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Auswirkungen von Wasserstoff als Brennstoff auf die Anlagenbetriebsweise und Produktqualität in industriellen Prozessen am Beispiel der Textilveredlung

Zu den übergeordneten Zielen des Projektvorhabens gehört die Reduzierung des CO2-Fußabdrucks der in Europa erzeugten oder nach Europa importierten Textilien. Die hier geplante Forschung und Entwicklung kann den CO2-Fußabdruck im entscheidenden Maße beeinflussen. Gleichzeitig kann mit der Textilbranche die zweitgrößte Konsumgüterbranche der Welt einen wesentlichen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Dazu soll im Rahmen des Forschungsvorhabens ein Spannrahmentrockner für die Textilveredlung entwickelt werden, der bei Bereitstellung unterschiedlicher Erdgas-Wasserstoff-Gemische - bis hin zu 100% Wasserstoff in der Brenngasversorgung - zuverlässig arbeitet und Produkte mit hoher Qualität herstellt. Im Zentrum des Vorhabens steht mit dem Spannrahmentrockner eine der am häufigsten in der Textilveredlung zum Einsatz kommende Thermomaschine. Hierbei handelt es sich um einen Konvektionstrockner, der nasse Textilien im Anschluss an die Vorbehandlung, Farbgebung, Ausrüstung oder Beschichtung durch Anströmen mit heißer Luft aus einem in der Regel erdgasbetriebenem Brenner trocknet (etwa 150 Grad C Betriebstemperatur) oder aber auch trockene Ware und Spezialausrüstungen (bei Temperaturen größer als 170 Grad C) fixiert oder kondensiert. Die installierte Heizleistung eines durchschnittlichen Spannrahmens von 2 bis 3 MW und die mittlere benötigte Wärmemenge von 3.600 kJ pro kg Ware verdeutlichen den hohen Energiebedarf einer solchen Thermomaschine. Während des Betriebes steht die textile Ware in unmittelbarem Kontakt mit dem Abgas des Brenners.

Methodenentwicklung zur Charakterisierung von Wärmespeichermaterialien für die sensible Wärmespeicherung in der Industrie bei Temperaturen von 300 °C - 800 °C

Reduzierung der CO2-Emissionen durch den Einsatz von regenerativem Wasserstoff bei der Herstellung von Aluminium-Rundbolzen zur Profilherstellung - Auswirkungen auf den Schmelzprozess, Teilvorhaben: Numerische und experimentelle Untersuchung der Auswirkungen auf den Aluminiumschmelzprozess

Degradations-optimierter Betrieb von Multi-Brennstoffzellensystemen im Schwerlastverkehr, Teilvorhaben: Brennstoffzellen Modellentwicklung

Reduzierung der CO2-Emissionen durch den Einsatz von regenerativem Wasserstoff bei der Herstellung von Aluminium-Rundbolzen zur Profilherstellung - Auswirkungen auf den Schmelzprozess, Teilprojekt Bloom: Design und Fertigung des H2-O2-fähigen Brennersystems

