Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Werkstoff + Funktion Grimmel Wassertechnik GmbH durchgeführt. In Kläranlagen werden mineralische Stoffe (Sand) im Sandfang abgeschieden. Wird der Sand nicht aus dem Abwasser entfernt, treten in weiteren Stufen verfahrenstechnische Probleme auf, Beckenvolumen geht verloren, der Geräteverschleiß erhöht sich. Dies führt auch zu wirtschaftlichen Schäden. Untersuchungen der DWA an Sandfängen zeigen, dass der Anteil an Feinsanden erheblich angestiegen ist. Eigene Untersuchungen zeigen, dass die eingesetzten Sandfänge für die Erreichung hoher Feinsandabscheidegrade bei gleichzeitig niedriger Organikabtrennung eher ungeeignet sind. Ziel dieses Projekts ist es, dass IWAR-WV und W+F einen Sandfang entwickeln, der für Kläranlagengrößen bis zu 20 l/s (z.B. auch Teilstrom und Sandwäscher) mit einem sehr hohen Abscheidegrad Feinsande aus dem Abwasser entfernen kann und hierbei einen sehr niedrigen Organikanteil abtrennt. Der entscheidende verfahrenstechnische Prozess ist hierbei das Partikelerosionsverhalten. Da W+F in Deutschland im Bereich von Sandfängen etabliert ist und europaweit agiert, wird das Vermarktungspotential als sehr hoch eingestuft. Durch W+F wird eine halbtechnische Laboranlage für die Untersuchung physikalischer Wirkprinzipien mitentwickelt, gebaut und Untersuchungen auf dem Werksgelände durchgeführt. In die Entwicklung geht die weitreichende praktische Firmenerfahrung von W+F auf dem Gebiet der Entwicklung, der Herstellung und des Betriebs von Sandfängen ein. Auf Grundlage der Ergebnisse wird durch W+F ein volltechnischer Prototyp mitentwickelt und gebaut, und zunächst mit künstlichem Abwasser teilweise auf dem Werksgelände und nachfolgend auf zwei Kläranlagen mit realem Abwasser betrieben und mit den Ergebnissen eine marktreife Anlage entwickelt. W+F unterliegt die Gesamtprojektleitung, die Koordination der Planung und des Baus aller Versuchsanlagen sowie die Koordination der Standortbestimmung der Kläranlagen.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Institut IWAR, Fachgebiet Wasserversorgung und Grundwasserschutz durchgeführt. In Kläranlagen werden mineralische Stoffe (Sand) im Sandfang abgeschieden. Wird der Sand nicht aus dem Abwasser entfernt, treten in weiteren Stufen verfahrenstechnische Probleme auf, Beckenvolumen geht verloren, der Geräteverschleiß erhöht sich. Dies führt auch zu wirtschaftlichen Schäden. Untersuchungen der DWA an Sandfangzuläufen zeigen, dass der Anteil an Feinsanden erheblich angestiegen ist. Eigene Untersuchungen zeigen, dass die eingesetzten Sandfänge für die Erreichung hoher Feinsandabscheidegrade bei gleichzeitig niedriger Organikabtrennung eher ungeeignet sind. Ziel dieses Projekts ist es, dass IWAR-WV und W+F einen Sandfang entwickeln, der für Kläranlagengrößen bis zu 20 l/s (z.B. auch Teilstrom und Sandwäscher) mit einem sehr hohen Abscheidegrad Feinsande aus dem Abwasser entfernen kann und hierbei einen sehr niedrigen Organikanteil abtrennt. Der entscheidende verfahrenstechnische Prozess ist hierbei das Partikelerosionsverhalten. Da W+F in Deutschland im Bereich von Sandfängen etabliert ist und europaweit agiert, wird das Vermarktungspotential als sehr hoch eingestuft. Durch IWAR-WV wird eine halbtechnische Laboranlage für die Untersuchung physikalischer Wirkprinzipien mitentwickelt und Untersuchungen an der TU Darmstadt und bei W+F durchgeführt. Weiterhin werden durch IWAR-WV CFD-Modelle der Laboranlage aufgesetzt und Strömungs- und Sandpartikelsimulationen durchgeführt. Auf Grundlage der Ergebnisse wird durch IWAR-WV ein volltechnischer Prototyp mitentwickelt, zunächst mit künstlichem Abwasser und nachfolgend auf zwei Kläranlagen mit realem Abwasser betrieben und mit den Ergebnissen eine marktreife Anlage entwickelt. IWAR-WV wird das wissenschaftliche Projektmanagement übernehmen, das u.a. die Koordination der Berichte und Fachveröffentlichungen beinhaltet. Für das IWAR-WV bedeutet die Produktentwicklung eine wichtige wissenschaftliche Weiterentwicklung in der hybriden Modellierung aus physikalischen Experimenten und der numerischen Modellierung mit CFD.