Fraunhofer-Leitprojekt »ORCHESTER«

Digitales Ökosystem für eine resiliente und nachhaltige Versorgung mit funktionssicheren Werkstoffen

Das Fraunhofer-Leitprojekt ORCHESTER adressiert die Herausforderungen der Kreislaufwirtschaft und der Versorgungssicherheit, insbesondere mit funktionssicheren Werkstoffen für die Energiewende entlang der gesamten Wertschöpfungskette. 

Ziele des Leitprojekts sind:

  • die Auswahl an einsetzbaren Werkstoffen zu verfünffachen,
  • durch Methoden für den Umgang mit Verunreinigungen in Sekundärmetallen den Recyclinganteil in Prozessrouten um 50 Prozent zu steigern und
  • durch Substitution des Anteils und der Herkunft von Seltenen Erden den Rohstoffanteil aus der primären Produktion um mindestens 25 Prozent zu reduzieren. 

Damit soll ein Paradigmenwechsel in der Werkstoffspezifikation weg von einer Definition über Materialzusammensetzung hin zu einer funktionsbasierten Spezifikation erreicht werden, die eine schnellere Substitution von kritischen Materialien und somit eine resilientere Materialversorgung ermöglicht.

Gezeigt werden soll dies an drei Demonstratoren mit Fokus auf Werkstoffspezifikation, Recycling und Kritikalität:

  1. Bipolarplatten für Elektrolyseure und Brennstoffzellen bzw. Wärmetauscher
  2. Verdichterräder für Wasserstoffpipelines, Brennstoffzellen und Wärmepumpen
  3. Recycling und Wiederverwertung von Permanentmagneten für E-Motoren und Windkraftanlagen

ORCHESTER nutzt für den Aufbau des digitalen Ökosystems das Wissen und die Erfahrung aus bereits bestehenden Initiativen und Förderprojekten wie z. B. Gaia-X.

Hinter ORCHESTER steht ein hoch motiviertes und international anerkanntes Projektteam, das mit viel Leidenschaft und Kreativität an einer ambitionierten Lösung arbeitet. Die folgende Grafik verdeutlicht die Komplementarität der Kompetenzen und Rollen der sechs beteiligten Fraunhofer-Institute entlang der Wertschöpfungskette.

Im Kern steht das Fraunhofer IWM für die digital gestützte Bewertung der Sicherheit und Zuverlässigkeit von Werkstoffen und Bauteilen während ihrer Nutzung und entlang von Prozessketten. Im Rahmen dieses Leitprojekts ist das Fraunhofer IWM auch Konsortialführer.

Das Fraunhofer ISI erforscht die Entwicklung von Innovationsprozessen und deren gesellschaftliche Auswirkungen. Ihre Erfahrungen in den Bereichen Stoffstrommodellierung und Nachhaltigkeitsbewertung, einschließlich sozialer Aspekte, sind auch für das ORCHESTER-Flaggschiffprojekt von großer Bedeutung.

Das Fraunhofer IWKS verfügt über umfangreiche Expertise in ganzheitlichen Ansätzen zur Schließung von Stoffkreisläufen. Mit seiner Pilotanlage ist das Fraunhofer IWKS das einzige Institut innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft, das den kompletten Produktions- und Recyclingprozess abbilden kann.

Das Fraunhofer IWS entwickelt komplexe Systemlösungen in der Laser-, Oberflächen- und Werkstofftechnik. Dabei nutzt das Fraunhofer IWS die additive Fertigung als Screening-Methode für nachhaltiges Materialdesign in Verbindung mit Hochdurchsatzverfahren.

Die Aktivitäten des Fraunhofer IZFP konzentrieren sich auf die Entwicklung von intelligenten Sensor- und Datensystemen für die Material- und Prozessanalyse. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Erforschung und Umsetzung der Digitalisierung in der zerstörungsfreien Prüfung.

Das Fraunhofer IWU ist die treibende Kraft in der Forschung und Entwicklung der Produktionstechnik für »grüne« Produkte in flexiblen Stoffströmen. Zudem ist das Fraunhofer IWU an zahlreichen Aktivitäten im Bereich Industrie 4.0 beteiligt.

 

Mehrwerte

  • verbesserte Auswahl einsetzbarer Werkstoffe
  • Erhöhung des Recyclinganteils in Prozessrouten
  • kürzere Entwicklungszeit für Legierungen
  • weniger Seltene Erden aus primärer Produktion
  • Resilienzsteigerung

Eckdaten zum Projekt

  • Laufzeit: Januar 2024 - Dezember 2027
  • Projektpartner:
    • Fraunhofer IWM (Koordination)
    • Fraunhofer IWU
    • Fraunhofer IWS
    • Fraunhofer ISI
    • Fraunhofer IWKS
    • Fraunhofer IZFP