Grundzüge der Oberflächentechnik,
• Oberflächenfunktionalisierung und
• Quantum Mechanics for Engineers.
B) Studiengänge
Die oben genannten Vorlesungen, Übungen und
Praktika sind Pflichtveranstaltungen in den folgenden Studiengängen:
• Werkstoffingenieurwesen, B. Sc.,
• Wirtschaftsingenieurwesen (Fachrichtung
Werkstoff- und Prozesstechnik), B. Sc.,
• Materialwissenschaften, B. Sc.,
• Technik-Kommunikation, B. Sc.
Die Forschungsschwerpunkte bei Materials Chemistry (MCh) liegen auf dem wissensbasierten
Werkstoffdesign für die folgenden Anwendungsfelder:
176
A) Werkstoffe für die Energieumwandlung
B) Werkstoffe für Schneid- und Formwerkzeuge
A) Schwerpunktprogramm 1594:
„Topological Engineering of Ultra-strong
Glasses“
Ziel des SPP ist es, durch die Erarbeitung physikalisch-chemischer Simulationswerkzeuge das gezielte Werkstoffdesign nahgeordneter anorganischer und metallischer Materialien hinsichtlich
Steifigkeit, Festigkeit und Bruchzähigkeit zu ermöglichen und, basierend auf dem ab initioVerständnis der Wechselwirkung zwischen Spannungsfeldern und topologischen Aspekten, bruchzähe Gläser mit Festigkeiten im GPa-Bereich zu
entwickeln.
B) Schwerpunktprogramm 1473:
„Trockenumformen
–
Nachhaltige Produktion durch
Trockenbearbeitung in der Umformtechnik“
Der zentrale Beitrag dieses Schwerpunktprogramms besteht in der Realisierung neuer
schmierstofffreier Umformverfahren durch eine
zielgerichtete Oberflächenbehandlung der Werkzeuge, z. B. durch quantenmechanisch geführtes
Schichtdesign zur Reduzierung der chemischen
Interaktion wzischen Werkzeug und Werkstück.
C)
„Erforschung von hochwirksamen, RuO 2 basierten, thermoelektrischen Dünnschichten mittels“
Das Ziel dieses Projektes ist es, den Zusammenhang zwischen chemischer Zusammensetzung,
Struktur und Transporteigenschaften von RuO2
und RuO2 legiert mit Nb, Pd und einem Lanthanoid, zu erforschen.
basierten Kontrolle
Plasmaprozessen.
von
Nichtgleichgewichts-
E) DFG SPP 1568:
"Design and Generic Principles of Selfhealing Materials"
Zielsetzung des SPP ist die interdisziplinäre Erarbeitung fundamentaler, materialunabhängiger
Designprinzipien und -strategien zur Entwicklung
adaptiver Hochleistungswerkstoffe für technologische und medizinische Anwendungen.
F) SFB 761:
„Stahl – ab initio: Quantenmechanisch
geführtes Design neuer Eisenbasis Werkstoffe“
Hier wird das Werkstoff-Design
einer neuen Klasse von Strukturwerkstoffen mit außergewöhnlichen Eigenschaftskombinationen durch die
Entwicklung einer methodischen Vorgehensweise
zur Werkstoff- und Prozessentwicklung basierend
auf ab initio Ansätzen verwirklicht.
G) Schwerpunktprogramm 1473:
„Materials with
New Design for
Improved Lithium
Ion Batteries“
In diesem Forschungsprogramm werden die Zusammenhänge zwischen Thermodynamik, Kinetik,
Kristallchemie und Mikro-/Nanostruktur von
Werkstoffen für Lithium-Ionen-Batterien wissenschaftlich untersucht. Ziel ist die Erarbeitung eines
tiefgreifenden Verständnisses des Zellensystems
aus aktiven Massen, Elektrolyten, Stromkollektoren und –separatoren als Grundlage der Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien der nächsten
Generation.
D) SFB-TR 87:
„Gepulste Hochleistungsplasmen zur
Synthese nanostrukturierter Funkt ionsschichten“
Ziel des SFB-TR 87 ist die Entwicklung einer Methodik zur eigenschaftsorientierten und diagnose-
177
Highlights
Materials Chemistry publiziert ausschließlich in international anerkannten, referierten Zeitschriften nach
den Regeln des Vancouver-Protokolls.
Ab initio study of Ti0.5Al0.5N(001)—residual and environmental gas interactions
D. Music and J.M. Schneider, Materials Chemistry, RWTH Aachen University
New Journal of Physics 15 (2013) 073004 (11pp)
In der vorliegenden Arbeit konnten die mittels
quantenmechanischer Rechnungen vorhergesagten
Wechselwirkungseffekte von TiAlN mit Umgebungsgasen experimentell nachgewiesen werden.
In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass die
Inkorporation von Sauerstoff in VAlONDünnschichten in das Nitrid-Untergitter in
der Bildung von Leerstellen auf dem Metall-Untergitter resultiert.
Aufgrund von kombinierten ab initioRechnungen und Beugungsanalysen konnte erstmals gezeigt werden, dass Vorhersagen der Elastizität und des Geleichgewichtvolumens nur bei korrekt beschriebener Defektstruktur sinnvoll sind.
178
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


K.P. Shaha, H. Rueß, S. Rotert, M. to Baben, D. Music, and J.M. Schneider: Nonmetal sublattice population induced defect
structure in transition metal aluminum oxynitrides, Applied Physics Letters 103 (22) (2013) 221905-1.
F. Nahif, D. Music, S. Mráz, H. Bolvardi, L. Conrads, and J.M. Schneider: The effect of Si alloying on the thermal stability of
Al2O3 films deposited by filtered cathodic arc, Surface & Coatings Technology 235 (2013) 250-258.
H. Bolvardi, J. Emmerlich, S. Mráz, M. Arndt, H. Rudigier, and J.M. Schneider: Low temperature synthesis of Mo2BC thin
films, Thin Solid Films 542 (2013) 5-7.
J. Emmerlich, N. Thieme, M. to Baben, D. Music, and J.M. Schneider: Stability, elastic properties and fracture toughness of
Al0.75X0.75B14 (X = Sc, Ti, V, Cr, Y, Zr, Nb, Mo) investigated using ab initio calculations, Journal of Physics: Condensed Matter
25 (33) (2013) 335501-1.
D. Music, and J.M. Schneider: Ab initio study of Ti0.5Al0.5N(001)--residual and environmental gas interactions, New Journal
of Physics 15 (7) (2013) 073004-1.
M. to Baben, L. Raumann, and J.M. Schneider: Phase stability and elastic properties of titanium aluminium oxynitride
studied by ab initio calculations, Journal of Physics D: Applied Physics 46 (8) (2013) 084002-1.
S. Reeh, D. Music, T. Gebhardt, M. Kasprzak, T. Jäpel, S. Zaefferer, D. Raabe, S. Richter, A. Schwedt, J. Mayer, B. Wietbrock,
G. Hirt, and J.M. Schneider: Elastic properties of face-centred cubic Fe-Mn-C studied by nanoindentation and ab initio calculations, Acta Materialia 60 (17) (2012) 6025-6032.
M. to Baben, L. Shang, J. Emmerlich, and J.M. Schneider: Oxygen incorporation in M2AlC (M = Ti, V, Cr), Acta Materialia 60
(12) (2012) 4810-4818.
C. Hostert, D. Music, J. Bednarcik, J. Keckes, and J.M. Schneider: Quantum mechanically guided design of Co43Fe20Ta5.5X31.5
(X = B, Si, P, S) metallic glasses, Journal of Physics: Condensed Matter 24 (17) (2012) 175402-1.