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Big Dutchman International GmbH durchgeführt. Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer automatisierten Prozesssteuerung zur Quantifizierung und Regulierung in der biologischen Stufe von Abluftreinigungsanlagen (ARA) zur Reduktion von Bioaerosolen aus Schweinemastanlagen. Dazu soll mittels Time-Domain-Reflekrometrie (TDR) auf der gesamten Fläche des Filters der Feuchtegehalt quantifiziert werden. Durch die Einbindung der Messdaten in einen automatisierten Regelkreis erfolgt eine Soll-Ist-Wert-Analyse, wodurch eine über dem Filter installierte Berieselungsanlage automatisch zur Feuchteregulierung gesteuert wird. In Abhängigkeit von verschiedenen Feuchtegehalten des Filters soll eine gezielte Detektion von Bioaerosolen vor Eintritt und nach dem Austritt aus der ARA erfolgen. Es soll die Frage beantwortet werden, in welchem Zusammenhang der Abscheidegrad von Bioaerosolen aus Nutztierställen mit der Befeuchtung der biologischen Stufe der ARA steht. Durch die Variation der Stärke der Befeuchtung sollen Rückschlüsse auf die Effektivität der Filterleistung bezüglich der Bioaerosolabscheidung gezogen sowie eventuelle sekundäre Emissionen vermindert werden. Die Projektkoordination erfolgt durch das ITTN. Die Grundlagen der Feuchtemessung werden an Filterwänden im Labormaßstab in enger Kooperation mit Big Dutchman erarbeitet. Eine bestehende ARA wird umgerüstet und die TDR-Anlage wird eingebaut. Es folgt die Entwicklung einer Steuerungssoftware zur optimalen Berieselung des Filters. Begleitend finden Bioaerosol-Analysen statt.
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover, Institut für Tierhygiene, Tierschutz und Nutztierethologie durchgeführt. Das Gesamtziel des Projektes ist die Entwicklung einer automatisierten Prozesssteuerung zur Quantifizierung und Regulierung der Filterfeuchte in der biologischen Stufe von Abluftreinigungsanlagen (ARA) zur Reduktion von Bioaerosolen aus Schweinemastanlagen. Dazu wird auf die bereits bestehende Time-Domain-Reflektometrie (TDR), ein sensorbasiertes Messverfahren zur Bestimmung der Feuchte zurückgegriffen, um auf der gesamten Fläche des Filters den Feuchtegehalt zu quantifizieren. Durch die Einbindung der Messdaten in einen automatisierten Regelkreis, erfolgt eine SOLL-IST-Wert Analyse wodurch eine, über dem Filter installierte Berieselungsanlage, automatisch zur Feuchteregulierung gesteuert wird. In Abhängigkeit von verschiedenen Feuchtegehalten (parametrisierende Variable) des Filters soll eine gezielte Detektion von Bioaerosolen vor Eintritt und nach Austritt aus der Abluftreinigungsanlage erfolgen. Es soll die Frage beantwortet werden, in welchem Zusammenhang der Abscheidegrad von Bioaerosolen aus Nutztierställen mit der Befeuchtung der biologischen Stufe der ARA steht. Durch die Variation der Stärke der Befeuchtung sollen Rückschlüsse auf die Effektivität der Filterleistung bezüglich der Bioaerosolabscheidung gezogen, sowie eventuelle sekundäre Emissionen vermindert werden.