Heizen mit Holz

Holz wird häufig als Brennstoff eingesetzt. Neben dem rein praktischen Nutzen des Erwärmens von Räumen tragen holzbetriebene Feuerstätten zu einer gemütlichen und entspannten Atmosphäre bei und strahlen Behaglichkeit aus. Dennoch belasten die Schadstoffe insbesondere aus händisch mit Holz beschickten Öfen und Kaminen die Atemluft in Wohngebieten. Das betrifft besonders den Feinstaub. In NRW gelangen etwa 2300 Tonnen Feinstaub pro Jahr aus Feststoffheizungen und -öfen in die Luft. Daran haben mit Scheitholz handbeschickte Einzelöfen maßgeblichen Anteil. Insbesondere bei unsachgemäßem Betrieb der Holzöfen entstehen auch vermehrt unerwünschte Stoffe wie Stickoxide, Kohlenmonoxid und Krebs erzeugende Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe. Die Anforderungen zur Begrenzung von Emissionen aus Feststoffheizungen und -öfen sind in der Ersten Bundes-Immissionsschutzverordnung festgeschrieben. Für Scheitholz befeuerte Einzelöfen, auf deren Typenschild ein Zulassungsdatum vor dem 22.03.2010 verzeichnet ist, ist darin ein Grenzwert für Staub von 0,15 Gramm pro Kubikmeter und für Kohlenmonoxid von 4 Gramm pro Kubikmeter festgelegt. Für Anlagen, welche die Einhaltung dieser Grenzwerte nicht nachgewiesen haben, gab es Übergangsfristen für die Nutzung. Diese galten bis zum Ende des Jahres 2024. Ohne Nachrüstung dürfen diese Anlagen seit dem 01.01.2025 nicht mehr betrieben werden. Zu Beginn der Heizperiode sollte unbedingt geprüft werden, ob der Schornstein und das Rauchrohr des Ofens frei sind. Wenn der Kamin länger nicht benutzt wurde, könnte sich beispielsweise ein Vogelnest darin befinden. Wenn Abgase nicht ungehindert durch den Schornstein abziehen können, dringen sie in den Wohnraum ein und können schwere Vergiftungen verursachen. Auch die Dichtungen des Ofens müssen deshalb überprüft werden. Die Auskleidung des Feuerraums darf nicht beschädigt sein, damit es nicht zu Überhitzungen kommt. Wichtig ist, dass der Schornstein vor der Inbetriebnahme fachkundig überprüft wird. Der Landesfachverband des Schornsteinfegerhandwerks weist in diesem Zusammenhang auf die Gefahren von Schornsteinbränden hin. Schornsteinbrände sind sehr gefährlich, denn durch Funkenflug und Wärmestrahlung besteht die Gefahr der Brandausbreitung. So können beispielsweise Funken durch Undichtigkeiten in der Dachhaut den Dachstuhl in Brand setzen. Durch die Wärmeentwicklung kann der Schornstein einstürzen und das Rauchrohr durch Ausglühen zerstört werden. Die Wärmestrahlung kann Möbel in der Nähe des Schornsteines entzünden. Eine weitere Gefahr liegt in der Quellfähigkeit: Da Ruß sehr stark aufquellen kann, besteht die Gefahr, dass der Schornstein die heißen Gase und Dämpfe nicht mehr ungehindert abführen kann. Dann können die Abgase durch Reinigungsklappen oder durch die Feuerstätte austreten. Schlimmstenfalls wird der gesamte Schornstein zerstört, wodurch sich das Feuer weiter ausbreiten kann. Ein Rußbrand im Schornstein kann in der Regel nicht gelöscht werden. Deshalb ist es so wichtig, dass eine Fachkraft des Schornsteinfegerhandwerks diesen vor der Inbetriebnahme prüft und freigibt. Wenn die Feuerstätte sauber und intakt ist, kommt es darauf an, sie korrekt entsprechend der Bedienungsanleitung zu betreiben. Dazu darf ausschließlich trockenes, unbehandeltes Holz verwendet werden. Unter ausreichender Luftzufuhr wird das Holz von oben angezündet. So ist das Feuer nach kurzer Zeit rauchfrei. Brennt der Ofen optimal, entstehen weniger Schadstoffe. Das Verbrennen anderer brennbarer Stoffe stellt einen Verstoß gegen die Erste Bundes-Immissionsschutzverordnung dar, die nur die Verbrennung der in der Verordnung genannten Brennstoffe in jeweils dafür geeigneten Feuerungsanlagen zulässt. So dürfen zum Beispiel. keinesfalls feuchtes oder behandeltes (imprägniertes, lasiertes, lackiertes, beschichtetes) Holz, Holzfaser- oder Pressplatten sowie fossile Brennstoffe in Holzfeuerungsanlagen verbrannt werden. Auch Papierbriketts oder die Verbrennung von Altpapier sind nicht erlaubt. „Private Müllverbrennung“ ist nicht erlaubt und darüber hinaus gesundheitsschädlich. Sie verursacht eine enorme Geruchsbelästigung, die häufig zu berechtigten Nachbarschaftsbeschwerden führt. Außerdem können Schäden an den Schamotte- und Metallteilen des Kaminofens sowie am Schornstein entstehen. In den Wintermonaten kommt es häufiger zu austauscharmen Wetterlagen. Bei diesen so genannten Inversionswetterlagen befindet sich über der kalten Luft in Bodennähe eine wärmere Luftschicht in der Höhe. Das verhindert eine gute Luftdurchmischung. Die Schadstoffe, die in Bodennähe entstehen, reichern sich an und sorgen für hohe Konzentrationen. Vor allem in Städten tragen verkehrsbedingte Emissionen, aber auch Feuerungsanlagen zur Schadstoffbelastung bei. Das LANUK empfiehlt deshalb, an solchen Tagen aus Gründen der Luftreinhaltung wenn möglich auf das zusätzliche Heizen mit Holz ganz zu verzichten. Zum Thema „Heizen mit Holz“ informiert das LANUK mit einer Broschüre über die aktuellen gesetzlichen Regelungen. Die Broschüre enthält weiterführende Informationen und hilfreiche Tipps für den möglichst schadstoffarmen Betrieb von Holzfeuerstätten. Zur Online-Ausgabe der Broschüre: https://www.lanuk.nrw.de/publikationen/publikation/heizen-mit-holz zurück

