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Kleintechnische Vergärungsversuchsanlage (KTVA)

Das Institut für Abfall- und Kreislaufwirtschaft verfügt seit dem Jahr 2010 über eine 'Kleintechnische Vergärungsversuchsanlage' (KTVA) zur Durchführung langfristiger, anaerober Vergärungsversuche im kontinuierlichen Vergärungsverfahren. Hauptbestandteil ist ein Edelstahlreaktor (Vol. = 1.100 l), welcher beheizbar, durchmischbar und kontinuierlich beschickbar ist. Zusätzlich verfügt die KTVA über einen Vorlage- bzw. Hydrolysebehälter und einen Nachgärbehälter. Derzeit befindet sich die KTVA im Probebetrieb und wird zeitnah für orientierende Versuche genutzt. Mit Hilfe kontinuierlicher Messungen der Zusammensetzung des produzierten Biogases können die Vergärungsprozesse überwacht und optimiert werden.

Optiflex: Optimierung des Betriebs und Designs von Biogasanlagen für eine bedarfsgerechte, flexibilisierte und effiziente Biogasproduktion unter Berücksichtigung der Prozessstabilität als Post-EEG Strategie, Teilvorhaben 3: Weiterentwicklung MPC (modellbasierte prädikative Regelung)

Der Ausbau des regenerativ bedienten Stromsystems erfordert einen optimierten flexiblen Betrieb der bestehenden und neu zu errichtenden Biogasanlagen. Bisher verfolgte Ansätze zur Flexibilisierung wie die Biomethaneinspeisung, eine Kapazitätserhöhung für Gasspeicher und BHKW oder die Speicherung von Zwischenprodukten zum Beispiel aus der Substratvorbehandlung sind oft durch eine fehlende Wirtschaftlichkeit gekennzeichnet. Da-gegen bietet ein optimiertes Substratmanagement in Form einer modellbasierten prädikativen Regelung der Fermenterbeschickung vor allem aus wirtschaftlicher Sicht ein breites Anwendungspotenzial. Infolge fehlender Einbeziehung hydrodynamischer Prozessabläufe in das entwickelte Regelungskonzept erweist sich die technologische Umsetzung dieses Ansatzes derzeit noch als problematisch. Im Rahmen des geplanten Projektes OptiFlex sollen diese bestehenden Grenzen überwunden und eine effiziente und wirtschaftliche Systemlösung für die Post-EEG Zeit für einen stabilen und nachhaltigen flexiblen Anlagenbetrieb entwickelt und unter Praxisbedingungen demonstriert werden. Durch Kopplung einer modellbasierten prädiktiven Regelung zum Fütterungsmanagement mit einer angepassten Regelung der hydrodynamischen Prozessabläufe sollen bisher vorliegende Optimierungsansätze zusammengeführt und weiterentwickelt werden. Aufbauend auf ersten funktionalen Zusammenhängen zwischen den Substrateigenschaften und dem sich ausbildenden Strömungszustand ist ein umfassender Regelalgorithmus für alle zentralen und peripheren Anlagenkomponenten abzuleiten. Neben einer ausrüstungsseitigen Anpassung zielt das Projekt auf die Vorbereitung einer breitenwirksamen MSR-seitigen Nachrüstung bestehender Biogasanlagen als Voraussetzung für einen prozessstabilen, flexiblen Anlagen-betrieb ab. Zu diesem Zweck arbeiten erstmals Partner aus Forschung, Anlagenbau und Prozessautomatisierung gemeinsam an einer umfassenden technischen Lösung für einen optimierten flexibilisierten Anlagenbetrieb.