D. Music, J. Breunung, S. Mráz, and J.M. Schneider: Role of RuO3 for the formation of RuO2 nanorods, Applied Physics
Letters 100 (3) (2012) 033108-1.




AVS, DGM, EFDS
Linköping & Uppsala University, Schweden
MU Leoben & TU Wien, Österreich
LBNL & WPAFB, USA
Promotionen
Reeswinkel, Thomas: Self-lubricious tool coatings for ecological metal cutting (2012)
Hostert, Carolin: Towards designing elastic and magnetic properties of Co-based thin film metallic glasses (2012)
to Baben, Moritz: Oxygen incorporation in MAX phases and TiAlN and elastic properties of
nanolaminates (2012)
Takahashi, Tetsuya: On the growth and mechanical properties of non-oxide perovskites and the spontaneous growth of soft metal nanowhiskers (2013)
Pećanac, Goran: Thermo-mechanical investigations and predictions for oxygen transport membrane
materials
Tokariev, Oleg: Micro- and Mcro-Mechanical Testing of Transparent MgAl2O4 Spinel
Jiang, Yan: Growth and thermal stability of V-AlC thin films and infiltration and oxidation resistance of
Al2O3 infiltrated iron foam (2013)
Reeh, Stephanie: Elastic and plastic properties of fcc Fe-Mn based alloys (2013)
Chang, Keke: Phase equilibria, thermodynamic and electrochemical properties of cathodes in lithium ion
batteries bases on the Li-(Co, Ni)-O system (2013)
Nahif, Farwah: The effect of Si and Y additives on the phase stability of Al2O3 thin films (2013)
Kontakt
MATERIALS CHEMISTRY (MCh)
Kopernikusstraße 10
52074 Aachen
Telefon: +49 (0)241/80-25967
Fax:
+49 (0)241/80-22295
Homepage: www.mch.rwth-aachen.de
Sonstige; 9%
SFB; 56%
DFG ohne SFB;
35%
179
Institut für Eisenhüttenkunde Lehrstuhl für Metallurgie von Eisen
und Stahl
Feinerze angereichert und stückig gemacht. Die
wichtigsten Verfahren sind:
 Brechen, Mahlen, Mischen
 Agglomerieren durch Sintern und Pelletieren
Recycling beinhaltet die Aufbereitung und den
Wiedergebrauch verwertbarer Materialien.
Grundlage hierfür ist das Abfallwirtschaftsgesetz zur Abfallvermeidung, zur Verwertung oder
Deponierung. Ziel des Gesetzes ist die Förderung der Kreislaufwirtschaft zur Schonung der
natürlichen Ressourcen.
Andere Rohstoffe sind Kohlen, Legierungsmittel
und Schlackenbildner. Etwa 45 Mio. t Erz und 15
Mio. t metallurgische Kohle werden jährlich in
Deutschland verarbeitet, hinzu kommen ca. 15
Mio. t Stahlschrotte.
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. (CZ)
Dieter Senk
Personal
PS*
Professor
DS**
1
Oberingenieur
3
10
3
3
2
11
Stipendiaten
3
* PS: Planstellen
Das Institut für Eisenhüttenkunde der RWTH
Aachen gehört im Bereich der Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik zu einem der führenden Ausbildungs- und Forschungszentren in
Deutschland und weltweit. Darin deckt die Forschung der Metallurgie den gesamten Bereich
von der Roheisenerzeugung bis hin zur Erstarrung von Stahlsorten ab.
A) Rohstoffe und Recycling
Die Eisen- und Stahlmetallurgie wird gelehrt in
den Studiengängen Werkstoffingenieurwesen
(B.Sc. und M.Sc.), Wirtschaftsingenieurwesen
für Werkstoff- und Prozesstechnik (B.Sc. und
M.Sc.), Metallurgical Engineering (M.Sc.) und
Metallurgie- und Werkstofftechnik (Dipl.).
Wichtiger Ausgangsstoff für die Erschmelzung
von Eisen und Stahl sind die Eisenerze aus Übersee. Vor der Verhüttung muss das Erz aufbereitet werden. In der Erzvorbereitung werden die
B) Eisen- und Stahlmetallurgie
Unter der Primärmetallurgie wird die Eisen- und
Rohstahlerzeugung verstanden. Dieser Prozess
erfolgt über die Hochofen-, Schmelz- und Direktreduktions- und Blasstahlroute oder die
Elektrolichtbogenofenroute auf der Ressourcenbasis von Erzen und Rücklaufmetallen.
Der Begriff Sekundärmetallurgie umfasst die
Behandlung des flüssigen Stahles nach dem
Abstich aus dem Konverter oder dem Elektroofen; in der Sekundärmetallurgie werden die
chemischen Zusammensetzungen, der Reinheitsgrad und die Gießtemperaturen der Stahlsorten eingestellt.
C) Stranggießen und Blockgießen von
Stahl
Sobald die gewünschte Stahlschmelzenqualität
eingestellt ist, wird sie in einem Gießprozess in
die feste Phase überführt. Dazu steht eine Reihe
von Gießverfahren zur Verfügung. In der weltweiten Stahlindustrie sind dies heute überwiegend Strangguss zur Herstellung von Brammen
als Vormaterial für Flachprodukte sowie Vorblöcke und Knüppel für Langprodukte. Daneben
werden deutliche Mengen Spezialstahl auch in
Blockkokillen gegossen. Um unnötige Umformarbeit zu vermeiden, wurden endabmessungsnahe Gießprozesse wie Dünnbrammenstrangguss, Bandguss und Vorprofilguss ("Beam
Blanks") entwickelt.
Die Beherrschung der Stahlgießtechnik beruht
auf dem interdisziplinären Zusammenspiel zwischen
Metallurgie,
Wärmetechnik,
Keramiktechnik, Maschinenbau sowie Messund Prozessleittechnik. Die kontrollierte Erstar180
rung stellt einen wesentlichen Schritt bei der
Sicherstellung der späteren Produkteigenschaften dar.
D) Energie und Umwelt
Nachhaltiges und zukunftsverträgliches Wirtschaften - Sustainable Development - ist dadurch gekennzeichnet, dass Energie- und Materialressourcen hocheffizient eingesetzt werden,
die Stoffeinträge in die Umwelt weiter vermindert und damit die Belastung der Umwelt minimiert werden. Ziele sind dabei Erweiterung
des Recyclings, die ressourcenschonende Herstellung und die Langlebigkeit der Produkte.
A) Rohstoffe und Recycling
Bei zukunftsverträglichem Wirtschaften sollen
die Bedürfnisse der Gegenwart so erfüllt werden, dass die Bedürfnisse der nachfolgenden
Generationen nicht eingeschränkt werden. Ziel
der Forschungsgruppe ist es, besonders neue
Technologien und Lösungen zu finden, die Reststoffe sowie niedrigqualitative Rohstoffe effizient nutzen können. Am Lehrstuhl werden mit
Hilfe von Technikumsanlagen die ablaufenden
Prozesse im Labor- und Pilotmaßstab untersucht und simuliert. Auch die Verwendung von
nachwachsenden Rohstoffen und erneuerbaren
Energien befinden sich im Untersuchungsprozess. Das Recycling neuartiger Stahlsorten stellt
einen Forschungsschwerpunkt dar.
