Das Projekt "The supercritical CO2 Heat Removal System (sCO2-HeRo)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Institut für Energie und Umweltverfahrenstechnik, Lehrstuhl für Strömungsmaschinen durchgeführt. Raising nuclear reactor safety to a higher level - The supercritical CO2 heat removal system - 'sCO2-HeRo. The 'supercritical CO2 heat removal system', sCO2-HeRo, safely, reliably and efficiently removes residual heat from nuclear fuel without the requirement of external power sources. This system therefore can be considered as an excellent backup cooling system for the reactor core or the spent fuel storage in the case of a station blackout and loss of ultimate heat sink. sCO2-HeRo is a very innovative reactor safety concept as it improves the safety of both currently operating and future BWRs and PWRs through a self-propellant, self-sustaining and self-launching, highly compact cooling system powered by an integrated Brayton-cycle using supercritical carbon dioxide. Since this system is powered by the decay heat itself, it provides new ways to deal with accidents that are beyond design. The sCO2-HeRo provides breakthrough options with scientific and practical maturity, which will be proven by means of numerical tools, like advanced CFD, and small-scale experiments to determine the performance of the components like a compact heat exchanger and a turbo-machine set. A demonstration unit of the sCO2-HeRo system will be installed in a unique glass model in order to demonstrate the maturity of the system. Finally, the potential of this system to deal with a range of different accident scenarios and beyond-design accidents will be shown with the help of the German nuclear code ATHLET.
Das Projekt "Teilprojekt: Fh IVV" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung durchgeführt. Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines neuartigen Verfahrens zur Herstellung einer aktiven Lebensmittelverpackungsfolie. Die Imprägnierung mittels überkritischem CO2 ermöglicht es, Kunststofffolien mit pflanzenbasierten Wirkstoffen antimikrobiell auszurüsten und somit auf toxische organische Lösungsmittel zu verzichten. Derartig funktionalisierte Verpackungen können dazu beitragen, die Sicherheit frischer, leicht verderblicher Lebensmittel zu erhöhen und deren Haltbarkeit zu verlängern. Der Prozess der Imprägnierung von Polymeren mit antimikrobiell aktiven Substanzen durch überkritisches CO2 ist neu im Bereich der Lebensmittelverpackungsfolien. Für dieses neuartige und nachhaltige Verfahren werden neben dem 'grünen' Lösungsmittel CO2 nur Substanzen natürlichen Ursprungs, wie Pflanzenextrakte oder darin vorkommende Einzelsubstanzen verwendet. Das Projekt leistet daher einen wertvollen Beitrag zu einer nachhaltigen und biobasierten Wirtschaft. Um die Projektziele zu erreichen, arbeitet ein internationales Team von chilenischen und deutschen Forschungs- und Industriepartnern eng zusammen. Es werden Pflanzenextrakte entwickelt und bezüglich ihrer antimikrobiellen Wirksamkeit, ihren sensorischen Eigenschaften und ihrer Verarbeitbarkeit bewertet. Parallel dazu wird der Imprägnierungsprozess im Labormaßstab etabliert und optimiert. Es wird der Einfluss unterschiedlicher Verfahrensparameter auf die chemischen, mechanischen und antimikrobiellen Eigenschaften der Folien untersucht. Dies bildet die Grundlage für das anschließende Scale-up auf den Industriemaßstab. Hierzu werden konventionelle Anlagen, welche normalerweise für die Extraktion mit überkritischen CO2 verwendet werden, herangezogen. Die so imprägnierten Verpackungsmaterialien werden erstmalig direkt am Lebensmittel auf ihre Wirksamkeit überprüft und ihr Einfluss auf die Qualität und die Haltbarkeit der Produkte untersucht. Die Anwendbarkeit wird zudem lebensmittel- und verpackungsrechtlich beurteilt.