Erfassung des Gehaltes an polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen in Lebensmitteln

Ausgehend von der Kontaminierung von Raeucherwaren mit den zum Teil kanzerogenen Stoffen der Reihe der polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffe werden auch Kontaminationen durch Abgase untersucht.

Projekt RiA – Rohstoffrückgewinnung durch innovative Asphaltaufbereitung nach dem NaRePAK-Verfahren (Nachhaltiges Recycling von PAK-haltigem Straßenaufbruch)

Die IVH, Industriepark und Verwertungszentrum Harz GmbH mit Sitz in Hildesheim (Niedersachsen) hat über mehrere Jahre zusammen mit der Umweltdienste Kedenburg GmbH, beide Entsorgungs-/Recyclingunternehmen im Unternehmensverbund der Bettels-Gruppe, Hildesheim, und der Eisenmann Environmental Technologies GmbH, Holzgerlingen, deren NaRePAK-Verfahren zur großmaßstäblichen Umsetzung weiterentwickelt. Stoffkreisläufe zu schließen und somit die effiziente und nachhaltige Nutzung begrenzter Ressourcen zu verbessern ist die erklärte Philosophie der IVH, hier fügt sich das RiA-Verfahren nahtlos ein. In Deutschland fallen jährlich erhebliche Mengen teerhaltigen Straßenaufbruchs an. Dieser Abfallstrom besteht weit überwiegend aus mineralischen Komponenten (z.B. Gesteinskörnungen und Feinsand) und enthält neben Bitumen krebserregende polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK). Letztere sind verantwortlich, dass dieser Massenstrom als gefährlicher Abfall eingestuft wird. PAK sind persistent und verbleiben ohne thermische Behandlung langfristig in der Umwelt. Die Abfallmengen sind dabei beträchtlich. Die Bundesregierung geht von einer Menge von etwa 600.000 Tonnen pro Jahr allein von Bundesautobahnen und -straßen aus, dazu kommt der Aufbruch von Landes- und Kreisstraßen, die mengenmäßig die Bundesautobahnen und -straßen weit übertreffen. Bisher wird teerhaltiger Straßenaufbruch überwiegend deponiert, wodurch die im Straßenaufbruch enthaltenen mineralischen Ressourcen dem Wertstoffkreislauf verloren gehen. Der in begrenztem Umfang alternativ mögliche Verwertungsweg: Kalteinbau in Tragschichten im Straßenbau, erfolgt ohne Entfernung der PAK und wird daher nur noch in geringem Umfang angewendet. Eine weitere Möglichkeit ist die thermische Behandlung in den Niederlanden. Dies ist nicht nur verbunden mit langen Transportwegen, auch arbeiten die niederländischen Anlagen in einem deutlich höheren Temperaturintervall – im Bereich der Kalzinierung (Kalkzersetzung) – was dazu führen kann, dass die mineralischen Bestandteile des Straßenaufbruchs nicht mehr die notwendige Festigkeit aufweisen, um für einen Einsatz als hochwertiger Baustoff für die ursprüngliche Nutzung des Primärrohstoffes in Frage zu kommen. Darüber hinaus wird beim Kalzinierungsprozess von Kalkgestein im Gestein gebundenes CO 2 freigesetzt. Mit dem Vorhaben RiA plant die IVH an ihrem Standort in Goslar / Bad Harzburg die Errichtung einer in Deutschland erstmaligen großtechnischen Anlage zur thermischen Behandlung von teerhaltigem Straßenaufbruch. Dabei soll eine möglichst vollständige Rückgewinnung der enthaltenen hochwertigen Mineralstoffe (Gesteinskörnungen)erfolgen. Gleichzeitig werden die enthaltenen organischen Bestandteile, die in Form von Teerstoffen und Bitumen vorliegen, als Energieträger genutzt. In der innovativen Anlage sollen pro Jahr bis zu 135.000 Tonnen teerhaltiger Straßenaufbruch mittels Drehrohr thermisch aufbereitet werden. Dabei werden im Teer enthaltene besonders schädliche Stoffe wie PAK bei Temperaturen zwischen 550 Grad und 630 Grad Celsius entfernt und in