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 "C02-Mineralisierung als aktive Kohlenstoffsenke - BioClean" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DBI - Gastechnologisches Institut gGmbH Freiberg durchgeführt. Die globale Konzentration von atmosphärischen C02 erzielt aktuell Höchststände. Die Abscheidung von biogenem C02 und die anschließende Speicherung des Kohlenstoffs spielt eine Schlüsselrolle bei der Erreichung des Zwei-Grad-Ziels. Im Projekt BioClean soll der nachgewiesene Effekt der C02-Mineralisierung auf die Region der Bundesrepublik Deutschland übertragen werden. Die Ergebnisse zielen auf das visionäre Geschäftsmodell 'aktive Kohlenstoffsenke in Kombination mit C02-Emissionshandel'.
Das Projekt "Teilvorhaben: Virtuelle Charakterisierungsmethoden und Verarbeitungsprozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Mann + Hummel GmbH durchgeführt. Die Erzeugung von Feinstaub durch technische Prozesse und verkehrsbedingte Verschmutzungen ebenso wie partikelempfindliche Produktionstechniken und Reinräume erfordern die Reinhaltung der Luft und immer leistungsfähigere Filtermedien. Im Umfeld steigender Energiekosten und der Notwendigkeit der weltweiten CO2 Reduktion gewinnt der Energieverbrauch von Luftfiltern zunehmend an Bedeutung. Der Energieverbrauch ist zudem einer der wichtigsten Kostenfaktoren der Gebäudeluftfiltration. Um eine optimierte Energieausbeute bei maximalem Abscheidungsgrad zu erzielen, ist ein möglichst geringer Druckverlust des Luftfilters ausschlaggebend. Die zunehmende Wichtigkeit der Energieausbeute spiegelt sich auch in der industriellen Plattform EUROVENT wieder, die erstmalig ein praxisnahes und unabhängiges Energierating zulässt. Ziel des Vorhabens ist es, über virtuelle Entwicklungs- und Simulationsmethoden neuartige Filtermedien zu entwickeln. Diese ermöglichen es effizient und nachhaltig kritische Stoffe, die den Betrieb und den Komfort von Gebäuden negativ beeinflussen können, über einen längeren Zeitraum zu filtern. Dadurch werden Ressourcen und Energie am effektivsten genutzt, was automatisch zur Minderung des CO2 Ausstoßes führt. Zentrale Aufgabe des Forschungsvorhabens ist es, die bereits bestehenden Ansätze der Prozesssimulation, welche die Herstellung von synthetischen Filtermedienstrukturen beschreibt, mit der Mikrostruktursimulation zu verknüpfen. Dadurch wird es erstmalig möglich, optimierte Medienstrukturen über Simulation zu entwickeln. Über die folgende Rückkopplung kann der Prozess gezielt weiter optimiert werden. Zudem können im Umkehrschluss optimierte Vlieslegeprozesse ermöglicht werden. Diese resultieren in Filtermedien mit optimaler Performance bei effektivstem Materialeinsatz für die spezifische Filtrationsaufgabe. Somit entsteht ein nachhaltigeres Produkt und zudem eine innovative simulationsbasierte Arbeitsmethodik, die zu kürzeren Entwicklungszyklen führt.
Das Projekt "Vorhaben: Optimierung von Entschweflungsanlagen (Nasswäschern) hinsichtlich des Abscheidegrades von Partikelemissionen im maritimen Einsatz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SAACKE GmbH durchgeführt. Das Ziel des Projektes umfasst die Reduktion schiffsbasierter Emissionen durch eine optimierte und erweiterte Abgasreinigung zum Schutz der atmosphärischen und maritimen Umwelt. Der Fokus liegt auf der Emission feiner Partikel, die kleiner als 2,5 Mikrometer messen (PM2,5). Des Weiteren soll die Belastung durch Schadstoffe aufgrund unvollständiger Kraftstoffverbrennung untersucht werden. Mit Inkrafttreten der neuen Regularien der IMO (Schwefelgehalt im Kraftstoff kleiner als 0,5 % oder Einsatz eines Abgasreinigungssystems) ist eine Änderung in der Emissionszusammensetzung zu erwarten. Bei der Anwendung eines Abgasreinigungssystems (Gaswäsche) sind besonders die äußerst kleinen Partikel problematisch, die durch diese kaum reduziert werden. Neben den Aerosolen untersteht auch das Waschwasser diesbezüglich nur geringer Reglementierung, sodass schadstoffbeladene Partikel in die Meeresumwelt gelangen können. Unter Einsatz eines Abgaswäschers mit nachgeschaltetem Partikelfilter und Waschwasseraufbereitung, zusätzlich hochsensitiver Prozess- und Emissionsmesstechnik und Simulationen streben wir innerhalb von 3 Jahren Projektlaufzeit eine Optimierung der einzelnen Prozessteilschritte an, die sich in einer Gesamtreduktion der Emissionen wie folgt niederschlägt: - Eine höchst effiziente Abscheidung von 90 % sowohl der Gesamtpartikelmasse als auch der Partikelfraktion 2,5 - 0,1 Mikrometer - Reduktion der Anzahl von Kleinstpartikeln (1,0 - 0,1 Mikrometer ) um 90 % - Einhaltung der Umweltqualitätsnormen im Bereich Wasserpolitik (2008/105/EG) - Trübungswert des Waschwassers kleiner als 25 NTU Am Markt befindliche Scrubbersysteme werden ausschließlich hinsichtlich vorgegebener Schwefelemissionsgrenzwerte optimiert. Angestrebt wird bei SAACKE eine auf den Zweck einer Partikelabscheidung gezielte Auslegung und Optimierung einer Scrubberanlage im Technikumsmaßstab als Partikelvorfilter inkl. Simulationen. Ziel ist eine Abscheiderate von 90 % bei einem Grenzkorn von 2 Mikrometer .