BioKS - Einfluss der Biofilmbildung auf Korrosion und Scaling in geothermischen Anlagen - in-situ Monitoring und Test von Gegenmaßnahmen in Bypass-Systemen, Teilvorhaben: Bypassexperimente

Im diesem Vorhaben soll der Einfluss der Temperatur auf die Biofilmbildung und die damit verbundene Korrosions- und Scaling-Rate erforscht werden. Unter Einsatz eines Bypass-Systems und ergänzenden Laborexperimenten sollen Untersuchungen mit verschiedenen Werkstoffen und unterschiedlichen Injektionstemperaturen an verschiedenen Standorten durchgeführt werden. Es ist zu prüfen, ob es in den verschiedenen Anlagen zu einem signifikanten Wachstum von Biofilmen kommt. Grundlegende Untersuchungen zu den Wechselwirkungen zwischen dem Fluid und verschiedenen Spurenstoffen sowie den Strömungsprozessen und der Biofilmbildung werden mit dem Ziel durchgeführt, Handlungsempfehlungen für einen sicheren und effizienten Anlagenbetrieb abzuleiten. Die Verbesserung des Prozessverständnisses bildet die Basis für die Vorhersage von Problemen wie Scaling und Korrosion sowie von Verfahren zu ihrer Vermeidung. Die aus den Untersuchungen abzuleitenden Strategien zur Beeinflussung des Biofilmwachstums sollen dazu dienen, Konzept zur Kontrolle der Biofilmbildung und Minderung von Korrosionsprozessen in der obertägigen Anlage, Pumpen und untertägiger Installation zu entwickeln und daraus Empfehlungen für den Schutz der Injektionsbohrung und des Reservoirs abzuleiten. Im Bypass werden in einzelnen Versuchen die Einflüsse verschiedener Parameter, wie Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit, Sauerstoffzutritt und Biozide auf die Biofilmbildung an Coupons unterschiedlicher Materialien untersucht. Die Biofilme auf den Coupons werden molekularbiologisch charakterisiert. Die organischen Verbindungen im Biofilm und dessen Isotopenparameter sowie die Scalings werden darüber hinaus analysiert, um eine Verfolgung und Quantifizierung der mikrobiellen Prozesse zu erzielen. Als Maßnahme gegen die Prozessstörungen soll ein Konzept zum aktiven kathodischen Korrosionsschutz erarbeitet werden und in der Großtechnik am Bypass getestet werden.

BioKS - Einfluss der Biofilmbildung auf Korrosion und Scaling in geothermischen Anlagen - in-situ Monitoring und Test von Gegenmaßnahmen in Bypass-Systemen, Teilvorhaben: Standversuche

Im diesem Vorhaben soll der Einfluss der Temperatur auf die Biofilmbildung und die damit verbundene Korrosions- und Scaling-Rate erforscht werden. Unter Einsatz eines Bypass-Systems und ergänzenden Laborexperimenten sollen Untersuchungen mit verschiedenen Werkstoffen und unterschiedlichen Injektionstemperaturen an verschiedenen Standorten durchgeführt werden. Es ist zu prüfen, ob es in den verschiedenen Anlagen zu einem signifikanten Wachstum von Biofilmen kommt. Grundlegende Untersuchungen zu den Wechselwirkungen zwischen dem Fluid und verschiedenen Spurenstoffen sowie den Strömungsprozessen und der Biofilmbildung werden mit dem Ziel durchgeführt, Handlungsempfehlungen für einen sicheren und effizienten Anlagenbetrieb abzuleiten. Die Verbesserung des Prozessverständnisses bildet die Basis für die Vorhersage von Problemen wie Scaling und Korrosion sowie von Verfahren zu ihrer Vermeidung. Die aus den Untersuchungen abzuleitenden Strategien zur Beeinflussung des Biofilmwachstums sollen dazu dienen, Konzept zur Kontrolle der Biofilmbildung und Minderung von Korrosionsprozessen in der obertägigen Anlage, Pumpen und untertägiger Installation zu entwickeln und daraus Empfehlungen für den Schutz der Injektionsbohrung und des Reservoirs abzuleiten. In Inkubationsexperimenten wird der Einfluss unterschiedlicher Bedingungen (Temperatur, Nährstoffzufuhr, elektrische Potentiale, etc.) auf die Korrosionsrate sowie auf die Biofilmbildung untersucht. Mittels Rasterelektronenmikroskop und X'Pert Diffraktometer werden der Biofilm und die Scalings charakterisiert sowie die Organismen aus dem Biofilm mittels qPCR quantifiziert. Die Veränderung der Oberflächenrauigkeit der Coupons wird mit dem atomaren Kraftmikroskop analysiert mit dem Ziel, die verschiedenen Materialien auf ihre Beständigkeit gegen Korrosion zu bewerten. In Zusammenarbeit mit der Firma Theisen werden Studenten Probennahmebehälter zur Einstellung und Messung elektrischer Potentiale entwickeln.