Das Projekt "Modeling of two-phase flow processes in strongly heterogeneous porous media using multi-rate mass transfer approaches" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Strömungsmechanik und Umweltphysik im Bauwesen durchgeführt. Modelling of displacement of one fluid by another immiscible one and mass transfer between the phases is important for many geotechnical applications. An example is the injection of supercritical carbon dioxide into brine. To include the influence of heterogeneous structure that is not resolved by the numerical grid into modelling concepts is a challenge, in particular if parameter contrasts are high. In this proposal we want to derive up scaled model concepts for two-phase flow on large length scales, where we focus on the transition zone between displacing and displaced fluid (the mixing zone) during a displacement problem. The mixing zone is the critical zone, for example, for mass transfer of a dissolved component between the two phases. Based on the models that quantify the mixing zone we want in a second step to analyze the relation between mixing zone volume and interfacial area between the fluids. To derive such model concepts we want to apply multi-rate mass transfer modelling approaches that have been developed to describe solute transport in flow fields with mobile and stagnant flow zones in complexly structured and highly heterogeneous porous media. These approaches have been very successful for linear problems. We want to extend them to the non-linear problem two-phase flow problem. Project results: Immiscible two phase ï ‚ow processes in highly heterogeneous porous media, such as fractured rock, are important in many geotechnical applications, such as CO2 sequestration or oil recovery. In fractured rock classical modelling approaches are computationally intensive due to the strong contrast in the model parameters. In this project we derived upscaled two phase ï ‚ow models on the macroscale, where the detailed fracture network is no longer described. In fractured rock the fractures are related to fast ï ‚ow processes. Slow exchange of ï ‚uid takes place between the fractures and the rock matrix. For the upscaled model the fractured rock is divided into two zones. The fractures with the fast ï ‚ow processes are the mobile zone and the rock matrix with the slow ï ‚ow processes are the immobile zone. The upscaled ï ‚ow model describes ï ‚ow processes in the mobile zone only. The exchange processes between mobile and immobile zone are modelled with an additional sink-source term. This term is expanded in a way that the model becomes a multi-rate mass-transfer model for two-phase ï ‚ow. With this modelling approach we derived two upscaled models on the macroscale. The ï rst model is for oil recovery from fractured rock. This is an imbibition process, where oil as the nonwetting phase is displaced by water as the wetting phase. The ï ‚ow in the fracture network is dominated by ï ‚ow enforced by boundary conditions and the ï ‚ow in the rock matrix is dominated by capillary counter-current ï ‚ow. The second model is for CO2 storage in deep fractured rock. (abridged text)
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von S2B GmbH & Co. KG durchgeführt. Natürliche Triterpen-Verbinungen finden ein sehr breites Anwendungsspektrum in der Kosmetik- und Pharmaindustrie, beginnend bei feuchtigkeitsspendender Hautcreme, über antimikrobielle, entzündungshemmende, antivirale und antitumorale bis hin zu hepatoprotektiven bzw. tumortherapeutischen Präparaten. Die Verfahren zur Herstellung dieser Produkte basieren jedoch auf einer wenig nachhaltigen, destruktiven Ausbeutung mariner Ressourcen (Fischöl, Haifischlebertran) und fossiler Rohstoffe oder wenig effizienter Landwirtschaft, vorwiegend in Entwicklungsländern, in denen diese mit dem Anbau von Nahrungsmitteln konkurriert. Das Kooperationskonsortium Sus-Terpen, bestehend aus zwei KMUs und zwei akademischen Partnern, beabsichtigt die Entwicklung einer neuartigen, hocheffizienten Plattformtechnologie zur Herstellung der Triterpene Squalen, Oleanol- und Ursolsäure in der marinen Mikroalge Schizochytrium sp.. Um dieses Ziel zu erreichen nutzt Sus-Terpen reiterative Stammentwicklung und kombiniert Bioprozessentwicklung mit einer maßgeschneiderten Downstream-Technologie, basierend auf dem umweltfreundlichen, superkritischen CO2. Um mehr Nachhaltigkeit in der biotechnologischen Produktion zu generieren und damit einen Schritt hin zu einer ökologischen Recyclingwirtschaft mit geschlossenen Stoffkreisläufen zu beschreiten, beabsichtigen die Projektpartner eine Implementierung von organischen Nebenstoffen als Fermentationssubstrate sowie prozessinterner Rohstoff- und Energierückgewinnungskonzepte mittels anaerobem Biogasprozess. Besonderer Fokus wird auf die Nutzung von Rohstoffen marinen Ursprungs gesetzt, z.B. Makroalgen- und Pilzbiomasse, Meeresalgentreibgut und Nebenstoffen aus der Verarbeitung mariner Nahrungsmittel. Durch den Transfer der Entwicklungsergebnisse in den Pilotmaßstab innerhalb der Projektlaufzeit sowie die Anmeldung gewerblicher Schutzrechte entlang der gesamten Produktionskaskade, soll eine unmittelbare Kommerzialisierung beschleunigt werden.