Kombination mit der separaten Nachverbrennung vollständig zerstört, ohne dass das Mineralstoffgemisch zu hohen thermischen Belastungen mit der Gefahr einer ungewollten Kalzinierung ausgesetzt ist. Zurück bleibt ein sauberes, naturfarbenes Gesteinsmaterial (ohne schwarze Restanhaftungen von Kohlenstoff), das für eine höherwertige Wiederverwendung in der Bauwirtschaft geeignet ist. Die mineralischen Bestandteile des Straßenaufbruchs können so nahezu vollständig hochwertig verwendet und analog Primärrohstoffen erneut bei der Asphaltherstellung oder Betonherstellung eingesetzt werden. Die organischen Anteile im Abgas werden mittels Nachverbrennung bei 850 Grad Celsius thermisch umgesetzt und vollständig zerstört. Die dabei entstehende Abwärme wird genutzt, um Thermalöl zu erhitzen, um damit Ammoniumsulfatlösungen einer benachbarten Bleibatterieaufbereitung der IVH einzudampfen, aufzukonzentrieren und so ein vermarktungsfähiges Düngemittel herzustellen. Das Thermalöl wird dazu mit 300 Grad Celsius zu der Batterierecyclinganlage geleitet. Die Wärme ersetzt dabei andere Brennstoffe wie z. B. Erdgas. Die verbleibende Abwärme aus der Nachverbrennung wird mittels drei ORC-Anlagen zur Niedertemperaturverstromung genutzt. Es werden ca. 300 Kilowatt elektrische Energie pro Stunde erzeugt. Die beim RiA-Verfahren entstehenden Abgase werden in einer mehrstufigen Rauchgasreinigung behandelt. Die Abgase der Drehrohr-Anlage werden dazu aufwendig mittels Zyklone und nachgeschaltetem Gewebefilter entstaubt. Schwefeldioxid und Chlorwasserstoff werden mittels trockener Rauchgasreinigung nach Additivzugabe abgeschieden. Die Umwandlung von Stickstoffoxiden erfolgt mittels selektiver katalytischer Reduktion mit Harnstoff als Reduktionsmittel. Die bereits genannte Nachverbrennung zerstört verbliebene organische Reste. Die wesentliche Umweltentlastung des Vorhabens besteht in der stofflichen Rückgewinnung des ursprünglichen hochwertigen Gesteins im teerhaltigen Straßenaufbruch, also durch Herstellung eines wiederverwendbaren PAK-freien Mineralstoffgemisches von gleicher Qualität wie die ursprünglichen Primärrohstoffe. Das heißt die besonders umweltschädlichen PAKs werden nachhaltig aus dem Stoffkreislauf entfernt. Mit der Anlage können von eingesetzten 135.000 Tonnen Straßenaufbruch rund 126.900 Tonnen als Mineralstoffgemisch in Form von Gesteinskörnungen und Füller zurückgewonnen und für die Wiederverwendung bereit gestellt werden. Die Gesamtmenge von 126.900 Tonnen pro Jahr reduziert den jährlichen Bedarf von Gesteinsabbauflächen bei einer Abbautiefe von 30 Meter um rund 1.460 Quadratmeter. Bezogen auf den angenommenen Lebenszyklus von 30 Jahren wird eine Fläche von ca. 4,4 Hektar Abbaugebiet allein durch diese Anlage nicht in Anspruch genommen. Zusätzlich wird in gleichem Maße wertvoller Deponieraum bei knappen Deponiekapazitäten eingespart. Bei erfolgreicher Demonstration der technischen und wirtschaftlichen Realisierbarkeit im industriellen Maßstab, lässt sich diese Technik dezentral auf verschiedene Standorte in Deutschland übertragen. Damit wird dem in der Kreislaufwirtschaft propagierten Näheprinzip entsprochen, das heißt die Transportwege und die damit verbundenen Umweltauswirkungen werden weiter reduziert. Auch der nach Region unterschiedlichen Gesteinsarten wird dabei Rechnung getragen. Branche: Wasser, Abwasser- und Abfallentsorgung, Beseitigung von Umweltverschmutzungen Umweltbereich: Ressourcen Fördernehmer: IVH, Industriepark und Verwertungszentrum Harz GmbH Bundesland: Niedersachsen Laufzeit: seit 2024 Status: Laufend