B) Eisen- und Stahlmetallurgie
Die Gruppe Eisen- und Stahlmetallurgie untersucht verschiedene Verfahren, die zur Gewinnung und Erzeugung von Eisen- und Stahlwerkstoffen aus den aufbereiteten Erzen führen. Die
Forschung der Gruppe hat zum Ziel, zu weiterentwickelten und zu neuen Prozessen der
Stahlerzeugung beizutragen. Ihre Aufgaben
werden in Primär- und Sekundärmetallurgie
unterteilt. Die Forschungen zur Primärmetallurgie sind stark ressourcenorientiert. Besonders
die Verarbeitung von staubartigen Ressourcen
wird untersucht und weiterentwickelt. In der
Sekundärmetallurgie stehen die Entfernung von
gelösten Gasen und nichtmetallischen Partikeln
im Vordergrund.
C) Gießen von Stahl
Ist die Stahlschmelze optimal eingestellt, wird
sie in einem Gießprozess in die feste Phase
überführt. Stranggießen ist ein kontinuierliches
Gießverfahren zur Herstellung von Walz- und
Schmiedeprodukten, Blockgießen erfolgt im
Einzelgussverfahren.
Die Arbeit der Gießgruppe beschäftigt sich mit
der optimalen Wahl der Gießmaschinen und der
Gießparameter für schon bestehende und neu
entwickelte Stahlwerkstoffe. Die Forschung
befasst sich mit dem Ausscheidungsverhalten
mikrolegierter Stähle, der Heißduktilität und festigkeit, der Optimierung des Gießpulvers und
der mathematischen Simulation des Stranggießprozesses. Ziel ist die realitätsnahe Modellbildung und die Voraussage der Auswirkungen
von Variationen beim Gießprozess.
D) Energie und Umwelt
Ausgangspunkt des Umweltschutzes ist die Erhaltung des Lebensumfelds der Menschen und
ihrer Gesundheit. Bei nachhaltigem Wirtschaften muss die Belastung der Umwelt minimiert
werden. Ziel ist dabei der produktorientierte
Umweltschutz, z.B. die Verminderung der Feinstaubemissionen.
Energie ist ein wesentlicher Produktionsfaktor
in der Eisen- und Stahlindustrie, so dass der
Energieeinsparung besondere Aufmerksamkeit
geschenkt wird. Steigender Energiebedarf und
begrenzte Ressourcen führen zu neuen Konzepten. Am Lehrstuhl für Metallurgie von Eisen und
Stahl wird zurzeit z.B. auf den Gebieten zur CO2Emission und der Verwendung nachwachsender
Rohstoffe geforscht.
A) Energieeffiziente dynamische Vakuumbehandlung von Metallschmelzen
(EffiDynVak)
Ziel des BMBF-Forschungsvorhabens ist es, die
Energieeffizienz an Vakuumanlagen der deutschen Stahlindustrie zu steigern. Im Fokus stehen dabei die metallurgische Prozess- ebenso
wie die Anlagentechnik.
B) Behandlung des
Einschmelzproblems von hochmanganhaltigen Stählen bei erhöhtem
Aluminiumgehalt
Ziel dieser Arbeit im Rahmen des Sonderforschungsbereiches SFB 761 ist es, die optimalen
metallurgischen Bedingungen während des
Recycling von hoch-mangan- und aluminiumhaltigen Stählen zu ermitteln.
C) Entwicklung der Eisenherstellung
basierend auf Abgas-Recycling und
181
Wasserstoff-Nutzung für die Erzreduktion
Die notwendige Absenkung der CO2-Emissionen
ist eine der wichtigsten Herausforderungen für
die Zukunft der Eisen-und Stahlerzeugung. Die
Hauptaufgabe dieses Projekts ist es, die CO2Emissionen in der Eisen-und Stahlerzeugung
durch eine effiziente Nutzung von Kuppelgasen
in den Reduktionsprozessen zu mildern. In diesem Zusammenhang werden intensive Studien
bezüglich der Nutzung von Koksofengas und
Konvertergas bei der Reduktion von EisenerzAgglomeraten durchgeführt. Die bisherigen
Ergebnisse zeigen die Verbesserung der SinterReduzierbarkeit unter simulierten Bedingungen
mit Koksofengasinjektion in den Hochofen. Darüber hinaus können sowohl Koksofengas und
Konvertergas effektiv als Reduktionsmittel in
den Direktreduktionsverfahren verwendet werden.
gießtechnik wird im Rahmen des SFB 761 für
hoch-mangan- und aluminiumhaltige Schmelzen
bezüglich Gefüge, Reinheitsgrad und Wechselwirkung mit den Gießhilfsmaterialien weiter
entwickelt. Blöcke mit Langsamerstarrung werden gegossen (VErst 3mm/h). Blöcke bis zu 0,5 t
Gewicht werden gegossen.
G) Grundlagen der Stahlerstarrung
Mit Hilfe der Phasenfeldmethode simuliert eine
Arbeitsgruppe die Bildung der Erstarrungsstruktur. In Zusammenarbeit der Teilprojekte A8 und
B1 sowie weiterer Teilprojekte im SFB 761 werden insbesondere Strömungsvorgänge und Änderungen der Grenzflächenspannung modelliert; auch Al-Gehalte werden im System Fe-MnC berücksichtigt. Die Grenzflächen-Spannungen
werden selbst im Labor des Instituts ermittelt.
D) Heißduktilität und Ausscheidungsverhalten von Bor in mikrolegierten
Stählen
Im Zuge des RFCS – PMAP („Influence of
Composition and Continuous Casting Parameters on the Precipitation of Microalloyed
Particles of B Microalloyed and Mn Alloyed
Steel Grades”) Projektes wird unter anderem
der Einfluss von Mikrolegierungselementen
unter verschiedenen Stranggießeinstellungen
untersucht.
Dabei
soll
generell
die
Vergießbarkeit von mikrolegierten Borstählen
mit Mangangehalten, die in weiten Grenzen
variieren, untersucht werden.
E) Anwendung C-haltiger Materialien
in der Wirbelschicht und im Hochofen
Ziel einer Industrie-Kooperation ist die Untersuchung der Anwendbarkeit unterschiedlicher
kohlenstoffhaltiger Materialien auch aus dem
Bereich der nachwachsenden Rohstoffe. Dabei
steht die Erzeugung von Synthesegas im Vordergrund. Ähnlich gelagert ist die Untersuchung
von torrefizierter Biomasse für den Einsatz im
Hochofenprozess (ZIEL2-NRW).
F) F&E-Projekt „Erstarrung Blockguss“
Blockuntersuchungen mit Hilfe der PDA-OES zur
Reinheitsgradbestimmung: Ziel ist die Identifikation von unerwünschten Einschlüssen und die
Analyse der Anzahl sowie der Zusammensetzung dieser Einschlüsse mit neuartigen Methoden der Einzelfunkenauswertung. Die Block-
182













D. Senk: Continuous Casting – Continuous Development, Proc. International conference on Science and Technology of
Ironmaking and Steelmaking, STIS 2013, 16.-18.12. (2013), Jamshedpur, Indien
E. A. Mousa, A. Babich, D. Senk: Utilization of Coke Oven Gas and Converter Gas in the Direct Reduction of Lump Iron
Ore. Metallurgical and Materials Transactions B (2013) Oct., ISSN 1073-5615, online
Z. Chen, D. Senk, F. Firsbach: Quantitative water-modeling of ingot solidification by using NH4Cl solution, Proc.
Steelsim 10.-12.09. (2013), Ostrava, Tschechien
Z. Chen, D. Senk: Investigation on the A-segregation channel instable development in large ingot casting, Proc.
Steelsim 10.-12.09. (2013), Ostrava, Tschechien
X. Zhang, Z. Chen, D. Senk, S. Maqbool: Numerical and Experimental Investigation of Fluid Flow in Large Ingot Uphill
Casting Proces, Proc. Steelsim 10.-12.09. (2013), Ostrava, Tschechien
E. A. Mousa, M. Bahgat, A. A. El-Geassy: Reduction of iron oxide compacts with simulated blast furnace top and shaft
gases to mitigate CO2 emissions, Ironmaking and Steelmaking Journal, Vol. 40, No. 6, 2013, pp. 452-459.