Transferprojekt zur Verbreitung von Forschungsergebnissen der ETA-Fabrik

Im Projekt 'ETA-Transfer' sollen Erkenntnisse aus dem Vorgängerprojekt 'ETA-Fabrik' bei ausgewählten Unternehmen als Leuchtturmprojekte in der Praxis angewendet werden. Hierbei werden Prozesse der industriellen (Stückgut-)-Produktion zusammen mit dem Gesamtsystem (d.h. des Zusammenwirkens von Maschinenpark, Versorgungstechnik und Gebäudehülle) betrachtet und daraus sinnvolle technische Energieeffizienzmaßnahmen abgeleitet. Die TU Darmstadt wird hierzu in ausgewählten Unternehmen jeweils zuerst Potenzialanalysen durchführen, an die sich dann ebenso begleitete Umsetzungsphasen mit Investitionen in die vorgeschlagenen energieeffizienten Maschinen/Technologien anschließen.

Digitalisierung als Wegbegleiter für die Flexibilisierung in der Energiewirtschaft - enera - Der nächste große Schritt der Energiewende, Teilvorhaben: Flexibilitätsbereitstellung aus Windenergie- und Power-to-Gas-Anlagen sowie Laborerprobung neuer Netzbetriebskonzepte

Für die Felderprobung neuer Netzbetriebskonzepte auf Mittelspannungsebene, die Bereitstellung regionaler Systemdienstleistungen und zur Teilnahme an regionalen Energiemärkten werden Windenergieanlagen für ein flexibles Blindleistungsmanagement umgerüstet und sogenannte STATCOM-Container errichtet. Die Umrüstung der Windenergieanlagen ermöglicht eine wirkleistungsunabhängige Bereitstellung von Blindleistung (STATCOM-Fähigkeit) sowie eine Erweiterung des Blindleistungsstellbereichs (Q+-Aufrüstung). Eine weitere Option zur Kompensation von Spannungsschwankungen bieten STATCOM-Container - auch an Standorten, an denen keine STATCOM-fähigen Windenergieanlagen vorhanden sind. Zur Minimierung wirtschaftlicher Risiken werden die zu untersuchenden Netzbetriebskonzepte vor der Felderprobung im Labor getestet. Dies gilt insbesondere für das Konzept eines 'Intelligenten Dispatcher' sowie für neue Netzregelungskonzepte zur Spannungs-Blindleistungsoptimierung.

Zwanzig20 - futureTEX - VP 67: Aufbau einer smarten kontinuierlichen Fertigungslinie zur Verarbeitung von rezyklierten Hochleistungsfasern zu Organoblechen

Das Gesamtziel des Investitionsvorhabens und des dazugehörigen Forschungsvorhabens besteht im Aufbau einer intelligenten Anlage zur Verarbeitung rezyklierter Hochleistungsfasern unter Integration von Industrie 4.0-Ansätzen in Hightech-Anwendungen. Die Herstellung von Organoblechen auf Basis von Vliesstoffen aus rezyklierter Hochleistungsfasern gibt eine Antwort auf die immer drängender werdende Frage nach der Verarbeitung von Carbonfaserabfall, insbesondere vor dem Hintergrund der drohenden Einstufung von CFK als 'gefährlicher Abfall' und dem damit verbundenen Deponieverbot. Mit dem Investitionsvorhaben werden die technischen Grundlagen für die Durchführung des Forschungsvorhabens geschaffen. Die bisher vorhandene Anlagentechnik wird durch weitere Aggregate sowie Hard- und Software ergänzt, um den Gesamtprozess darstellen und analysieren zu können. Dies beinhaltet: - die Anlagenerweiterung im Bereich der Faservorbereitung und -mischung, um eine kontinuierlich Prozesskette abzubilden - den Aufbau eines Aggregates zur kontinuierlichen, thermischen Konsolidierung der Vliesstoffe zu Organoblechen, - Verarbeitung von Hybridvliesstoffen - Verarbeitung reiner Carbonfaservliesstoffe und separate Zuführung thermoplastischer Matrixwerkstoffe (Folien oder Vliesstoffe) - den Einbau notwendiger Sensortechnik inkl. Auswerteeinheiten zu Qualitätsüberwachung - die Installation von Hard- und Software zur Fertigungs- und Anlagensteuerung.