Auswirkungen von Wasserstoff als Brennstoff auf die Anlagenbetriebsweise und Produktqualität in industriellen Prozessen am Beispiel der Textilveredlung, Teilprojekt: Entwicklung und Aufbau mit Begleitung der Erprobung einer Online-Abgasanalytik und Anpassung bestehender Messtechnik

Zu den übergeordneten Zielen des Projektvorhabens gehört die Reduzierung des CO2-Fußabdrucks der in Europa erzeugten oder nach Europa importierten Textilien. Die hier geplante Forschung und Entwicklung kann den CO2-Fußabdruck im entscheidenden Maße beeinflussen. Gleichzeitig kann mit der Textilbranche die zweitgrößte Konsumgüterbranche der Welt einen wesentlichen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Dazu soll im Rahmen des Forschungsvorhabens ein Spannrahmentrockner für die Textilveredlung entwickelt werden, der bei Bereitstellung unterschiedlicher Erdgas-Wasserstoff-Gemische - bis hin zu 100% Wasserstoff in der Brenngasversorgung - zuverlässig arbeitet und Produkte mit hoher Qualität herstellt. Im Zentrum des Vorhabens steht mit dem Spannrahmentrockner eine der am häufigsten in der Textilveredlung zum Einsatz kommende Thermomaschine. Hierbei handelt es sich um einen Konvektionstrockner, der nasse Textilien im Anschluss an die Vorbehandlung, Farbgebung, Ausrüstung oder Beschichtung durch Anströmen mit heißer Luft aus einem in der Regel erdgasbetriebenem Brenner trocknet (etwa 150 Grad C Betriebstemperatur) oder aber auch trockene Ware und Spezialausrüstungen (bei Temperaturen größer als 170 Grad C) fixiert oder kondensiert. Die installierte Heizleistung eines durchschnittlichen Spannrahmens von 2 bis 3 MW und die mittlere benötigte Wärmemenge von 3.600 kJ pro kg Ware verdeutlichen den hohen Energiebedarf einer solchen Thermomaschine. Während des Betriebes steht die textile Ware in unmittelbarem Kontakt mit dem Abgas des Brenners.