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Leistungsbereich kleiner als 50 kW" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ostbayerische Technische Hochschule Amberg-Weiden (OTH), Fakultät Maschinenbau , Umwelttechnik, Labor für erneuerbare Energiesysteme durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es wirkungsvolle Maßnahmen für elektrostatische Abscheider zu identifizieren und zu erproben, um die Partikelemissionen, insbesondere der gesundheitsgefährdenden Feinstaubfraktionen, die bei der Biomasseverbrennung entstehen, durch eine gezielte Optimierung des Fraktionsabscheidegrades zu reduzieren. Dieser Aspekt wurde bisher nicht hinreichend wissenschaftlich untersucht und ist daher technisch noch nicht optimiert. Im Rahmen des Projekts wird an wirtschaftlichen und leistungsfähigen Partikelabscheidern zur Ausrüstung von kleinen und mittleren Heizkesseln geforscht. Es werden Partikelabscheider erprobt und bewertet, darauf aufbauend werden Maßnahmen zur Weiterentwicklung erarbeitet und diese dann wiederum erprobt und bewertet. Durch das Projekt werden die Fraktionsabscheidegrade marktverfügbarer Filteranlagen vermessen und Ansätze für deren Optimierung entwickelt. Zu Beginn des Projektes erfolgt die Vorbereitung, Planung und Detailabstimmung des Versuchsprogramms. Die projektspezifischen Filtersysteme werden in die Technika der Partner OTH und Fraunhofer UMSICHT integriert und an die bestehenden Feuerungen angeschlossen. Zur Ermittlung des Ist-Zustands der Partikelabscheidung der gewählten Filtertypen 1-3 werden anschließend Feuerungsversuche unter Einbeziehung der vorhandenen Partikel- und Emissionsmesstechnik durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Versuche werden umfassend ausgewertet und daraus Optimierungskonzepte erarbeitet, die Maßnahmen an den Filtern umgesetzt, in weiteren Versuchsreihen evaluiert und daraus Dimensionierungs- und Betriebsstrategien formuliert.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Leistungsbereich größer als 50 kW" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, Institutsteil Sulzbach-Rosenberg durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es wirkungsvolle Maßnahmen für elektrostatische Abscheider zu identifizieren und zu erproben, um die Partikelemissionen, insbesondere der gesundheitsgefährdenden Feinstaubfraktionen, die bei der Biomasseverbrennung entstehen, durch eine gezielte Optimierung des Fraktionsabscheidegrades zu reduzieren. Dieser Aspekt wurde bisher nicht hinreichend wissenschaftlich untersucht und ist daher technisch noch nicht optimiert. Im Rahmen des Projekts wird an wirtschaftlichen und leistungsfähigen Partikelabscheidern zur Ausrüstung von kleinen und mittleren Heizkesseln geforscht. Es werden Partikelabscheider erprobt und bewertet, darauf aufbauend werden Maßnahmen zur Weiterentwicklung erarbeitet und diese dann wiederum erprobt und bewertet. Durch das Projekt werden die Fraktionsabscheidegrade marktverfügbarer Filteranlagen vermessen und Ansätze für deren Optimierung entwickelt. Zu Beginn des Projektes erfolgt die Vorbereitung, Planung und Detailabstimmung des Versuchsprogramms. Die projektspezifischen Filtersysteme werden in die Technika der Partner OTH und Fraunhofer UMSICHT integriert und an die bestehenden Feuerungen angeschlossen. Zur Ermittlung des Ist-Zustands der Partikelabscheidung der gewählten Filtertypen 1-3 werden anschließend Feuerungsversuche unter Einbeziehung der vorhandenen Partikel- und Emissionsmesstechnik durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Versuche werden umfassend ausgewertet und daraus Optimierungskonzepte erarbeitet, die Maßnahmen an den Filtern umgesetzt, in weiteren Versuchsreihen evaluiert und daraus Dimensionierungs- und Betriebsstrategien formuliert.