Optiflex: Optimierung des Betriebs und Designs von Biogasanlagen für eine bedarfsgerechte, flexibilisierte und effiziente Biogasproduktion unter Berücksichtigung der Prozessstabilität als Post-EEG Strategie, Teilvorhaben 2: Weiterentwicklung Regelungskonzept

Der weitere Ausbau des regenerativ bedienten Stromsystems erfordert einen optimierten flexiblen Betrieb der bestehenden und neu zu errichtenden Biogasanlagen. Bisher verfolgte Ansätze zur Flexibilisierung wie die Biomethaneinspeisung, eine Kapazitätserhöhung für Gasspeicher und BHKW oder die Speicherung von Zwischenprodukten zum Beispiel aus der Substratvorbehandlung sind oft durch eine fehlende Wirtschaftlichkeit gekennzeichnet. Dagegen bietet ein optimiertes Substratmanagement in Form einer modellbasierten prädikativen Regelung der Fermenterbeschickung vor allem aus wirtschaftlicher Sicht ein breites Anwendungspotenzial. Infolge fehlender Einbeziehung hydrodynamischer Prozessabläufe in das entwickelte Regelungskonzept erweist sich die technologische Umsetzung dieses Ansatzes derzeit noch als problematisch. Im Rahmen des geplanten Projektes OptiFlex sollen diese bestehenden Grenzen überwunden und eine effiziente und wirtschaftliche Systemlösung für die Post-EEG Zeit für einen stabilen und nachhaltigen flexiblen Anlagenbetrieb entwickelt und unter Praxisbedingungen demonstriert werden. Durch Kopplung einer modellbasierten prädiktiven Regelung zum Fütterungsmanagement mit einer angepassten Regelung der hydrodynamischen Prozessabläufe sollen vorliegende Optimierungsansätze zusammengeführt und weiterentwickelt werden. Aufbauend auf funktionalen Zusammenhängen zwischen den Substrateigenschaften und dem sich ausbildenden Strömungszustand ist ein umfassender Regelalgorithmus für alle zentralen und peripheren Anlagenkomponenten abzuleiten. Neben einer ausrüstungsseitigen Anpassung zielt das Projekt auf die Vorbereitung einer breitenwirksamen MSR-seitigen Nachrüstung bestehender Biogasanlagen als Voraussetzung für einen prozessstabilen, flexiblen Anlagenbetrieb ab. Zu diesem Zweck arbeiten erstmals Partner aus Forschung, Anlagenbau und Prozessautomatisierung gemeinsam an einer umfassenden technischen Lösung für einen optimierten flexibilisierten Anlagenbetrieb.

Optiflex: Optimierung des Betriebs und Designs von Biogasanlagen für eine bedarfsgerechte, flexibilisierte und effiziente Biogasproduktion unter Berücksichtigung der Prozessstabilität als Post-EEG Strategie, Teilvorhaben 1: Großtechnische Validierung