Das Projekt "Teilprojekt D" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BioActive Food GmbH durchgeführt. Natürliche Triterpen-Verbinungen finden ein sehr breites Anwendungsspektrum in der Kosmetik- und Pharmaindustrie, beginnend bei feuchtigkeitsspendender Hautcreme, über antimikrobielle, entzündungshemmende, antivirale und antitumorale bis hin zu hepatoprotektiven bzw. tumortherapeutischen Präparaten. Die Verfahren zur Herstellung dieser Produkte basieren jedoch auf einer wenig nachhaltigen, destruktiven Ausbeutung mariner Ressourcen (Fischöl, Haifischlebertran) und fossiler Rohstoffe oder wenig effizienter Landwirtschaft, vorwiegend in Entwicklungsländern, in denen diese mit dem Anbau von Nahrungsmitteln konkurriert. Das Kooperationskonsortium Sus-Terpen, bestehend aus zwei KMUs und zwei akademischen Partnern, beabsichtigt die Entwicklung einer neuartigen, hocheffizienten Plattformtechnologie zur Herstellung der Triterpene Squalen, Oleanol- und Ursolsäure in der marinen Mikroalge Schizochytrium sp.. Um dieses Ziel zu erreichen nutzt Sus-Terpen reiterative Stammentwicklung und kombiniert Bioprozessentwicklung mit einer maßgeschneiderten Downstream-Technologie, basierend auf dem umweltfreundlichen, superkritischen CO2. Um mehr Nachhaltigkeit in der biotechnologischen Produktion zu generieren und damit einen Schritt hin zu einer ökologischen Recyclingwirtschaft mit geschlossenen Stoffkreisläufen zu beschreiten, beabsichtigen die Projektpartner eine Implementierung von organischen Nebenstoffen als Fermentationssubstrate sowie prozessinterner Rohstoff- und Energierückgewinnungskonzepte mittels anaerobem Biogasprozess. Besonderer Fokus wird auf die Nutzung von Rohstoffen marinen Ursprungs gesetzt, z.B. Makroalgen- und Pilzbiomasse, Meeresalgentreibgut und Nebenstoffen aus der Verarbeitung mariner Nahrungsmittel. Durch den Transfer der Entwicklungsergebnisse in den Pilotmaßstab innerhalb der Projektlaufzeit sowie die Anmeldung gewerblicher Schutzrechte entlang der gesamten Produktionskaskade, soll eine unmittelbare Kommerzialisierung beschleunigt werden.
Das Projekt "Modeling mass transfer processes for multi-phase flow in porous media including fluid-fluid interfacial areas" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung durchgeführt. Multi-phase flow and transport processes in porous media play an essential role in many environmental, biological, and industrial systems. These processes are especially complex when the phase composition changes, i.e. when mass transfer between phases takes place. It is well known that fluid-fluid interfaces play a central role in mass transfer among various phases. Nevertheless, currently, these interfaces are absent in mass transport theories. Also, almost all macro-scale numerical models completely ignore interfacial areas and either assume thermodynamic equilibrium between the phases or they use empirical functions for their estimation. However, new theories of two-phase flow in porous media have been developed in the last decades which explicitly account for the fluid-fluid interfaces, both without and with interphase mass transfer. The aim of this project is to first compare a two-phase model with interphase mass transfer, accounting for the role of interfacial area, to experimental data. Next, it is planned to extend the new theories to three-phase flow and non-isothermal situations. The new balance equations and constitutive relationships will be implemented into a numerical simulator and applied to an example of carbon dioxide storage in a deep geological formation. When storing carbon dioxide, processes occurring locally within the regions of supercritical carbon dioxide are much more complex and much more dependent on finescale processes than in the large remaining part of the domain of interest. Therefore, a multi-scale-multi-physics approach is envisaged for the solution of this problem.
Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Hamburg, Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft - Abfallressourcenwirtschaft (V-9) durchgeführt. Natürliche Triterpen-Verbinungen finden ein sehr breites Anwendungsspektrum in der Kosmetik- und Pharmaindustrie, beginnend bei feuchtigkeitsspendender Hautcreme, über antimikrobielle, entzündungshemmende, antivirale und antitumorale bis hin zu hepatoprotektiven bzw. tumortherapeutischen Präparaten. Die Verfahren zur Herstellung dieser Produkte basieren jedoch auf einer wenig nachhaltigen, destruktiven Ausbeutung mariner Ressourcen (Fischöl, Haifischlebertran) und fossiler Rohstoffe oder wenig effizienter Landwirtschaft, vorwiegend in Entwicklungsländern, in denen diese mit dem Anbau von Nahrungsmitteln konkurriert. Das Kooperationskonsortium Sus-Terpen, bestehend aus zwei KMUs und zwei akademischen Partnern, beabsichtigt die Entwicklung einer neuartigen, hocheffizienten Plattformtechnologie zur Herstellung der Triterpene Squalen, Oleanol- und Ursolsäure in der marinen Mikroalge Schizochytrium sp.. Um dieses Ziel zu erreichen nutzt Sus-Terpen reiterative Stammentwicklung und kombiniert Bioprozessentwicklung mit einer maßgeschneiderten Downstream-Technologie, basierend auf dem umweltfreundlichen, superkritischen CO2. Um mehr Nachhaltigkeit in der biotechnologischen Produktion zu generieren und damit einen Schritt hin zu einer ökologischen Recyclingwirtschaft mit geschlossenen Stoffkreisläufen zu beschreiten, beabsichtigen die Projektpartner eine Implementierung von organischen Nebenstoffen als Fermentationssubstrate sowie prozessinterner Rohstoff- und Energierückgewinnungskonzepte mittels anaerobem Biogasprozess. Besonderer Fokus wird auf die Nutzung von Rohstoffen marinen Ursprungs gesetzt, z.B. Makroalgen- und Pilzbiomasse, Meeresalgentreibgut und Nebenstoffen aus der Verarbeitung mariner Nahrungsmittel. Durch den Transfer der Entwicklungsergebnisse in den Pilotmaßstab innerhalb der Projektlaufzeit sowie die Anmeldung gewerblicher Schutzrechte entlang der gesamten Produktionskaskade, soll eine unmittelbare Kommerzialisierung beschleunigt werden.
Das Projekt "Kopplung von MUFTE und GeoSys/Rock Flow zur Verifikation der ECLIPSE - GeoSys-Kopplung - Sonderprogramm GEOTECHNOLOGIEN" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Wasserbau durchgeführt. Ziel des Teilprojekts sind die Verifikation der Kopplung der Programmpakete ECLIPSE und GeoSys/RockFlow zur Simulation der hydraul. und geochem. Prozesse bei der Verpressung von superkritischem CO2 in tiefe, saline Grundwasserleiter und die Untersuchung der gegenseitigen Abhängigkeit der physikal.-chem. Prozesse, die durch die verschiedenen Modelle simuliert wurden.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Lebensmittelchemie durchgeführt. Natürliche Triterpenverbindungen finden ein breites Anwendungsspektrum in der pharmazeutischen und Kosmetikindustrie, von feuchtigkeitsspendender Hautcreme über antimikrobielle, entzündungshemmende, antivirale und antiumorale bis hin zu hepatoprotektiven bzw. tumortherapeutischen Präparaten. Die Produktionsverfahren zu ihrer Herstellung basieren auf einer wenig nachhaltigen, destruktiven Ausbeutung mariner Ressourcen (Fischöl, Haifischlebertran), fossilen Rohstoffen oder wenig effizienter Landwirtschaft in Ländern, wo diese mit dem Anbau von Nahrungsmitteln konkurriert. Das Kooperationskonsortium Sus-Terpen, bestehend aus zwei KMUs und zwei akademischen Partnern beabsichtigt die Entwicklung einer neuartigen, hocheffizienten Plattformtechnologie zur Herstellung der Triterpene Squalen, Oleanol- und Ursolsäure in der marinen Mikroalge Schizochytrium sp.. Um dieses Ziel zu erreichen, nutzt Sus-Terpen reiterative Stammentwicklung mittels klassischer und rekombinanter Methoden und kombiniert Bioprozessentwicklung mit einer maßgeschneiderten Downstream-Technologie, basierend auf umweltfreundlichem superkritischen CO2. Um mehr Nachhaltigkeit in der biotechnologischen Produktion zu generieren und damit einen Schritt vorwärts auf dem Weg zu einer ökologischen Recyclingwirtschaft mit geschlossenen Stoffkreisläufen zu beschreiten, beabsichtigen die Projektpartner eine Implementierung von organischen Nebenstoffen als Fermentationssubstrate sowie prozessinterner Rohstoff- und Energierückgewinnungskonzepte mittels anaerobem Biogasprozess. Besonderer Fokus wird auf die Nutzung von Rohstoffen marinen Ursprungs gesetzt, z.B. Makroalgen- und Pilzbiomasse, Meeresalgentreibgut und Nebenstoffen aus der Verarbeitung mariner Nahrungsmittel. Durch den Transfer der Entwicklungsergebnisse in den Pilotmaßstab innerhalb der Projektlaufzeit sowie die Anmeldung gewerblicher Schutzrechte entlang der Produktionskaskade soll eine unmittelbare Kommerzialisierung beschleunigt werden.