P. v. Schweinichen, Z. Chen, D. Senk, A. Lob: Effect of Different Casting Parameters on the Cleanliness of High Manganese Steel Ingots Compared to High Carbon Steel, Metallurgical and Materials Transactions A: Volume 44, Issue 12
(2013), Page 5416-542
A. Babich, D. Senk: Coal use in iron and steel metallurgy, The coal handbook: Towards cleaner production Volume 2:
Coal utilisation”, by D. Osborne, Oxford Cambridge Philadelphia New Delhi, Woodhead Publishing Ltd., 2013, pp. 267311.
D. Senk, A. Babich: Eisenmetallurgie. Eisenreduktion und Schachtöfen, Verlag Stahleisen GmbH, 2013, pp. 432
G. Abrasheva, D. Senk, R. Häußling: Shipping containers for sustainable habitat perspective, Revue de Métallurgie 109
(2012) Nr. 5, S. 381-389
S. Arnsfeld, C. Rodriguez Correa, S. M. Choi, A. Babich, D. Senk, H.W. Gudenau: Investigations of the reaction kinetics
th
of torrefied biomass for metallurgical applications, ICSTI 2012, 6 International Congress on the Science and Technolnd
th
ogy of Ironmaking, 42 Ironmaking and Raw Materials Seminar, 13 Brazilian Symposion on Iron Ore, 14.-18.10.2012,
Rio de Janeiro, Brasilien. Sao Paolo: ABM 2012, S. 1492-1502/ 22252.pdf (CD-ROM).
S. Born, D. Senk, A. Babich, H.W. Gudenau, T. Stefan: Investigations on the Injection of DRI/LRI and Char into the Blast
th
nd
Furnace. ICSTI 2012, 6 International Congress on the Science and Technology of Ironmaking, 42 Ironmaking and
th
Raw Materials Seminar, 13 Brazilian Symposion on Iron Ore, 14.-18.10.2012, Rio de Janeiro, Brasilien. Sao Paolo:
ABM 2012, S. 2301-2307/ 22430.pdf (CD-ROM).
th
M. Peymandar, D. Senk: Foamability of high manganese steelmaking slags for an electric arc furnace. 10 EEC, European Electric Steelmaking Conference, 25.-28.09.2012, Graz, Österreich. Graz: ASMET 2012, S. 726-738 (CD-ROM).



ThyssenKrupp AG/RWTH - Kooperation
Stahlinstitut VDEh (Verein Deutscher Eisenhüttenleute), Mitglied in diversen Ausschüssen
Stahlinstitut VDEh (Verein Deutscher Hüttenleute), Mitglied des erweiterten Vorstandes
Promotionen
Nagy, Richard Csongor: Beitrag zum endabmessungsnahen Gießen - Analyse eines Stranggießprozesses für Dünnbrammen mit Parallelogrammquerschnitt (2012)
Rzehak, Dominik: Beschleunigte Entkohlung von Stahlschmelzen im Vakuum durch Kombination von Sauerstoff
und Metalloxiden (2013)
Schöne, Dominik: Praxisnahe Entwicklung eines dynamischen Konvertermodells unter besonderer Berücksichtigung betrieblich bedingter Einflussfaktoren und statistischer Modellauswertungen (2013)
Formanek, Lothar Roland: Reduktion von Ilmenit im Labor-Drehrohrofen mit Kohle als Reduktionsmittel (2013)
Klock, Rainer: Hochofenbetrieb mit periodischer Sauerstoffinjektion (2013)
Kontakt
IEHK – Institut für Eisenhüttenkunde
Lehrstuhl für Metallurgie von Eisen und Stahl
Intzestraße 1
52072 Aachen
Telefon: +49 241 80-95792
Fax: +49 241 80-92368
Homepage: www.iehk.rwth-aachen.de
Sonstige; 24%
Wirtschaft; 47%
SFB; 25%
EU; 5%
183
tion vom Werkstoffverhalten auf zwei oder
mehr Zeit- oder/auch Längenskalen betrachtet,
wobei hier der Fokus besonderes auf den Mechanismen auf Ebene der Mikrostruktur von
Interesse ist. Im Rahmen einer mehrskaligen
Modellierung
werden
Homogenisierungmethoden und Kristallplastizität ebenfalls angerissen.
B) ) Kristallplastizität
Dieser Schwerpunkt geht über den der Mikromechanik hinaus, in der eher eine Einführung in
die einzelnen Modellierungsansätze gegeben
wird. Im Rahmen der Vorlesung über die Kristallplastizität wird speziell auf die Formulierung
dieser Methode eingegangen. Die Kristallplastizität ist im Rahmen der Mikromechanik im Sinne von Mechanismen der Gitterdefekte zu verstehen. Die Studenten sollen durch diese Vorlesung die Befähigung erhalten die Kristallplastizität in diesem Kontext zu verstehen und numerisch umzusetzen zu können.
Prof. Dr. rer. nat. Bob Svendsen
Personal
PS*
Professor
DS**
A) Mikromechanik
1
Oberingenieur
3
0,5
1
* PS: Planstellen
Die Schwerpunkte in Lehre und Forschung des
Lehrstuhls für Werkstoffmechanik liegen in der
mehrskaligen Modellierung und Simulation der
Verformungsverhalten (z.B. Mikrostrukturentwicklung) vornehmlich metallischer Werkstoffe.
A) Mikromechanik
Im Rahmen dieses Schwerpunktes soll eine Einführung in moderne Methoden zur Simulation
von deformierbaren Festkörpersystemen bei
kleinen und großen Verformungen und vor allem in die Methode der Finite Elemente (FEM)
gegeben werden. Insbesondere wird die algorithmische Formulierung von Materialmodellen
aus der Sicht der Werkstoffwissenschaft,
phänomenlogischer Materialtheorie und der
Computational Mechanics besprochen. In diesem Kontext wird die Modellierung und Simula-
Die mehrskalige Modellierung von mechanischen Prozessen in Werkstoffen ist ein wichtiger Ansatz um das Verhalten ganzheitlich zu
verstehen und modellieren zu können.
B) Kristallplastizität
Die Kristallplastizität geht streng genommen
zur Mikromechanik, ist allerdings ein spezieller Schwerpunkt des Lehrstuhls. Hierbei wird
die Plastizität eines Werkstoffs auf die Mechanismen der Kristallstrukturentwicklung
zurückgeführt.
C) Phasenfeldmodellierung
Die Phasenfeldmethode wird im Rahmen der
Forschung am Lehrstuhl für Werkstoffmechanik hauptsächlich eingesetzt um Kornwachstumsvorgänge und die Entwicklung von
Mikrostrukturen in metallischen Werkstoffen
zu modellieren.