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Theoretische und experimentelle Untersuchungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule für Forstwirtschaft Rottenburg, B.Sc. Erneuerbare Energien,Professur für Feuerungstechnik durchgeführt. Biomasse, vor allem Holz, ist im deutschen Wärmemarkt der mit Abstand wichtigste erneuerbare Energieträger, dessen Einsatz ausgebaut werden soll. Jedoch entstehen bei dem Verbrennungsprozess u. a. Feinstaubpartikel, die ein Gesundheitsrisiko darstellen. Entsprechend wurden Grenzwerte festgelegt, die an Kleinfeuerungen (kleiner als 1 MW) mit den heutigen Technologien schwer einzuhalten sind und in Zukunft voraussichtlich weiter verschärft werden. In diesem Projekt soll ein kostengünstiger Staubabscheider für Kleinfeuerungsanlagen entwickelt werden, um den gegenwärtigen und zukünftigen Grenzwerten gerecht zu werden. Das Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik der Universität Stuttgart (IFK) hatte bereits, in Zusammenarbeit mit der LK Metallwaren GmbH in Schwabach und mit Unterstützung des externen Beraters Oskar Winkel Filtertechnik, einen Entwurf eines Gewebefilters mit allen notwendigen Komponenten für einen Filterbetrieb an einem Biomassekessel entwickelt (FNR-Projekt FKZ 22031611). Die gewählte Abreinigungsmethode erwies sich jedoch als unzureichend, weshalb in Zusammenarbeit mit der Hochschule Rottenburg (HFR) alternative Abreinigungsmethoden erprobt werden. Zunächst werden die Abreinigungsmethoden Jet-Pulse-Abreinigung (IFK) und Ultraschallreinigung (HFR) an kleinen Feuerungen erprobt. Die Jet-Pulse-Abreinigung mittels Druckluftstößen ist eine bewährte Technologie, welche erst noch, in Kombination mit Gewebefiltern, auf kleine Biomassefeuerungen angepasst werden muss. Die Reinigung mittels Ultraschall ist eine in der Industrie ebenfalls bewährte Technik, welche in diesem Projekt erstmals zur Filterreinigung von Feinstaubfiltern getestet und optimiert werden soll. Dazu werden am IFK verschiedene Metallgewebe und unterschiedliche Reinigungsparameter getestet, um diese Methode für Kleinfeuerungen zu optimieren. An der HFR liegt der Fokus auf verschiedenen Ultraschallbedingungen sowie die Untersuchung der Abfallstoffe hinsichtlich Verwendungs- und Deponiermöglichkeiten. Die Tests erfolgen an beiden Standorten mithilfe von kleineren Biomassekesseln, die sowohl für Hackgut als auch für Pellets geeignet sind. Die Methoden sollen hinsichtlich Abscheidegrad, Betriebssicherheit und Energieeffizienz optimiert werden und der Anwendungsbereich hinsichtlich der Brennstoffe eingegrenzt werden. Nach der Optimierung der beiden Methoden sollen die Ergebnisse analysiert und unter Abwägung aller Aspekte zum Bau eines Prototypen für die 200kW-Feuerung der HFR verwendet werden. Mithilfe der gewonnenen Erkenntnisse und anhand von aussagekräftigen Langzeitversuchen soll als letzter Schritt ein Vorserienmodell des Filters entwickelt werden.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Theoretische Untersuchungen und Projektmanagement" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik durchgeführt. Biomasse, vor allem Holz, ist im deutschen Wärmemarkt der mit Abstand wichtigste erneuerbare Energieträger, dessen Einsatz ausgebaut werden soll. Jedoch entstehen bei dem Verbrennungsprozess u. a. Feinstaubpartikel, die ein Gesundheitsrisiko darstellen. Entsprechend wurden Grenzwerte festgelegt, die an Kleinfeuerungen (kleiner als 1 MW) mit den heutigen Technologien schwer einzuhalten sind und in Zukunft voraussichtlich weiter verschärft werden. In diesem Projekt soll ein kostengünstiger