Max-Planck-Institut für Nachhaltige Materialien GmbH

Max-Planck-Institut für Nachhaltige Materialien GmbH

Die Materialwissenschaften stehen vor großen Aufgaben: Alleine die Stahlindustrie verursacht acht Prozent der weltweiten Kohlendioxidemissionen. Der Großteil der jährlich anfallenden Menge an Elektroschrott, der so viel wiegt wie 350 Mega-Kreuzfahrtschiffe, wird deponiert oder verbrannt und nicht recycelt, obwohl er viele wertvolle und strategisch wichtige Metalle wie Edelmetalle oder Seltene Erden enthält. Das Max-Planck-Institut für Nachhaltige Materialien erforscht, wie sich Materialien, die für moderne Gesellschaften essentiell sind, klimaneutral und ressourcenschonend produzieren, nutzen und recyceln lassen. So suchen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Wege, Metalle mit Wasserstoff anstelle fossiler Brennstoffe zu gewinnen, die Lebensdauer von Werkstoffen zu verlängern, diese nahezu endlos wiederverwertbar zu machen und die Abfallmenge zu reduzieren. Bei der Entwicklung von Materialien, die diese Anforderungen erfüllen, setzen die Forschenden vermehrt auf künstliche Intelligenz und machen den Prozess auf diese Weise deutlich effizienter. Das Institut forschte bis 2024 unter dem Namen Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH.

Kontakt

Max-Planck-Str. 1
40237 Düsseldorf
Telefon: +49 211 6792-0
Fax: +49 211 6792-440

Promotionsmöglichkeiten

Dieses Institut hat eine International Max Planck Research School (IMPRS):

IMPRS for Sustainable Metallurgy - from Fundamentals to Engineering Materials

Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit zur individuellen Promotion bei den Direktoren bzw. Direktorinnen und in den Forschungsgruppen.

Abteilung Struktur und Nano-/Mikromechanik von Materialien

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Abteilung Computergestütztes Materialdesign

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Abteilung Mikrostrukturphysik und Legierungsdesign

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Abteilung Grenzflächenchemie und Oberflächentechnik

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Eine Person in einem metallisch glänzenden Hitzeschutzanzug steckt ein Gerät mit langer Stange in eine Wanne mit geschmolzenem Eisen. Im Hintergrund ist ein zylinderförmiger Kessel zu sehen.

Dierk Raabe und Martin Palm, Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Nachhaltige Materialien, arbeiten daran, Metalle nachhaltiger herzustellen und einzusetzen

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Luftbild des Gebäudes des Max-Planck-Instituts für Nachhaltige Materialien.

Das Max-Planck-Institut für Nachhaltige Materialien wird untersuchen, wie sich Werkstoffe klimafreundlich herstellen, nachhaltig nutzen und recyceln lassen

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Im Vordergrund ein Ausschnitt der ausgedehnten Flächen einer Deponie mit rostrotem Rotschlamm, Im Hintergrund ein flächenmäßig deutlich kleineres Aluminiumwerk. Werk und Deponie liegen an einem Meerbusen, der in der oberen Bildhälfte zu sehen ist. Rechts sind grüne Wiesen zu sehen.

Aus Abfällen der Aluminiumproduktion lässt sich mit Wasserstoff in einem wirtschaftlichen Verfahren CO2-freies Eisen gewinnen

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Ein Mann in hellem Anzug und mit weißem Schutzhelm läuft an mannshohen Rollen von Stahlblechen vorbei, die in zwei Reihen übereinander gestapelt sind.

Das Gas eignet sich so gut für die Eisenproduktion wie Wasserstoff, ist aber einfacher und kostengünstiger zu transportieren

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Metalle sind aus unserem Leben nicht wegzudenken. Doch die Metallindustrie verursacht heute ein Drittel aller industriellen Treibhausgas-Emissionen. Dierk Raabe und Martin Palm, Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf, arbeiten daher daran, Metalle nachhaltiger herzustellen und einzusetzen. Ihre Konzepte könnten die Metallindustrie gehörig umkrempeln.

Im Altertum war er das Material der Wahl für Schwertklingen. Jetzt hat ein Team des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung in Düsseldorf und des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik in Aachen eine Technik entwickelt, mit welcher sich eine Art Damaszener Stahl im 3D-Drucker fertigen lässt. Solche Verbundwerkstoffe könnten für Bauteile in der Luft- und Raumfahrt oder für Werkzeuge interessant sein.

Mitten im Ersten Weltkrieg wurde 1917 das Kaiser-Wilhelm-Institut für Eisenforschung gegründet. Es sollte ein Innovationslabor für die deutsche Stahlindustrie werden und entwickelte sich zu einem Zentrum kriegstechnischer Wissensproduktion. Seine Geschichte offenbart das Risiko anwendungsorientierter Grundlagenforschung in wirtschaftlichen und politischen Krisenzeiten.

Max-Planck-Wissenschaftler kooperieren mit Partnern in rund 120 Ländern dieser Erde. Hier schreiben sie über persönliche Erlebnisse und Eindrücke. Die Materialwissenschaftlerin Jiali Zhang vom Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf verbrachte im Rahmen ihrer Postdoc-Zeit neun Monate am US-amerikanischen Massachusetts Institute of Technology. Sie war von der am Institut herrschenden Schwarmintelligenz fasziniert.