D) Materialmodellierung
Die Modellierung des Materialverhaltens von
vornehmlich metallischen Werkstoffen ist ein
zentrales Thema des Lehrstuhls. Dieses umfasst die algorithmische Formulierung und
numerische Umsetzung von thermodynamisch konsistenten Modellen im Rahmen von
großen und kleinen Verformungen.
184
A) SFB TRR 136 – Thermo-mechanischchemisch gekoppelte Prozessmodellierung mikrostruktureller Werkstoffmodifikation
Für die Entwicklung der Prozesssignatur ist das
Verständnis des thermo-mechanisch-chemisch
gekoppelten mikrostrukturellen Verhaltens und
dessen Einfluss auf die fertigungsinduzierte
Werkstoffmodifikation, die zur gezielten Einstellung von Funktionseigenschaften benötigt wird,
von entscheidender Bedeutung. Eine thermomechanisch-chemische Modellierung trägt des
Weiteren zu einer neuartigen naturwissenschaftlich basierten Darstellung fertigungstechnischer Prozesse bei. Dabei ist davon auszugehen, dass die Berücksichtigung des Verhaltens
auf der Gefügeebene ein fundiertes Verständnis
und
eine
stärker
werkstoffphysikalisch
und -chemisch orientierte Modellierung der im
SFB/TRR verwendeten Werkstoffe erlaubt, als
es eine ausschließliche Betrachtung auf der
Makroebene ermöglichen würde. Die grundlegende Annahme des SFB/TRR nutzend, dass alle
Fertigungsprozesse energiegetrieben sind und
prinzipiell nach dem gleichen physikalischchemischen Grundprinzip ablaufen, soll die in
TP M03 aufgebaute Modellierung für sehr viele
unterschiedliche Fertigungsprozesse einsetzbar
sein. Es ist zu erwarten, das die Einbindung
chemischer Prozesse wertvolle Erkenntnisse
über Abtrags- und Oberflächenentstehungsmechanismen und die sich daraus ergebenden
Funktionseigenschaften liefert. Ziel des Projektes ist es zunächst, basierend auf Gefügedaten
aus hochauflösenden REM- und TEMUntersuchungen (TP C02) an 42CrMo4 ein
räumlich und zeitlich diskre siertes Modell auf
der Gefügeebene aufzubauen. Hierbei soll die
Phasenfeldmethode mit einer speziellen FiniteElemente-Technologie sowie geeigneten Zeitintegrationsalgorithmen verknüpft werden. Bei
der Modellierung wird, je nach Ergebnis der
experimentellen Untersuchungen, besonderes
Gewicht auf die realistische Wiedergabe von
Versetzungsdichten, Scherbändern, Korngrößenveränderungen, Rekristallisation bzw. Phasentransformationen gelegt. Ein Schwerpunkt
dabei ist außerdem die Betrachtung der Randschicht bis etwa 300 nm Tiefe. Im späteren Verlauf der Förderphase sollen chemische Reaktionen sowie Transport- und Diffusionsprozesse
einbezogen werden (TP C05). Um die BeeinflusForschungsbericht 2012/2013
sung des Werkstoffes durch unterschiedliche
Prozesse miteinander vergleichen und schließlich einen Beitrag zur Prozesssignatur (TP M01)
liefern zu können, ist es erforderlich, realistische Prozessrand- und ‐anfangsbedingungen in
die Modellierung einzubeziehen. Zweites wesentliches Ziel des Projektes ist daher der
Skalenübergang zu einem Modell auf der
Polykristallebene, das mit den in den TP F01
(Festwalzen), F04 (Hartzerspanen), F05 (Präzisionszerspanen) und F07 (laserbasierte Abtragprozesse) entwickelten Modellen für die jeweils
betrachteten Prozesse interagiert. Letzteres soll
über den Austausch lokaler Verläufe von z.B.
Temperaturen und Spannungen erfolgen, mit
Hilfe derer sich die Werkstoffbeanspruchung
während des Prozesses darstellen lässt. Dieser
Schritt soll es außerdem ermöglichen, die in TP
C01, C03 und M02 erabeiteten experimentellen
Informationen zur Entwicklung von Eigenspannungen, Änderungen der Härte, der lokalen
Streckgrenze und des E‐Moduls in die Modellierung einzubeziehen. Das Projekt zielt auch auf
der Polykristallebene, ergänzend zu den Modellansätzen auf der atomaren (TP C05), der
Gefüge- (vorliegendes TP M03) und der Prozessebene (z.B. TP F01, F04, F05, F07), auf ein
grundlegendes Verständnis des in den TP C01,
C02, C03 und M02 experimentell untersuchen
Zusammenhanges zwischen Werkstoffbeanspruchung und Werkstoffmodifikation und der
dabei ablaufenden physikalischen und chemischen Vorgänge im Material.
B) FOR 1509 - Mikrostrukturelle Interaktionen und Umklappvorgänge in
Ferroelektrika
Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines
mehrskaligen Laminat- und Homogenisierungbasierten Modells zur Beschreibung der Interaktion zwischen Körnern, Defekten, Polarisation
und Versetzungsmikrostrukturen in ferroelektrischen Ein- und Polykristallen unter dem Einfluss
technologischer Prozesse. Insbesondere werden
Modellierungsansätze für Ein-, Mehr-, und
Polykristalle entwickelt. Auf der Ebene von
Einkristallen kommen Laminat-basierte und
ratenabhängige Formulierungen der Mischungstheorie für die Modellierung von sowohl energetischen als auch dissipativen Prozessen – die
mit der Polarisation, Defekten und Versetzungsmikrostrukturen sowie deren Entwicklung
assoziiert sind – zum Einsatz. Im Anschluss wird
diese Einkristallformulierung in ein Mehrkris185
tallmodell
integriert,
welches
Korngrenzeneffekte berücksichtigt, um insbesondere die Interaktion zwischen einzelnen
Körnern sowie deren Einfluss auf die Polarisation und Defektstruktur zu simulieren. Schließlich
wird das Mehrkristallmodell mit einem Orientierungsverteilungsfunktion-basierten
Ansatz
kombiniert, um die Texturentwicklung auf der
makroskopischen technologischen Ebene beschreiben zu können.
C) SFB 761 – TP A10 Inhomogenes
Fließen
Das Ziel des vorliegenden Projektes besteht
darin, nicht-lokale phasenfeldartige Materialmodelle für das inhomogene Fließen von hoch
Mn-legierten Stählen (HMSen) bei großer Verformung zu entwickeln und für die Simulation
von Umformprozessen anzuwenden. Hierzu
werden nicht-lokale Ansätze zur Modellierung
der Energetik und der Kinetik der Mikrostrukturentwicklung in Abhängigkeit von Einflussgrößen wie z.B. der Stapelfehlerenergie, der Temperatur, der Verzerrung, der Verzerrungsrate
und den Belastungsbedingungen formuliert.
Dies erfolgt mit Hilfe der generalisierten Stapelfehlerenergie, des generalisierten PeierlsNabarro Modells, der Versetzungstheorie und
der nicht-lokalen Kristallplastizität. In diesem
Rahmen können u. a. die Interaktionen der Mikrostrukturen mit sich selbst sowie mit Grenzen
und Interfaces erfasst werden. Die Erwartung
besteht, dass solche Interaktionen einen wesentlichen Einfluss auf das Verformungs- und
Verfestigungsverhalten von HMSen ausüben.
Längerfristig sollen die erarbeiteten Modelle als
Basis für die Formulierung von Stabilitätskriterien für die Mikrostruktur und deren Entwicklung
verwendet werden.
