Ingenieurwissenschaften

Höhepunkte der Forschung

ie Abteilung „Bauwissenschaften“ untersucht verschiedene Aspekte im Energiesektor, zum Beispiel Bau- und Materialfragestellungen bei Offshore-Windparkanlagen oder Ansätze zur Energiespeicherfrage mittels Pumpspeichern oder „power-to-gas“-Verfahren. Die Fachgebiete (FG) „Wasserbau und Wasserwirtschaft“ sowie „Geotechnik“ untersuchen unter anderem in ­Zusammenarbeit mit dem Bergbaubetreiber RAG und der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr), ob Pumpspeicherwerke in den Schächten und Strecken des untertägigen Steinkohlebergbaus zu realisieren sind.

Ein weiteres Beispiel für eine solche multifunktionale Nutzung vorhandener Infrastruktur ist das Forschungsvorhaben „Nachhaltige urbane Kulturlandschaft in der Metropole Ruhr“ ­(KuLaRuhr), das mit 4,5 Millionen Euro vom BMBF gefördert wird. Hier untersucht das Fachgebiet „Siedlungswasserwirtschaft und Abfallwirtschaft“, ob die Kanalisation als Wärmeleitsystem genutzt werden kann und arbeitet an einem modernen und nachhaltigen Regenwassermanagement mittels echtzeit-gesteuerter Zisternen.

Hinsichtlich der Abfallwirtschaft verfolgen die Wissenschaftler innerhalb des EU-geförderten Projekts „Advanced Technologies for Water Resource Management“ (ATWARM) das Ziel, Kläranlagentechnik mittels Algen und Glasfaserlichtleitern zu optimieren. Ebenfalls um Abfälle geht es im DFG-Projekt „Biologische Methan­oxidation“. Hier soll eine biologische Deckschicht klimaschädliche Methanemissionen aus Deponien verhindern. Das Forschungsprojekt „Energieeffiziente Bioabfallverwertung“ sucht Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung in der Bioabfallbehandlung, indem Kompostierung und Vergärung kombiniert werden. Die Speicherung des dabei pro­duzierten Biogases wird im europäischen Forschungsvorhaben „BiogaSS“ in Zusammenarbeit mit dem Institut für Metall- und Leichtbau ­untersucht.

Im Bereich der intelligenten Bauwerke und der Brücken und Membranstrukturen nutzt das Institut für Massivbau (IfM) moderne Methoden der Informationstechnologie, um adaptive ­Brücken zu entwickeln, die sich automatisch an ihre Beanspruchungen anpassen. Durch die ­Adaption natürlicher Strukturen können Stahlbetontragwerke grundlegend neu konzipiert ­werden – hin zu innovativen, sehr leichten und frei geformten Konstruktionen, die gleichzeitig eine hohe Tragfähigkeit aufweisen. Im Rahmen eines DFG-Projektes wird dieses Vorgehen erfolgreich an 2D-Strukturen simuliert.

Die Effizienzsteigerung des Fahrbahnbelages auf Stahlbrücken, die quantitative Bewertung der Substanz von Asphaltbefestigungen sowie neue Messtechniken zur Bewertung neu hergestellter Asphaltfahrbahnbefestigungen im Rahmen der Abnahme werden gemeinsam vom Institut für Straßenbau und Verkehrswesen und dem Institut für Metall- und Leichtbau erforscht.

Als eine von nur drei Einrichtungen weltweit entwickelt das Labor für leichte Flächentrag­werke komplexe Materialprüfungen und Optimierungen an Gewebemembranen, wie sie unter anderem im Stadionbau angewendet werden. Am Institut für Metall- und Leichtbau sowie am Institut für Baustatik und Baukonstruktion wird hierzu in mehreren Vorhaben das hochgradig nichtlineare und anisotrope Materialverhalten textiler Gewebemembranen untersucht und ­optimiert.

Auf einer gänzlich anderen Skala forschen die Institute für Materialwissenschaft und ­Mechanik: Die EU fördert über den Marie Curie-Mobilitätsfonds junge DoktorandInnen bei der Untersuchung der Bewegung von Werkstoffen im Nanometerbereich – insgesamt eine Millionen Euro Förderung entfallen hier auf die Abteilung „Bauwissenschaften“. Denn Bewegungen auf der Nanoskala entscheiden zum Beispiel darüber, ob Lithium-Ionen-Akkus stabil  bleiben oder wie sich DNA-Stränge miteinander verknüpfen. Darüber hinaus ermöglichen sie neuartige  Messungen von Hirnströmen. Makroskopisch werden diese Bewegungen in Piezoeinspritzsystemen und ­adaptiven Strukturen  genutzt. Einem ähnlichen Thema widmet sich die deutschlandweite DFG-Forschergruppe „Ferroische Funktionsmaterialien“ unter der Leitung des Instituts für Mechanik an der UDE. Kopplungen zwischen elektromecha­nischen und magnetomechanischen Werkstoffen werden auf der Mikroskala experimentell ­untersucht und modelliert. Ein tiefgründiges Verständnis ermöglicht so das Design neuer Werkstoffe. Die Bauwissenschaften sind hier mit rund einer Million Euro für die erste Förderperiode beteiligt.

Die Koordination des von der DFG geförderten Schwerpunktprogramms „Reliable Simulation Techniques in Solid Mechanics. Development of Non-standard Discretisation Methods, Mechanical and Mathematical Analysis“ liegt beim Institut für Mechanik, das sich im Rahmen zweier Teilprojekte mit der Entwicklung neuer gemischter finiter Elemente und der Verbesserung von finiten Least-Square Elementen für Plastizität beschäftigt. In der ersten Periode erhält das Institut für Mechanik bzw. die Bauwissenschaften ca. 0,7 Millionen Euro.