Das Projekt "Gas-Partikel-Wechselwirkung chlorierter Aromaten in der Müllverbrennung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH, Laboratorium für Aerosolphysik und Filtertechnik durchgeführt. Im vorliegenden Forschungsvorhaben wird die Gas-/Partikelverteilung polychlorierter Dibenzodioxine und -furane im Abgas von MVA's experimentell und modelltheoretisch untersucht. Ziel ist es, die Bedingungen herauszufinden, unter denen die Bildung dieser Schadstoffe minimal ist und ihre Einbindung in die Partikelphase maximal. Darauf aufbauend sollen Vorschläge gemacht werden, wie sich die Rückhaltung von PCDD/F kostengünstiger gestalten läßt. Aufgrund ihrer thermodynamischen Eigenschaften liegen die PCDD/F teilweise gasförmig und teilweise an Partikel gebunden vor. Der filtergängige Anteil kann über 50 % liegen und ist eine komplizierte Funktion mehrerer Parameter, wie z.B. Abscheidegrad des Filters, Temperatur, Dampfdrücke der PCDD/F, Staubkonzentration, Partikelgröße und Partikelzusammensetzung. Um die wichtigsten Einfluß-größen erkennen zu können, wird eine Vorgehensweise gewählt, in der Grundlagenexperimente unter wohl definierten Bedingungen durchgeführt, modelltheoretisch aufgearbeitet und mit Untersuchungen an realen MVA's verglichen werden. Im Rahmen des Vorhabens wurden der neue Versuchsstand AEOLA, die Partikelmeßtechnik und die Dioxinanalytik aufgebaut und Grundlagenexperimente durchgeführt. Als Referenzpartikel dienten fraktionierte Flugstäube (d kleiner als 20 mm) aus der Versuchsanlage TAMARA sowie aus den Müllverbrennungsanlagen Stuttgart und Mannheim. Als Referenzaromat diente ein nicht toxisches Dioxin (1,2,3,4,6,9 - HxCDD) mit mittlerem Dampfdruck. Bekannte Mengen Staub und Dioxin wurden an den Versuchsanlagen AGATE 2 und AEOLA getrennt in einen (beheizten) Luft- bzw. Rauchgasstrom eindosiert und die sich einstellende Gas-/Partikel-Verteilung wurde im Temperaturbereich 25-200 Grad Celsius gemessen. Es ergab sich, daß die Verteilung des HxCDD zwischen Gas- und Partikelphase von der Temperatur, dem Kohlenstoffgehalt der Partikel und der verfügbaren Partikeloberfläche (Porosität) abhängt. Bei geringem Kohlenstoffgehalt nimmt der gasförmige Anteil mit steigender Temperatur zu, und die Adsorptionsenthalpie liegt im Bereich 40 - 50 kJ/mol. Mit steigendem Kohlenstoffgehalt nimmt der partikelförmige Anteil zu, und die Temperaturabhängig-keit wird kleiner. Bisher liegen zu wenige vergleichbare Daten von realen MVA's vor, um quantitative Vergleiche, insbesondere über ein größeres Kongenerenspektrum ziehen zu können. Der vorhandene Aerosolcode wurde um ein Modell für die Adsorption gasförmigen Dioxins an die Partikel erweitert. Mit Hilfe des Modells wurde abgeschätzt, daß unter üblichen MVA - Bedingungen mehrere hundert ng PCDD/F pro Nm3 und sec auf die Partikeloberfläche diffundieren können. Demgegenüber beträgt die Quellstärke für PCDD/F nach Literaturdaten im Dauerbetrieb nur etwa 20 ng/Nm3 × sec. Die Partikel haben somit ein hohes Potential als PCDD/F - Senke. Nach den hier vorliegenden Ergebnissen und entsprechenden Literaturdaten beträgt die Einbindung der PCDD/F in die Partikelphase etwa 10 - 50 % der Quellstärke. (Texte gekürzt)