D) Thermomechanische Analyse des
PLC-Effekts
In verschiedenen Al-Legierungen wird während
der Umformung der so genannte PLC-Effekt
beobachtet, bei dem eine für verschiedene Anwendungen unerwünschte dynamische Verformungsinstabilität (PLC-Band) hervorgerufen
wird. Die im vorliegenden Antrag vorgesehenen
Untersuchungen haben das Ziel, Möglichkeiten
zur Unterdrückung dieses Effekts durch eine
gezielte Werkstoffanpassung und die Wahl von
Bearbeitungsparametern aufzuzeigen. Die gewählte Herangehensweise ist durch eine enge
Kopplung von Experiment, Modellbildung und
Simulation gekennzeichnet, wobei das Problem
nicht rein mechanisch, sondern unter Berücksichtigung der durch mechanische Dissipation
bedingten Erwärmung des Werkstoffs behandelt wird. Die inhomogenen Temperatur- und
Deformationsfelder, die bei der Entstehung und
Ausbreitung von PLC-Bändern auftreten, werden als Funktion der Vorbehandlung des Werkstoffs und der Verformungsbedingungen sowohl
experimentell untersucht als auch thermomechanisch modelliert und simuliert. Hierbei wird
das Ziel verfolgt, eine realitätsnahe Beschreibung des PLC-Bandverhaltens und dessen Abhängigkeit von verschiedenen internen und
externen Parametern zu erreichen, um das Umformverhalten der Werkstoffe bei der Bauteilherstellung und die ortsabhängige Neigung zur
Fließfigurenbildung vorherzusagen zu können.
186

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




B. Klusemann, B. Svendsen, H. Vehoff, Modeling and simulation of deformation behavior, orientation gradient development and heterogeneous hardening in thin sheets with coarse texture,
International Journal of Plasticity,
M. Hütter, B. Svendsen, Quasi-linear versus potential-based formulations of force-flux relations
and the GENERIC for irreversible processes: comparisons and examples, Continuum Mech.
Thermodyn. Volume 25, Issue 6, pp. 803-816
G.-H. Huang, B. Svendsen, Model of mismatched contact for dislocation generation during coalescence of grains, Philosophical Magazine Letters, Volume 93 No. 4, pp. 246 - 253
B. Klusemann, B. Svendsen, S. Bargmann, Analysis and comparison of two finite element algorithms for dislocation density based crystal plasticity, GAMM Mitteilungen, Volume 36, Issue 2,
pages 219–238, October 2013,
B. Klusemann, T. Yalcinkaya, M. Geers, B. Svendsen, Application of non-convex rate dependent
gradient plasticity tot he modeling and simulation of inelastic microstructure development and
inhomogeneous material behavior, Computational Materials Science, Volume 80, pp 51 – 60
C. Barthel, B. Klusemann, R. Denzer, B. Svendsen, Modeling of a thermomechanical process
chain for sheet steels, International Journal of Mechanical Sciences, Volume 74, September
2013, pp. 46-54
T. Clausmeyer, G. Gerstein, S. Bargmann, B. Svendsen, A.H. van den Boogaard & B. Zillmann, Experimental characterization of microstructure development during loading path changes in bcc
sheet steels, Journal of Materials Science, Volume 48, No 2, pp 674 – 689
B. Klusemann, B. Svendsen, Vehoff, Investigation of the deformation behavior of De-3%Si sheet
metal with large grains via crystal plasticity and finite element modeling, Computational Materials Science, Volume 52,No. 1, pp. 25-32



AICES (RWTH Aachen University)
GAMM (Gesellschaft für angewandte Mathematik und Mechanik)
EUROMECH (European Mechanics Society)



MPIE (Max-Planck-Institut für Eisenforschung)
Material Mechanics, Lund University,
Schweden
Material Mechanics, TU Eindhoven, Niederlande
Kontakt
Schinkelstraße 2
52062 Aachen
Telefon: 0241 80 99156
Fax: 0241 80 92007
Homepage: www.cmm.rwth-aachen.de
SFB; 51%
DFG ohne SFB;
49%
187
Lehrstuhl für Keramik und Feuerfeste
Werkstoffe und Institut für Gesteinshüttenkunde
Univ.-Prof. Dr.rer.nat. Rainer Telle
Personal
PS*
DS**
Professor
1
Oberingenieur
1
1
2
8
9
2
10
* PS: Planstellen
Das Institut für Gesteinshüttenkunde befasst sich
mit mineralischen Roh- und Werkstoffen, deren
atomistischer Struktur und thermochemischen
Beschreibung, der Aufbereitung und Formgebung
zu keramischen, feuerfesten oder glasigen Erzeugnissen sowie mit der Einstellung definierter
mechanischer und funktioneller Raum- und Hochtemperatureigenschaften. Die Entwicklung und
Begleitung industrieller Prozesse runden Forschung und Lehre über die gesamte Know-howKette ab.
A) Werkstoffingenieurwesen
Das Angebot für den Studiengang „Werkstoffingenieurwesen“ umfasst im Bereich der mineralischen Werkstoffe deren Herstellungstechnik und
Anwendungstechnik mit Vertiefungsmöglichkeiten in der Silicatkeramik und den Feuerfesten
Werkstoffen. Spezialveranstaltungen behandeln
die Sinterkinetik und Gefügeinterpretation, die
Bruchmechanik und mechanische Verstärkung
spröder Werkstoffe, die mineralogischen und
thermochemischen Grundlagen der Roh- und
Werkstoffe sowie Korrosion, Tribologie und ke-
ramische Verbundwerkstoffe. Insgesamt soll den
Studierenden die gesamte Wertschöpfungskette
von der Rohstofflagerstätte bis hin zur Serienproduktion von Bauteilen in Vorlesung und Praktika
vermittelt werden. Im Bereich Feuerfeste Werkstoffe und Bauweisen stehen das Verhalten hoch
schmelzender und korrosionsbeständiger Keramiken und Feuerbetone für Anlagen der Eisen- und
Nichteisen-Metallurgie, der Glas-, Keramik- und
Zementindustrie, der Energietechnik und der
thermischen Reststoffentsorgung im Vordergrund. Zusammen mit Dozenten des Universitätsklinikums werden Vertiefungen im Bereich Biomaterialien und Medizintechnik angeboten. Lehrbeauftragte aus dem Forschungszentrum Jülich bieten vertiefte Einblicke in die Werkstoffe der Energietechnik, insbesondere Ionen- und Mischleiter
für die Hochtemperatur-Brennstoffzelle und
schnelle Sequestration von Sauerstoff aus Kraftwerksabgasen. Weitere Themen sind keramische
Membranen und Nanotechnologie.
B) Materialwissenschaften
Die Materialwissenschaften sind ein Studiengang
der auf die Grundlagen der Materialentwicklung
und stoffliche Zusammenhänge eingeht. Dieses
Studium ist somit sowohl in den Natur- als auch in
den Ingenieurwissenschaften beheimatet. Für den
Master werden spezielle Veranstaltungen wie
Verbundwerkstoffe mit Schwerpunkt Faserverbundwerkstoffe und Hartmetalle oder Tribologie
mit Schwerpunkt Tribochemie und Hartbearbeitung von Keramiken zur Vertiefung angeboten.
C) Wirtschaftsingenieurwesen
Das Studium des Wirtschaftsingenieurwesens
deckt jeweils zu gleichen Teilen Themenbereiche
eines wirtschaftsund eines ingenieurwissenschaftlichen Studiums ab. Hierbei treten Aspekte
des Marktes, aber auch der Zuverlässigkeit und
der Versagensstatistik keramischer Werkstoffe in
den Vordergrund.