Staubabscheider für Kleinfeuerungsanlagen entwickelt werden, um den gegenwärtigen und zukünftigen Grenzwerten gerecht zu werden. Das Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik der Universität Stuttgart (IFK) hatte bereits in Zusammenarbeit mit der LK Metallwaren GmbH in Schwabach und mit Unterstützung des externen Beraters Oskar Winkel Filtertechnik einen Entwurf eines Gewebefilters mit allen notwendigen Komponenten für einen Filterbetrieb an einem Biomassekessel entwickelt (FNR-Projekt FKZ 22031611). Die gewählte Abreinigungsmethode erwies sich jedoch als unzureichend, weshalb in Zusammenarbeit mit der Hochschule Rottenburg (HFR) alternative Abreinigungsmethoden erprobt werden. Zunächst werden die Abreinigungsmethoden Jet-Pulse-Abreinigung (IFK) und Ultraschallreinigung (HFR) an kleinen Feuerungen erprobt. Die Jet-Pulse-Abreinigung mittels Druckluftstößen ist eine bewährte Technologie, welche erst noch, in Kombination mit Gewebefiltern, auf kleine Biomassefeuerungen angepasst werden muss. Die Reinigung mittels Ultraschall ist eine in der Industrie ebenfalls bewährte Technik, welche in diesem Projekt erstmals zur Filterreinigung von Feinstaubfiltern getestet und optimiert werden soll. Dazu werden am IFK verschiedene Metallgewebe und unterschiedliche Reinigungsparameter getestet, um diese Methode für Kleinfeuerungen zu optimieren. An der HFR liegt der Fokus auf verschiedenen Ultraschallbedingungen sowie die Untersuchung der Abfallstoffe hinsichtlich Verwendungs- und Deponiermöglichkeiten. Die Tests erfolgen an beiden Standorten mithilfe von kleineren Biomassekesseln, die sowohl für Hackgut als auch für Pellets geeignet sind. Die Methoden sollen hinsichtlich Abscheidegrad, Betriebssicherheit und Energieeffizienz optimiert werden und der Anwendungsbereich hinsichtlich der Brennstoffe eingegrenzt werden. Nach der Optimierung der beiden Methoden sollen die Ergebnisse analysiert und unter Abwägung aller Aspekte zum Bau eines Prototypen für die 200kW-Feuerung der HFR verwendet werden. Mithilfe der gewonnenen Erkenntnisse und anhand von aussagekräftigen Langzeitversuchen soll als letzter Schritt ein Vorserienmodell des Filters entwickelt werden.
Das Projekt "Teilprojekt: Entwicklung eines Hochtemperatur-Partikelabscheider" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Euro-K GmbH durchgeführt. Ziel des Gesamtvorhabens ist es ein kompaktes und modulares Biomasse-basiertes Reststoff-Verwertungssystem mit sauberen Verbrennungstechnologien für die Wärmeerzeugung zu generieren, welches sowohl feste und gasförmige Brennstoffe als auch Abwärme nutzen kann. Die generierte Nutzwärme soll in nachgeschalteten Industrieprozessen und bei der dezentralen Versorgung Gemeinden Anwendung finden. Im Teilprojekt soll ein Partikelabscheider mit verbesserten Eigenschaften bzgl. Temperaturbeständigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen abrasive Stoffe entwickelt werden. Dabei ist ein Kompromiss aus Robustheit, geringe Druckverluste, hoher Abscheidegrad und Kosten zu finden. Mit Hilfe von numerischen Berechnungen, Materialuntersuchungen und praktischen Versuchen soll die Funktionsfähigkeit gewährleistet und die Überführung zur Realanwendung vorbereitet werden. Ergebnis des Teilprojektes wird eine modulare und standardisierte Hochtemperatur-Partikelabscheideeinheit sein, die mit den anderen Komponenten der Projektpartner zum BioClinc System kombiniert und effizient betrieben werden kann.
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 "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.
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