Das Vorhaben dient der Bereitstellung von Emissionsfaktoren für nicht genehmigungsbedürftige mittelgroße Feuerungsanlagen. An 100 Öl- und Gasfeuerungsanlagen sollen Messungen der Schadstoffe NOx, CO, Staub, Methan, NMVOC und der Rußzahl erfolgen. Es soll geprüft werden, ob eine Korrelation zwischen Rußzahl und Staub besteht und ggf. ein Umrechnungsfaktor Rußzahl -- größer als Staub für Ölfeuerungsanlagen ermittelt werden. Zusätzlich ist die Fachliteratur auszuwerten, verwendete Techniken (z. B. Brennwerttechnik), Brennstoffqualitäten (z. B. schwefelarmes Heizöl), das Anlagenalter, typische Austauschraten sowie typische Fahrweisen der Anlagen (Betriebsstunden pro Jahr, Anteil Voll- und Teillast) im Rahmen einer Betreiberumfrage zu erheben. Darüber hinaus soll der Stand der Technik zur Nachrüstung bestehender Anlagen mit emissionsarmer Technik (z. B. Low-NOx-Brenner, Abgasrückführung) ermittelt werden. Im Hinblick auf die für 2023 geplante Novelle der EU-Richtlinie über mittelgroße Feuerungsanlagen sollen die besten verfügbaren Techniken für diese Anlagengruppe ermittelt werden sowie aktuelle Emissionsfaktoren für den Anlagenbestand bestimmt werden, um das Minderungspotenzial bei diesen Anlagen schätzen zu können.
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens soll eine neue Heizkesseltechnologie (GVAGR-System) entwickelt und unter praxisnahen Betriebsbedingungen dauererprobt werden. Bei dem GVAGR-System handelt es sich um eine Technologie für automatisch beschickte Biomasseheizkessel auf Basis mehrstufiger Verbrennung mit einer integrierten Abgasrückführung. In dem GVAGR-System sollen die festen biogenen Brennstoffe zunächst in einem Vergasungsraum vergast werden, wobei die Vergasung nicht wie bei herkömmlichen Biomasseheizkesseln mit sauerstoffreicher Umgebungsluft, sondern durch die integrierte Abgasrückführung mit sauerstoffarmem Abgas erfolgt. Das in dem GVAGR-System generierte Brenngas wird anschließend in einer Zyklon-Brennkammer und thermischen Nachbehandlungsstufe vollständig bei hohen Wirkungsgraden verbrannt.
<p>Das UBA empfiehlt, die regelmäßige Abgasuntersuchung (AU) bei Diesel-Pkw um eine Messung des Stickstoffoxid-Ausstoßes (NOx) zu erweitern. So könnte sichergestellt werden, dass Bauteile und Systeme zur Abgasminderung, wie SCR-Katalysatoren, auch dauerhaft im Betrieb funktionieren. Welche Messverfahren geeignet sind und wie sie konkret in der AU umgesetzt werden könnten, zeigt eine neue Studie.</p><p>Bevor neue Fahrzeugtypen auf den Markt gebracht werden, müssen diese vom Hersteller im Rahmen der Typgenehmigung genau definierte Emissionsgrenzwerte gemäß der EU-Abgasgesetzgebung (Euronorm) erfüllen. Um Defekte an emissionsmindernden Bauteilen auszuschließen, müssen die Kfz zudem seit 1985 in Deutschland regelmäßig zur Abgasuntersuchung (AU). Wenn nötig, können durch die AU Reparaturen oder gar Stilllegungen angeordnet werden.</p><p>In den vergangenen zwei Jahrzehnten wurden die Stickoxid-Grenzwerte (NOx) zum Erreichen der Emissionsnormen Euro 4 bis Euro 6 für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge schrittweise verschärft. Zur Minderung der Stickstoffoxide kommen hierbei in den Fahrzeugen verschiedene Techniken zum Einsatz, wie zum Beispiel die SCR-Technologie (Selective Catalytic Reduction) und die Abgasrückführung (AGR). Ob die NOx-Abgasminderungstechnik in der Praxis funktioniert, wird bislang bei der AU Endrohrmessung nicht überprüft. Niedrige NOx-Emissionen im dauerhaften Betrieb der Kraftfahrzeuge sind damit nicht sicher gewährleistet. Die AU sollte aus diesem Grund so weiterentwickelt werden, dass sie in der Lage ist, mit neuen Messmethoden das Funktionieren der modernen Entstickungstechniken in Kraftfahrzeugen zu überprüfen.</p><p>Die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/fortentwicklung-der-abgasuntersuchung">aktuelle UBA-Studie zeigt</a>, dass die Ergänzung der AU um den Schadstoff NOx für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge mit Dieselmotor mit den betrachteten Prüf- und Testmethoden messtechnisch leistbar und gesamtwirtschaftlich sinnvoll ist. Auf Basis dieser Empfehlungen könnte künftig das Funktionieren der NOx-Abgasminderungstechniken im Rahmen der AU überprüft werden. Hierzu müsste im nächsten Schritt ein konkreter Zeitplan vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/b?tag=BMVI#alphabar">BMVI</a>) für die Umsetzung der Vorschläge erarbeitet werden.</p>