D) Maschinenbau
Das Maschinenbaustudium verzeichnet an der
RWTH Aachen die meisten Einschreiber. In einer
speziell mit Dozenten der Metallkunde und der
Kunststoffe abgestimmten Veranstaltung zur
Werkstoffkunde werden den 1200-1450 Studierenden die Grundlagen keramischer Werkstoffe
und ihre Herstellungs- und Anwendungsaspekte
vermittelt. Im Vordergrund stehen das mechanische Werkstoffverhalten, Bruchstatistik und Verstärkungskonzepte.
188
A) Mineralische Roh- und Werkstoffe
1) Kristallstruktur und thermochemische Grundlagen
Die Kristallstruktur und das Gefüge keramischer
Werkstoffe sind der Schlüssel für die gezielte Einstellung funktioneller Eigenschaften. Die thermochemischen Grundlagen geben ergeben Erkenntnisse über die Phasenstabilitäten bei hohen Temperaturen, Drücken und in Abhängigkeit von Umgebungsmedien. Sie enthalten daher Hinweise für
die Synthese, die Verdichtung durch Sinterung
sowie für das Verhalten unter hohen Temperaturen und in korrosiven Gasen, Flüssigkeiten oder in
Festkörperkontakt. Die Erschließung von Phasendiagrammen von hochkomponentigen Oxid-, Carbid-, Nitrid- und Boridsystemen unter besonderer
Berücksichtung von Mischkristallsystemen ist
daher ein Schwerpunkt. Zur Methodik gehören
Hochtemperatur-Röntgenbeugung
(>2300oC),
aeroakustische
Schwebeschmelzverfahren
(3000oC), Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie sowie thermodynamische Simulationsverfahren.
2) Rohstoffqualifizierung
Natürliche Rohstoffe sind oftmals großen Qualitätsschwankungen ausgesetzt, müssen aber in
kontinuierlichen und teilweise vollautomatischen
Prozessen sicher einzusetzen sein. Hier steht die
Entwicklung von dotierten oder speziell aufbereiteten Rohstoffen im Vordergrund mit dem Ziel,
eine schnellere, zuverlässigere und endkonturnähere Formgebung zu erreichen, Brenntemperaturen zu erniedrigen, Sinterprozesse zu beschleunigen und Ausschuss zu reduzieren. Neben den
genannten strukturellen Untersuchungsmethoden
der gehören hierher Verfahren zur Oberflächencharakterisierung, chemischen Analytik und
Porosimetrie. Zur Aufbereitung stehen zahlreiche
Mahlaggregate, Sprühtrockner vom Labor- bis
zum Pilotfertigungsmaßstab sowie Sinteröfen wie
z.B. ein kontinuierlich arbeitender Rollenofen bis
1600oC zur Verfügung. Als innovativer Formgebungsprozess wird die Geopolymerisation von
Meta-Tonen, Meta-Kaolinen und mineralischen
Füllern untersucht. Der Brand entfällt dabei durch
Selbsthärtungsprozesse.
B) Hochleistungskeramik
1) Strukturwerkstoffe
Im Fokus der Forschung stehen mechanische Eigenschaften von „Ultra-High-Temperature Materials“ mit Schmelzpunkten deutlich oberhalb
2000oC und Anwendungspotential oberhalb 15001700oC. Hierzu gehören Selten-Erd-stabilisierte
ZrO2-Keramiken ebenso wie Refraktärspinelle mit
weiteren wichtigen Funktionseigenschaften wie
hoher elektrischer Leitfähigkeit sowie Mullitbasierte Mischkristalle. Zusammen mit dem DLR
Köln-Porz und dem Forschungszentrum Jülich,
IEK1, werden Langfaserverbundwerkstoffe mit
Matrixsystemen aus ZrO2 und Seltenen Erden
entwickelt
und
erprobt.
Für
Übergangsmetallboride im System Ti-Zr-Cr-W-MoB werden neuartige Verstärkungsmechanismen
exploriert wie z.B. in-situ-Wachstum von Nanofolien, die als Nanolaminate zu Pullout und Rissablenkung beitragen. Umgekehrt wird das tribologische/ tribochemische Verhalten von Schneidwerkzeugen mit undefinierter Schneide sowie das
gefügeabhängige Verhalten keramischer Bauteile
bei der konventionellen Hartbearbeitung und
während des Laser-unterstützten Drehens untersucht. Methoden hierzu sind alle Hochtemperaturprüfverfahren für mechanische Eigenschaften.
2) Biokeramiken
In Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum
Aachen werden bioaktive und bioinerte Werkstoffe für Knochenersatzbauteile sowie mechanisch
belastbare Implantate entwickelt. Im Bereich
calciumphosphat-basierter Keramiken geht es um
die Optimierung der Resorbierbarkeit der Bauteile
mittels Gefügedesign (Bereitstellung knochenähnlicher Porosität bzw. Oberflächenrauheit zur
verstärkten Osteozyten-Aktivität und Vaskularisierung) sowie Zudotierung aktivierender Proteine
wie BMP (Anregung der Osteoblasten-Aktivität).
Bei Gelenksprothesen steht die Qualifizierung von
SiC- und Si3N4-basierter Werkstoffe für den Gewebekontakt im Vordergrund.
3) Generative Fertigungsverfahren
Im Bereich der Fertigungstechnik stehen Methoden zur generativen Herstellung komplexer
keramischer Bauteile im Vordergrund. Neben den
üblichen Pulverbett-basierten Verfahren zur Generierung von resorbierbaren Knochenersatzteilen wird das Direkte Tintenstrahldrucken entwickelt. Der Lehrstuhl ist beim thermischen Tintenstrahldruckverfahren seit 2002 weltführend und
besitzt umfassende Stoff- und Verfahrenspatente.
Hier ist es gelungen, dreidimensionale Teile aus
ein- oder mehrphasiger Keramik sowohl als Proto-
189
typen bzw. kundenspezifisch herzustellen als auch
für Prüfzwecke in Serien zu mehreren Tausend
Stück mit herausragender Festigkeit, Bruchzähigkeit und Zuverlässigkeit herzustellen. Es können wässerige Suspensionen mit den derzeit
höchsten Feststoffkonzentrationen reproduzierbar verdruckt werden. Derzeitiges Optimierungsziel sind der Mehrphasendruck von Keramiken
und Metallen mit definierten Gradienten sowie
der Vierkomponentendruck mittels einer nach
eigenen Entwicklungen gefertigten industriellen
Druckanlage. Anwendungen liegen im Bereich der
Medizintechnik, der mikrostrukturell verstärkten
Gefüge, der Funktionswerkstoffe, der Elektronik
und Elektrotechnik.
C) Feuerfeste Werkstoffe
1) Geformte Erzeugnisse
Die Behandlung von Feuerfeststeinen erfolg in
intensiver Kooperation mit der Anwenderindustrie der Branchen der Eisen- und Stahl- sowie
Nichteisenmetallurgie, der Glaserzeugung, der
Keramikherstellung, der Zementindustrie, der
Verbrennungs- und Kraftwerkstechnik, insbesondere der thermischen Entsorgung. Zumeist
sind es Schadensfälle, deren grundlegendes Verständnis weiterführende Entwicklungen nach sich
zieht. Aktivitäten liegen bei SiC-Steinen der Müllverbrennung, Brennkammerkacheln der stationären Gasturbine, Zustellungen von Aggregaten der
Druckkohlestaubfeuerung sowie Brenner für die
Reformertechnologie.