GcBÜK400 - Blei im Oberboden

Blei ist ein toxisches Schwermetall und infolge seiner vielfältigen industriellen Verwendung allgegenwärtig in der Umwelt verbreitet. Die Eintragsquellen sind nicht nur auf den Bereich von Erzvorkommen beschränkt (vor allem Bleisulfid sowie dessen Oxidationsminerale). Blei wird ebenfalls anthropogen über die Verhüttung von Blei-, Kupfer- und Zinkerzen, die weiträumige Abgasbelastung des Kraftfahrzeugverkehrs (bis zur Einführung von bleifreiem Benzin bis zu 60 % der atmosphärischen Belastung), Recyclinganlagen von Bleischrott, die Verwendung schwermetallhaltiger Klärschlämme und Komposte sowie durch Kohleverbrennungsanlagen in den Boden eingetragen . Für unbelastete Böden wird in Abhängigkeit vom Ausgangsgestein ein Pb-Gehalt von 2 bis 60 mg/kg angegeben. Die durchschnittliche Pb-Konzentration der oberen kontinentalen Erdkruste (Clarkewert) beträgt 17 mg/kg, der flächenbezogene mittlere Pb-Gehalt für die sächsischen Hauptgesteinstypen liegt bei 20 mg/kg. Die Gesteine Sachsens weisen keine bzw. nur eine geringe geochemische Spezialisierung hinsichtlich des Bleis auf. Im nördlichen bzw. nordöstlichen Teil Sachsens treten in den Oberböden über den Lockersedimenten des Känozoikums (periglaziäre Sande, Kiese, Lehme, Löss) und den Granodioriten der Lausitz relativ niedrige Pb-Gehalte auf. Bei den Lockersedimenten steigt der Pb-Gehalt mit zunehmendem Tongehalt leicht an. Die Verwitterungsböden über den Festgesteinen des Erzgebirges, Vogtlandes und z. T. der Elbezone haben meist deutlich höhere Bleigehalte, die durch eine relative Anreicherung in den Bodenausgangsgesteinen verursacht werden. Das am höchsten mit Blei belastete Gebiet in Sachsen ist der Freiberger Raum. Durch die ökonomisch bedeutenden polymetallischen Vererzungen (Pb-Zn-Ag), die auch flächenhaft relativ weit verbreitet sind, kam es zu einer besonders starken Pb-Anreicherung in den Nebengesteinen und folglich auch bei der Bildung der Böden über den Gneisen. Zusätzlich entstanden enorme anthropoge Belastungen durch die Jahrhunderte währende Verhüttung der Primärerze und in jüngerer Zeit beim Recycling von Bleibatterien. Besonders hohe Pb-Gehalte treten dabei in unmittelbarer Nähe der Hüttenstandorte einschließlich der Hauptwindrichtungen, im Zentralteil der Quarz-Sulfid-Mineralisationen und in den Flussauen auf. Weitere Gebiete mit großflächig erhöhten Pb-Gehalten liegen vor allem im Osterzgebirge, in einem Bereich, der sich von Freiberg in südöstliche Richtung bis an die Landesgrenze im Raum Altenberg erstreckt und in den Erzrevieren des Mittel- und Westerzgebirges, so um Seiffen, Marienberg - Pobershau, Annaberg, Schneeberg, Schwarzenberg und Pöhla. Der Anteil von Pb-Mineralen in den Erzen dieser Regionen ist jedoch deutlich geringer. Durch häufige Vergesellschaftung von Pb und As in den Mineralisationen ist das Verbreitungsgebiet der erhöhten Pb-Gehalte im Osterzgebirge und untergeordnet im Westerzgebirge sowie in den Auen der Freiberger und Vereinigten Mulde der des Arsens ähnlich. Die Auenböden der Freiberger Mulde führen ab dem Freiberger Lagerstättenrevier extrem hohe Bleigehalte, die sich bis in die Auenböden der Vereinigten Mulde in Nordwestsachen fortsetzen. Die Auen der Elbe und der Zwickauer Mulde weisen durch geogene bzw. anthropogene Quellen (Lagerstätten, Industrie) im Einzugsgebiet ebenfalls Bereiche mit höheren Bleigehalten auf. Die Bleigehalte der Böden im Raum Freiberg und in den Auenböden der Freiberger und Vereinigten Mulde überschreiten z. T. flächenhaft die Prüf- und Maßnahmenwerte der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV)

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