Dem 3D-Druck gehört die Zukunft. Aber noch lässt sich aus den dafür verwendeten Werkstoffen und den Fertigungsprozessen nicht das Optimum herausholen. Daher arbeiten Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung in Düsseldorf gemeinsam mit Kollegen des Aachener Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT daran, dem neuen Verfahren aus den Kinderschuhen zu helfen.

Die enormen Entwicklungen im Bereich von Speicherung, Übertragung und Auswertung gewaltiger Datenmengen, der sogenannten Big Data, führen nicht nur zu einer rasanten Veränderung unseres Alltags, es entsteht auch eine neue Dynamik in der Wissenschaft: Forschungsfelder werden neu definiert, traditionelle Abgrenzungen etablierter Fachbereiche verlieren ihre Bedeutung.

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Aus schädlichem Abfall wird grüner Stahl

2023 Jovičević-Klug, Matic; Souza Filho, Isnaldi R.

Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Nachhaltige Materialien, das bis vor Kurzem „Max-Planck-Institut für Eisenforschung“ hieß, ist ein Durchbruch beim Recycling von Abfällen aus der Aluminiumproduktion, sogenanntem Rotschlamm, und der Herstellung von grünem Stahl gelungen. Dabei konnten wir aus umweltschädlichem Rotschlamm mithilfe von Wasserstoffplasma CO2-freies Eisen gewinnen. So ließen sich 600 Millionen Tonnen CO2-freier Stahl aus den derzeit vier Milliarden Tonnen angehäuftem Aluminium-Abfall erzeugen. Und das in konventionellen Lichtbogenöfen, die seit Jahrzehnten in der Stahlindustrie zum Einsatz kommen.

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Mit digitalen Strategien vom Modellsystem zum High-Tech-Material

2022 Hickel, Tilmann; Bitzek, Erik; Neugebauer, Jörg

Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften

Die Bewältigung technologischer und ökologischer Herausforderungen hängt stark von der Verfügbarkeit neuer Materialien ab. Diese sind beispielsweise die Voraussetzung, um CO2-Emissionen drastisch zu verringern oder eine umweltfreundliche Mobilität zu verwirklichen. Mit den am Max-Planck-Institut für Eisenforschung entwickelten digitalen Strategien lassen sich fundamentale Methoden, die ursprünglich für idealisierte Modellsysteme entwickelt wurden, auf reale Materialien übertragen. Damit eröffnen sich neue Zugänge für die Materialforschung und ein beschleunigtes Werkstoffdesign.

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Wie werden Metalle nachhaltig?

2021 Raabe, Dierk

Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften

Metalle, über Jahrtausende Garanten menschlichen Fortschritts, sind mit einem Drittel aller industriellen Treibhausgas-Emissionen der größte Einzelverursacher der Erderwärmung. Das Wachstum bei Energie, Bau, Industrie, Technik und Verkehr wird die Nachfrage in den nächsten 25 Jahren verdoppeln. Am Max-Planck-Institut für Eisenforschung führen wir Grundlagenforschung durch, um dieses Jahrhundertproblem zu lösen. Wir stellen zwei Ansätze vor: grüne Stahlherstellung durch Wasserstoff, Plasma und Elektrolyse und Aluminiumlegierungen, die das ‘Gen’ unbegrenzter Recyclingfähigkeit in sich tragen.

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Die Wasserstoff-Task Force – Von der Produktion, Speicherung und Nutzung des kleinsten Atoms

2020 Best, James; Duarte, Jazmin; Gault, Baptiste;  Hickel, Tilmann;  Mianroodi, Jaber;  Ponge, Dirk; Rabe, Martin; Rohwerder, Michael; Scheu, Christina; Souza Filho, Isnaldi

Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften

Der industrielle Einsatz von Wasserstoff gilt als zukunftsweisend. Doch welche materialwissenschaftlichen Herausforderungen ergeben sich bei der Produktion, Speicherung und Nutzung? Am MPIE untersuchen wir in einem interdisziplinären Team mit verschiedenen Methoden, wie sich Wasserstoff durch effektivere Elektrolyse produzieren lässt, wie sich Wasserstoffatome im Material aufspüren lassen und wie verhindert wird, dass Materialien durch Wasserstoff verspröden. Zudem arbeiten wir daran, Eisenerze durch Wasserstoff statt Kohlenstoff zu reduzieren und so CO2-Emissionen zu vermeiden.

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Entwicklung nachhaltiger Legierungen für anspruchsvolle Einsatzbedingungen

2019 Martin Palm, Frank Stein, Angelika Gedsun, Gerhard Dehm

Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften

Werkstoffe in Windkraftanlagen, Flugzeugtriebwerken oder Turbinen sind großen mechanischen Belastungen bei hohen Temperaturen ausgesetzt. An der MPI für Eisenforschung GmbH haben wir Legierungskonzepte entwickelt, die diesen Anforderungen optimal entsprechen und zudem kostengünstig und nachhaltiger sind als bisher verwendete Materialien. Gemeinsam mit Partnern aus der Industrie optimieren wir diese Herstellungsprozesse derzeit für die Anwendung. 

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