Gesamtziel des Vorhabens ist es, Einspritzsysteme und -prozesse für energieeffiziente und schadstoffarme Diesel-Brennverfahren zu entwickeln. Damit werden den Automobil- und Motorenhersteller Produkte angeboten, mit denen sie den Anforderungen zukünftiger Abgas- und Verbrauchsgrenzwerten (= CO2-Ausstoß) gerecht werden können. Demnach befasst sich das hier vorgeschlagene Forschungsprojekt mit den Erfordernissen nach Mobilität, die im Widerspruch zur Notwendigkeit des Umweltschutzes steht. Die Forderung nach einer Elektrifizierung des Straßenverkehres erscheint zunächst logisch, wenn man zu Grunde legt, dass die dafür nötige Energie aus erneuerbaren Quellen gewonnen wird. Bei weitergehender Betrachtung stellen sich zusätzliche Herausforderungen, wie die viel zu geringe Energiedichte der elektrischen Speichermedien, ihre ungenügenden Ein- und Ausspeisewirkungsgrade, sowie die bisher wenig beachtete Umweltbelastung bei deren Herstellung, Recycling und Entsorgung, die durch deren geringe Lebensdauer noch verschärft wird. Bisher stehen auch die Kosten für Elektrifizierung oder Hybridisierung in keinem Verhältnis zum erzielten Nutzen für die Umwelt. Da die Arbeitswelt heute aber einen hohen Mobilitätsgrad erfordert, muss Mobilität bezahlbar bleiben. Bis zur Lösung dieser Probleme sollten flüssige Brennstoffe auf Kohlenwasserstoffbasis mit recht guten Wirkungsgraden und akzeptabler Umweltverträglichkeit in Verbrennungsmotoren eingesetzt werden.
Der Arbeitsplan dieses Vorhabens beinhaltet eine eingehende Untersuchung der Themengebiete Hochdruckeinspritzung von Dieselkraftstoff, der Aufladung zur Emissionsabsenkung und Leistungssteigerung, sowie der Abgasrückführung zur Stickoxidminderung. Die Einspritzverfahren mittels moderner Injektoren sollen weiter verbessert werden um die nächste Abgasgesetzgebung EU7 sicher erreichen zu können ohne den Kraftstoffverbrauch in die Höhe zu treiben. Dabei ist insbesondere die Untersuchung neuer Düsentechnologien und neuartiger Einspritzmuster (Mehrfacheinspritzung und Ratenverlaufsformung) zielführend. Auch die dazu notwendigen Steuer- und Regelstrategien müssen betrachtet werden.
Zu diesem Zweck sollen neu entwickelte Einspritzsystemkomponenten aus dem Fertigungswerk der Continental Automotive GmbH in Limbach-Oberfrohna zum Einsatz kommen. Hierzu werden auch verschiedene Injektor-Konzepte aus dem Hause Continental untersucht.
Für eine umfassende und grundlegende Beurteilung der einzelnen Entwicklungsschritte kommt die dreidimensionale Simulation des dieselmotorischen Gemischbildungs- und Verbrennungsprozesses als Entwicklungswerkzeug zur Anwendung. Durch den so erzielten Verständnisgewinn wird der Entwicklungsprozess stark verbessert.
Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Erprobung eines effizienten und schadstoffarmen sowie wartungs- und kostengünstigen Mikrogasturbinen-basierten Mikro-Blockheizkraftwerks für den Einsatz im Einfamilienhaus mit einer elektrischen Leistung von 1 kW und einer thermischen Leistung von ca. 4,7 kW. Das geplante BHKW System soll einen elektrischen Wirkungsgrad von über 16% erreichen. Mit der Realisierung einer Abgasrückführung kann durch die Nutzung der Kondensationswärme ein hoher thermischer Gesamtwirkungsgrad von über 91% erreicht werden. Dies führt zu einer Primärenergieeinsparung von mehr als 15% und einer CO2-Reduktion von bis zu 36% im Vergleich zur getrennten Erzeugung von Wärme und Strom. Das Vorhaben ist in drei Teilprojekte gegliedert. Im ersten Teilbereich 'Systemanalyse' wird eine vorhandene, inverse Mikrogasturbine hinsichtlich ihrer möglichen Betriebsbereiche untersucht. Die gewonnenen Messdaten dienen der Anpassung und Validierung eines stationären Kreislaufsimulationstools für die numerische Abbildung der Mikrogasturbine. Mithilfe der Simulationsrechnungen werden die Anforderungen an die optimierten Subkomponenten ermittelt. Zusätzlich werden Betriebskonzepte für den Einsatz als stromerzeugende Heizung oder Zusatzheizung erarbeitet und Analysen für den zeitaufgelösten Betrieb in Ein- und Zweifamilienhäusern durchgeführt. Im zweiten Teilprojekt 'Komponenten- und Anlagenentwicklung' werden auf Basis dieser Ergebnisse die einzelnen Systemkomponenten für den inversen Gasturbinenkreislauf ausgelegt und gefertigt. Schließlich erfolgt im dritten Teilprojekt 'Versuchsanlage' der Aufbau und die detaillierte Untersuchung der optimierten inversen Mikrogasturbine. Hierfür wird ein mehrwöchiger Versuchsbetrieb der Anlage angestrebt.