GREEN - Global Reduction of CO2 Emissions by means of Optically Controlled, Highly Efficient Laser Nano Structuring
Mit dem Projekt GREEN wollen wir einen maßgeblichen Beitrag zur Energiewende leisten, wobei wir bereits kurzfristig eine quantifizierbare Verbesserung der Ökobilanz anstreben. Dazu möchten wir neuartige, ressourceneffiziente Produktionsprozesse auf Basis photonischer Technologien entwickeln.
Unser Projekt und geplante Anwendungen der Technologien, die wir im Rahmen des Projekts verwirklichen werden, sind im nachfolgenden Video kurz und prägnant beschrieben.
Primäres technologisches Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer photonischen Produktionstechnologie mit integrierter photonischer Sensorik, die es ermöglicht, das volle Potenzial von Hochleistungs-Ultrakurzpulslasern zur großflächigen, hochgenauen und schnellen Oberflächenstrukturierung auszuschöpfen, wodurch viele potentielle Anwendungen, weit über die im Projekt adressierten hinaus, erschlossen werden.
Übergeordnetes Ziel, das auf Basis dieser disruptiven Produktionstechnologie in unseren Anwendungsfällen Datenspeicherung, Beleuchtung und Photovoltaik adressiert wird, ist die globale Reduktion von CO2-Emissionen. Hierzu eröffnen Mikro- und Nanostrukturen auf Oberflächen durch ihre spezifischen Eigenschaften ein CO2-Einsparungspotenzial von 700 Megatonnen pro Jahr (etwa 1,8% der globalen Gesamtemissionen in 2022) in 2030, wenn kostengünstige und energieeffiziente Produktionstechnologien entwickelt und im globalen Maßstab eingesetzt werden. Dieses Einsparungspotential ist vergleichbar mit dem der LEDs gegenüber den früheren Glühbirnen als Lichtquellen, das mit 500 Megatonnen pro Jahr in 2030 bewertet wird.
Zur Ermittlung dieses Potentials hat das Projektkonsortium unter Anleitung der Nachhaltigkeitsexperten Daxner & Merl GmbH bereits im Vorfeld der Antragstellung eine breite Palette von Anwendungen der Oberflächenstrukturierung untersucht. Dabei wurde der zu erwartende Einfluss der Strukturierungen auf die CO2-Emissionen einer qualifizierten Abschätzung unterzogen, wobei potenzielle Reboundeffekte (bei Datenspeicherung und Lighting) berücksichtigt und von einer globalen Einführung der jeweiligen Anwendung ausgegangen wurde. Wir erwarten, dass bereits im Jahr 2030 in den im Vorhaben adressierten Anwendungsfeldern GREEN Memory, GREEN Solar und GREEN Lighting 565 Megatonnen CO2 pro Jahr eingespart werden könnten, entsprechend 1,4% des weltweiten Gesamtausstoßes.
Im vorgeschlagenen Leitprojekt werden die technologisch-wissenschaftlichen Kompetenzen der beteiligten Projektpartner gebündelt: Zur Beschleunigung der Bearbeitung und um größere Flächen strukturieren zu können, steuert JOANNEUM RESEARCH insbesondere ihre Kompetenzen im Bereich ultraschneller Scannertechnologien bei. Schwerpunkt am IFT - LLF ist der Aufbau eines Anlagenprototypen in enger Zusammenarbeit mit Cerabyte. Hier soll eine bestehende DMD-Technologie zum massiv parallelisierten Schreiben mit den genannten ultraschnellen Scannertechnologien kombiniert werden. Zur Optimierung der Bearbeitung und insbesondere zur Gestaltung eines geeigneten Absaugsystems wird außerdem die Strahl-Stoff-Wechselwirkung an der TU Wien bei der zugrundeliegenden Ultrakurzpuls (UKP)-Laserbearbeitung simulationsbasiert und diagnostisch analysiert. Am WWWT wird das PVD-Beschichtungsverfahren weiter optimiert und in enger Zusammenarbeit zwischen den Partnern auf die Anwendung abgestimmt.
Die Anwendungsfelder Beleuchtung und Photovoltaik werden von den Partnern EcoCan respektive Crystalsol in den Use cases GREEN Lighting und GREEN Solar eingehend untersucht.
RECENDT und AIT Austrian Institute of Technology entwickeln maßgeschneiderte, photonische Monitoring- und Sensortechnologien, die ebenfalls in den Anlagenprototyp integriert werden. Hierzu ist es notwendig, bekannte Sensortechnologien (z.B. picoSIM, ICI) bezüglich der erreichbarer Auflösung sowie des Messvolumens an der Grenze des physikalisch und technisch Machbaren erheblich zu verbessern. JOANNEUM RESEARCH entwickelt zudem die Technologie der UV-Nanoimprint-Lithographie (NIL), insbesondere die entsprechenden Masteringtechnologien weiter, mit deren Hilfe die abzuformenden Oberflächenstrukturen schneller und genauer hergestellt und nachfolgend im großen Maßstab mittels eines Rolle-zu-Rolle-Verfahrens vervielfältigt werden können.