Der weitere Ausbau des regenerativ bedienten Stromsystems erfordert einen optimierten flexiblen Betrieb der bestehenden und neu zu errichtenden Biogasanlagen. Bisher verfolgte Ansätze zur Flexibilisierung wie die Biomethaneinspeisung, eine Kapazitätserhöhung für Gasspeicher und BHKW oder die Speicherung von Zwischenprodukten zum Beispiel aus der Substratvorbehandlung sind oft durch eine fehlende Wirtschaftlichkeit gekennzeichnet. Dagegen bietet ein optimiertes Substratmanagement in Form einer modellbasierten prädikativen Regelung der Fermenterbeschickung vor allem aus wirtschaftlicher Sicht ein breites Anwendungspotenzial. Infolge fehlender Einbeziehung hydrodynamischer Prozessabläufe in das entwickelte Regelungskonzept erweist sich die technologische Umsetzung dieses Ansatzes derzeit noch als problematisch. Im Rahmen des geplanten Projektes OptiFlex sollen diese bestehenden Grenzen überwunden und eine effiziente und wirtschaftliche Systemlösung für die Post-EEG Zeit für einen stabilen und nachhaltigen flexiblen Anlagenbetrieb entwickelt und unter Praxisbedingungen demonstriert werden. Durch Kopplung einer modellbasierten prädiktiven Regelung zum Fütterungsmanagement mit einer angepassten Regelung der hydrodynamischen Prozessabläufe sollen bisher vorliegende Optimierungsansätze zusammengeführt und weiterentwickelt werden. Aufbauend auf ersten funktionalen Zusammenhängen zwischen den Substrateigenschaften und dem sich ausbildenden Strömungszustand ist ein umfassender Regelalgorithmus für alle zentralen und peripheren Anlagenkomponenten abzuleiten. Neben einer ausrüstungsseitigen Anpassung zielt das Projekt auf die Vorbereitung einer breitenwirksamen MSR-seitigen Nachrüstung bestehender Biogasanlagen als Voraussetzung für einen prozessstabilen, flexiblen Anlagenbetrieb ab. Zu diesem Zweck arbeiten erstmals Partner aus Forschung, Anlagenbau und Prozessautomatisierung gemeinsam an einer umfassenden technischen Lösung für einen optimierten flexibilisierten Anlagenbetrieb.

CLEAN, Energiegewinnung durch die anaerobe Behandlung organischer Reststoffe an Bord von Kreuzfahrtschiffen - Vorhaben: Untersuchung an einer Biogasanlage an Bord eines Kreuzfahrtschiffes

Carnival-Maritime (CMG) wirkt im Forschungsprojekt CLEAN bei der Entwicklung und Optimierung des Anaerob-Reaktors mit und setzt die Rahmenbedingungen und Zielsetzung für die Technologieanwendung. Der Fokus liegt dabei auf dem maritimen Umweltschutz. CMG verfügt über langjährige Erfahrungen im Betrieb von Passagierschiffen und den daraus resultierenden Anforderungen an maritime Technologien. Das Verfahren muss so spezifiziert werden, dass es an die Platzverhältnisse, Betriebsmöglichkeiten, Umgebungsbedingungen und die vorhandenen Stoffströme angepasst ist. Ein besonderer Schwerpunkt muss dabei auf der Umsetzung des Designs entsprechend der geltenden Vorschriften erfolgen. Die Nutzung von brennbaren Gasen an Bord von Passagierschiffen erfordert die Einhaltung hoher Sicherheitsstandards, die zum Erreichen einer Anlagenzertifizierung nachzuweisen sind. Das entwickelte Verfahren soll dann in einem Demonstrator noch zu definierender Größe an Bord eingesetzt werden. Die Größe soll so gewählt werden, dass das Verfahren realistisch abgebildet wird, aber eine Nachrüstung an Bord eines im Betrieb befindlichen Schiffes problemlos möglich ist. CMG wird den Einbau des Demonstrators organisieren, wobei die durchzuführenden Arbeiten für ein Fundament und die Anschlüsse an die Schiffssysteme von CMG Bordpersonal oder Unterauftragnehmern durchgeführt werden. Der Anlagenbetrieb wird durch CMG Bordpersonal betreut. Die Parameter und Betriebszustände sollen dabei so variiert werden, dass das Verfahren wissenschaftlich analysiert werden kann. Ein optimiertes und marinisiertes Verfahren zur anaeroben Nutzung organischer Reststoffe bietet dann Möglichkeiten, die Energieflüsse an Bord aller Schiffe in der CMG-Flotte zu verbessern.

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