2) Ungeformte Erzeugnisse
Feuerbetone gewinnen seit Jahren immer mehr
an Bedeutung als Zustellungsmaterialien. Die
Entwicklungen befassen sich mit hochfesten temporären Bindern, Formulierungen von Körnungen,
Einbringung hochtemperatur-elastischer und korrosionsbeständiger Matrixphasen sowie deren
statische und dynamische Prüfung.
3) Hochtemperaturwollen
Zur Isolation von Hochtemperaturaggregaten sind
feuerfeste Faserzustellungen erforderlich. Diese
werden im Hinblick auf dynamische thermomechanische, korrosive und medizinische Eigenschaften hin entwickelt, optimiert und in ihrer
Lebensdauer verfolgt. Hierzu gehört eine qualifizierte REM- bzw. HT-RBA-Charakterisierung des
Kristallisations- und Versagensverhaltens.
Kohlevergasung wurden Prüfverfahren neu entwickelt, mit der die Eignung und Verlässlichkeit dieser
Materialien
unter
extremen
Betriebsbedingungen beurteilt werden kann. Die
Untersuchungsmethoden umfassen nasschemische und Röntgenfluoreszenzanalyse, Atomabsorptionsspektroskopie oder Ionenchromatographie, Röntgenbeugungsanalysen sowie Rasterelektronenmikroskopie gekoppelt mit chemischer
Analytik.
Thermomechanische Eigenschaften wie Heißbiegefestigkeit, Feuerfestigkeit oder Wärmeleitfähigkeit sowie HT-E-Modul werden ermittelt. Des
Weiteren
kann
das
Spannungs-Verformungsverhalten bis zu hohen Temperaturen verfolgt werden. Neben der Temperaturwechselbeständigkeit und dem Thermoschockverhalten wird das Korrosionsverhalten unter Einwirkung von Gasen, Flugstäuben, Aschen, Schlacken und metallischen Schmelzen sowie Säuren
geprüft.
Erschließung von Phasensystemen
mittels aero-akustischer Levitation
Die aero-akustische Levitation stellt das einzige
Verfahren zur tiegelfreien, berührungslosen und
kontaminationsfreien Synthese und Untersuchung
fester und flüssiger, oxidischer und silicatischer
aber auch nichtoxidischer Materialien dar, für die
im Gegensatz zu metallischen Schmelzen eine
Levitation über magnetische Felder ausgeschlossen ist. Die Methode eröffnet völlig neue Möglichkeiten der kontaminationsfreien Behandlung
flüssiger Phasen und der Präparation hochreiner
Materialien über einen großen Temperaturbereich bis zu Temperaturen von 3000°C. In einem
DFG-Vorhaben wurde das Dreistoffsystem Al2O3SiO2-ZrO2 untersucht. Dabei konnte die im Jahre
1951 vorhergesagte Mischungslücke in der
Schmelze des Randsystems SiO2-ZrO2 nicht nur an
abgeschreckten Proben verifiziert, sondern auch
die Emulsionsbildung direkt mittels Hochgeschwindigkeitskamera verfolgt werden. Die Abbildungen zeigen ein Video-Still der schwebenden
etwa 2,5 mm großen Schmelzperle sowie eine
REM-Aufnahme eines Anschliffs (Maßstab =
1mm).
4) Feuerfestprüfung
Für die spezifischen Anforderungen der Stahlindustrie, der thermischen Entsorgung sowie der
190
Eine turbulente Marangoni-Konvektion führt unter Zugabe von Al2O3 zu einer nanoskaligen Emulsion, die ihrerseits vollständig zu ZrO2, Korund
und Cristobalit erstarrt. Ferner wurden die Mischungslücke im System Al2O3-ZrO2 und die erhöhte Al2O3-Löslichkeit des Mullits bei Temperaturen >1750oC bestätigt. Das ternäre System
konnte konsistent mit vier nonvarianten Gleichgewichten beschrieben werden.







Momozawa, A., Telle, R., Controlled precipitation of W 2B4 platelets and of β-WB nanolaminates for the in-situ reinforcement of ternary TiB2-W2B4-CrB2 ceramics, J. Europ. Ceram. Soc. 32 (2012) 85-95
Traon, N., Tonnesen, Th., Telle, R.: The Understanding of the Microstructural Changes of Refractory Castables after
Thermal Shocks trough Damping Measurements, Refractories Worldforum 4 [2] (2012) 121-126
Newirkowez, A., Cappi, B., Telle, R., Schmidt, H.: (Ti,W,Cr)B 2 Coatings Produced by DC Magnetron Sputtering. Thin
Solid Films 520 (2012) 1775
Özkol, E., Zhang, W., Ebert, J., Telle, R.: The Potential of the “Direct inkjet printing” method for manufacturing 3Y-TZP
based dental restorations. J. Europ. Ceram. Soc. [32] (2012) 2193-2201
Zhou, L.-Y., Telle, R.: Synthesemechanismen von Siliciumcarbid im Acheson-Prozess, Teil 1: Primäre SiC-Bildung,
cfi/Ber. Dt. keram. Ges. 89 [8-9] (2012) D11-D19; Teil 2: Sekundäre SiC-Bildung, cfi/Ber. Dt. keram. Ges. 90 [6-7]
(2013) D1-D7
Nordine, P.C., Sickel, J., Merkley, D., Finkelman, St., Telle, R., Kaiser, A., Prieler, R.: A Levitation Instrument for Containerless Study of Molten Materials, Review of Scientific Instuments. 83 [12] 125107 (2012) 1-14
Tonnesen, Th., Simon, R., Telle, R.; Refractory Corrosion Mechanisms in Biomass Gasification and Incineration Procth
esses. Refractories for Industrials, ECREF Europ. Centre Refr. GmbH (Hrsg.), Proc. 56 Int. Colloq. On Refractories,
th
th
Aachen, Sept 25 -26 , 2013, (2013) 112-116


Deutsche Keramische Gesellschaft e.V., DKG (Vorstand und Präsidium)
Forschungsgemeinschaft der Deutschen Keramischen
Gesellschaft e.V., FDKG



Deutsche Gesellschaft für Feuerfest- und Schornsteinbau
American Ceramic Society
Federation of International Refractories Research and
Education, FIRE
Promotionen
Özkol, Emre: Evaluation of the direct inkjet printing method for the fabrication of three-dimensional
ceramic components (2012)
Zhou, Liying: The Acheson Process Revised - A Thermodynamic and Experimental Investigation of the
Industrial Scale Production of Silicon Carbide (2013)
Zeichner, Achim: Entwicklung einer Ofenrollenbeschichtung für das Presshärten (2013)
Zhang, Wen: Dynamic Modeling of Crack Propagation in Ceramic Laminate-Toughened Composites with
Weak Interfaces by Using Discrete Element Method (2013)
Kontakt
Institut
GHI – Lehrstuhl für Keramik und
Feuerfeste Werkstoffe, Institut für Gesteinshüttenkunde
Anschrift
Mauerstrasse 5, 52064 Aachen
Telefon:
+49 241 8094668
Fax:
+49 241 80 92226
E-Mail:
[email protected]
Homepage: http://www.ghi.rwth-aachen.de
Sonstige; 15%
Wirtschaft; 55%
DFG ohne
SFB; 18%
BMBF; 12%
191
www.fb5.rwth-aachen.de

2012/2013 - RWTH Aachen University

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