Das Projekt "Hydrothermale Fluide am Mittelatlantischen Rücken (15 N und 4-11 S) als Medien für den Transport von Energie und Masse von der Kruste in die Hydro- und Biosphäre" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Sektion Geowissenschaften, Institut für Geowissenschaften durchgeführt. Die vorgeschlagenen Arbeiten befassen sich mit der Rolle von hydrothermalen Fluiden für den Transport von Material und Energie von der ozeanischen Kruste in die ozeanische Wassersäule, in die Biosphäre und in die mineralische Ebene. Es handelt sich um eine Fortsetzung der Arbeiten aus den ersten beiden Teilen des SPP-Projektes. Die Zeitreihenstudien werden sich dieses Mal stärker auf den südlichen MAR konzentrieren, da die bisherigen Daten die einzigartige Rolle der dort neu entdeckten jungen post-eruptiven Systeme dargelegt haben, in denen wir die höchsten bisher in Hydrothermalfluiden gemessenen Temperaturen gefunden haben. Der Vergleich des ultramafischen Logatchev-Feldes mit den basaltischen Systemen bei 5 S ermöglicht eine Abschätzung der entsprechenden Rolle der beiden Systemtypen für den jeweiligen Elementeintrag. Die Teilnahme an vier weiteren Forschungsfahrten wird die notwendigen Proben zur Charakterisierung der anorganischen und organischen Fluidgeochemie, verschiedener chemischer Spezies in den Fluiden und ihrer Rolle für Geo-Bio-Schnittstellen liefern. Weiterhin werden Sieden und Phasenseparation und die Charakterisierung der superheißen (464 Grad C) überkritschen Dampfphase in den 5 Grad S-Fluiden untersucht. Die geochemische Kartierung der Plumes wird um die numerische Modellierung von Wärme und Massentransport von den Vents in die ozeanische Wassersäule erweitert.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung von einseitigen Bor und Phosphor-dotierten poly-Si Schichten zur Anwendung in laserdotierten bifazialen n-typ Solarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gebr. Schmid GmbH durchgeführt. Ziel dieses Vorhabens ist es, durch die industriell verfügbare APCVD (atmospheric pressure chemical vapor deposition) Technologie und die verbesserte Metallisierung, poly-MoSoN Solarzellen mit über 720mV Spannung bei sehr geringen Kosten zu erzielen. Diese sollen sogar um 1ct/Wp geringer sein, als die zum aktuellen Zeitpunkt auf dem Markt vorhandenen PERC Technologien. Der Wirkungsgrad der poly-MoSoN Solarzelle wird aufgrund der höheren Spannung über 23,5% betragen. In diesem Teilprojekt liegt der Fokus von Schmid darauf, geeignete Prozessparameter für die Abscheidung von Phosphor- und Bor-dotierten poly-Si Schichten zu finden. Der p+-poly-Si Emitter soll entwickelt und auf die Zellarchitektur angepasst werden. Dazu werden zwei Methoden untersucht, in-situ und ex-situ Abscheidung und davon die vielversprechendste ausgewählt. Insbesondere werden die für diese Anwendung geeignetsten Kombinationen aus Dotierstoffkonzentration und Schichtdicke der Phosphorsilikatglas (PSG) Schicht, sowie die Schichtdicke der notwendigen Capping-Schicht (undotiertes SiO2 aufgebracht mittels APCVD), untersucht. Die PSG-Schicht muss dahingehend entwickelt werden, dass sie einerseits eine möglichst hohe Dotierkonzentration, sowie eine hohe Laserabsorption aufweist und andererseits ein mögliches Dissoziieren der PSG Schicht an Luftfeuchtigkeit zu Phosphorsäure verhindert wird. Um eine Schädigung des Siliziumkristalls während der Laserbestrahlung zu minimieren, müssen die Laserparameter und die verwendeten Schichten kontinuierlich aufeinander angepasst werden. Es ist davon auszugehen, dass auch bei einer einseitigen Abscheidung auf der APCVD ein gewisser Grad an Umgriff stattfindet. Ein weiterer Fokus bei Schmid liegt daher auf zusätzlichen Prozesssequenzen, die es ermöglichen diesen unerwünschten 'Wrap-around' wieder zu entfernen. Dazu wurden im Vorfeld bereits verschiedene Ansätze identifiziert, die im Laufe des Projekts evaluiert werden sollen.