Das Projekt "Vorkommen und Verhalten von ausgewaehlten Phthalaten in Wasser und Boden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachbereich 11 Geowissenschaften, Geologisch-Paläontologisches Institut durchgeführt. Ubiquitaer auftretende organische Schadstoffe stellen eine haeufig unterschaetzte Gefahr fuer Boden und Grundwasser dar, da oft nur wenig ueber die raeumliche und zeitliche Verbreitung dieser Stoffe in den Umweltkompartimenten Luft, Boden oder Wasser bekannt ist. Die Phthalate (Phthalsaeureester) zaehlen zu den auch quellenfern ubiquitaer auftretenden organischen Verbindungen. Den enormen Produktionszahlen der Phthalate (ca. 300000 t/a allein in Deutschland) steht eine verhaeltnismaessig geringe Anzahl von systematischen Arbeiten ueber das Vorkommen und Verhalten dieser Verbindungen in Boden und Wasser gegenueber. Die Toxizitaet der Phthalate, die ueberwiegend als Plastikweichmacher Verwendung finden, wird vor allem in letzter Zeit immer wieder diskutiert. In der vorliegenden Arbeit wurden drei typische Vertreter der Phthalate, Dimethylphthalat (DMP), Di-n-butylphthalat (DBP) und Di-(2-ethylhexyl)-Phthalat (DEHP), fuer Felduntersuchungen ausgewaehlt. Mit DBP als chemische Testsubstanz fuer die Phthalate wurden zusaetzlich Sorptionsexperimente durchgefuehrt. Zur Extraktion von Phthalaten aus Bodenproben wurde eine neue Extraktionsmethode mit superkritischem CO2 (SFE) entwickelt. Die Sorption von DBP im Boden haengt sowohl vom Gehalt an organischem Material (OM), als auch vom Reifegrad des OM ab. Die Isothermen koennen mit dem Freundlich-Modell beschrieben werden. Eine fuer Proben mit vermutlich kerogenartigem OM zu beobachtende starke Nichtlinearitaet der Isothermen deutet an, dass neben einer Sorption im OM auch eine Adsorption am OM moeglich ist. Diese Aussagen gelten wahrscheinlich fuer alle Phthalate. Mit einem Boden- und Wasserscreening mit Proben aus Baden-Wuerttemberg konnte das ubiquitaere Auftreten von Phthalaten bestaetigt werden, wobei sich die wirtschaftliche Bedeutung des jeweiligen Phthalats in der Hoehe der Konzentrationen widerspiegelt. Die Untersuchungen lassen auf eine Grundbelastung des Wassers mit DBP und DEHP in einer Hoehe von ca. 100 ng/L bzw. 600 ng/L schliessen, waehrend DMP nur sporadisch und untergeordnet auftritt. Die Variation der Bodenkonzentrationen kann lateral und vertikal mehrere Groessenordnungen umfassen. Die beobachteten Phthalatgehalte im Boden liegen im Bereich von wenigen myg/kg bis einigen mg/kg Trockenmasse. Zur Differenzierung der Ursachen fuer die gefundenen Belastungen wurde in drei unterschiedlich belasteten Einzugsgebieten der Stoffeintrag und -austrag bestimmt. Zusaetzlich wurden die Emissionen von zwei Muelldeponien als potentielle Phthalatquellen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass fuer die untersuchten Phthalate der Eintrag in natuerlichen, nur atmogen belasteten Waldgebieten (Schoenbuch bei Tuebingen) deutlich geringer ist als in einem industriell hoch belasteten Gebiet (Neckartal bei Tuebingen), wo lokale Emittenten nicht nur erheblich die atmogene Phthalatdeposition beeinflussen, sondern auch durch direkte Emissionen in das Grundwasser zur Phthalatbelastung des Wassers beitragen.
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