Das Projekt "Entwicklung eines Verfahrens zur 'Brennwertnutzung' und Rauchgaswäsche in Holzfeuerungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bomat Heiztechnik GmbH durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Im Rahmen dieses Forschungsprojektes soll auf der Basis bekannter Technologien ein Abgaswärmetauscher für Holzfeuerungen entwickelt werden, mit dem die Nutzung der latenten Wärme (Brennwertnutzung) möglich ist. Der zu realisierende Abgaswärmetauscher auf Keramikbasis soll neben der Energieausnutzung auch eine Reduktion der Staubkonzentration im Abgas ermöglichen. Hierzu dient zum einen die Kondensation von Wasserdampf, die zu einer Agglomeration von Staubpartikeln führen kann, die schließlich aus dem Gasstrom ausgewaschen werden. Auf der anderen Seite soll eine Möglichkeit der Einspritzung von zusätzlicher Flüssigkeit zum Optimieren des Auswaschens der Staubpartikel aber auch zur Rauchgaswäsche untersucht werden. Durch das neu zu entwickelte Verfahren des Abgaswärmetauschers bei Holzfeuerungen soll somit zum einen die Energieausbeute deutlich verbessert und zum anderen die Staubbelastung im Abgas deutlich reduziert werden. Fazit: Der Einsatz eines Sekundärwärmetauschers für den Abgaskondensationsbetrieb stellt eine interessante Option zur Verbesserung des Systemwirkungsgrades und zur Minderung der Staubemissionen bei Holzfeuerungen dar. Das gilt sowohl bei Holzhackschnitzel mit ihrem vergleichsweise hohen Brennstoffwassergehalt als auch bei Pellets mit relativ hohen Staubemissionen. Bei der Minderung des Staubausstoßes kann davon ausgegangen werden, dass die hier gemessenen Abscheidegrade am unteren Ende der technischen Möglichkeiten liegen. Die Zielsetzung, einen Abgaswärmetauscher zu entwickeln, der einen zuverlässigen dauerhaften Betrieb gewährleistet, wurde erreicht. Die mittlere energetische Optimierung beträgt 18 Prozent und die Staubemissionen konnten mit 20-37 Prozent deutlich reduziert werden. Für die Anwendung des Sekundärwärmetauschers in der breiteren Praxis ist eine Verwendung der gewonnenen Niedertemperaturwärme erforderlich. Insbesondere bei den Betreibern von Hackschnitzelfeuerungen, die für trockene Ware relativ teure Bezugsquellen haben, kann der Wärmetauscher - neben den ökologischen Vorteilen - durchaus wirtschaftlich sein. Chancen für einen wirtschaftlichen Einsatz eines Zusatzwärmetauschers bestehen auch bei kleinen und bei größeren Pelletheizungen, bei denen relativ teurer Brennstoff durch die Wirkungsgradsteigerung eingespart werden kann und bei denen Niedertemperaturanwendungen durch die häufig vorhandene Energiesparbauweise begünstigt wird. Ein praxisnaher Betrieb des Sekundärwärmetauschers im Langzeitbetrieb unter einer längeren Holzabgasbelastung konnte erfolgreich demonstriert werden. Die Verschmutzungstoleranz ist hoch, der Reinigungsaufwand sehr gering.
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