Die Studie beschreibt den aktuellen Stand der mechanisch-biologischen Restabfallbehandlung in Deutschland, wobei alle vier klassischen Verfahrensvarianten analysiert werden: die mechanisch-biologische Behandlung mit Rotte bzw. mit Vergärung sowie die mechanische Behandlung mit biologischer Trocknung/Stabilisierung (MBS) bzw. mit physikalisch-thermischer Trocknung (MPS). Anhand der erfassten Daten wird für jede der Varianten die Energieeffizienz in Form des Netto-Primärwirkungsgrades (bezogen auf den Energiegehalt des Abfalls) ermittelt und eine ökobilanzielle Bewertung (Klimabilanz) durchgeführt. Darüber hinaus werden Optionen zur Weiterentwicklung und Optimierung der Anlagen identifiziert. Veröffentlicht in Texte | 156/2023.
Im Rahmen des Vorhabens 3618S72392 wurden die tätigkeitsbezogenen Strahlenexpositionen in Anlagen nach AtG und standortnahen Zwischenlagern für radioaktive Abfälle erhoben und bewertet. Der vorliegende fachliche Abschlussbericht dokumentiert die wesentlichen Schwerpunkte des Vorhabens. Die Arbeiten wurden im Detail in einer Reihe von Einzelberichten zu den verschiedenen Themenbereichen dokumentiert. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass sich die Kollektivdosis der in Betrieb bzw. Nachbetrieb befindlichen Anlagen in den letzten Jahren auf einem niedrigen Niveau stabilisiert hat, wobei allerdings die Gesamt-Jahreskollektivdosis in den einzelnen Jahren deutlichen Schwankungen unterworfen ist. Diese Schwankungen sind unter anderem durch revisionsfreie Jahre einerseits und den Umfang der jährlichen Revisionsarbeiten andererseits bedingt. Durch die Abschaltung von acht Leistungsreaktoren im Jahr 2011 aufgrund der 13. Novelle des Atomgesetzes in Folge des Unfalls in Fukushima hat sich die Jahreskollektivdosis in diesen Anlagen seitdem weiter reduziert. Die Strahlenexposition des Personals hat sich in den letzten Jahren generell insgesamt weiter verringert; dies ist sowohl durch den Trend der mittleren Personendosen als auch durch die Entwicklung in der Verteilung der anlagenbezogenen Individualdosen zu erkennen; dies gilt besonders beim Eigenpersonal, aber auch (wenngleich nicht in gleichem Umfang) für das Fremdpersonal. Der Rückbau der in Stilllegung befindlichen Anlagen lässt sich mit deutlich niedrigeren Jahreskollektivdosen im Vergleich zum Leistungsbetrieb durchführen. Hier hat sich in den letzten Jahren gezeigt, dass sich mit der Durchführung einer Primärkreisdekontamination vor Beginn des Rückbaus diese weiter reduzieren lässt. Nach einer fallenden Tendenz der Gesamt-Jahreskollektivdosis aller in Stilllegung befindlichen Anlagen in den Jahren 2010 bis 2016 zeigt sich seit dem Jahr 2017 wieder ein Anstieg der Gesamt-Jahreskollektivdosis. Dies kann insbesondere auf die steigende Anzahl der in Stilllegung befindlichen Anlagen in diesen Jahren zurückgeführt werden: Seit dem Jahr 2017 haben neun weitere Anlagen ihre Stilllegungsgenehmigung erhalten und mit dem Rückbau begonnen. Je nach individuellen Abbaufortschritt tragen verschiedene Anlagen in einzelnen Jahren unterschiedlich stark zur Gesamt-Jahreskollektivdosis bei. Die Gesamt-Jahreskollektivdosis aller Anlagen der Ver- und Entsorgung liegt in den letzten sechs Berichtsjahren (2014 bis 2019) auf einem relativ konstanten Niveau zwischen 50 und 60 Pers.mSv/a und liegt damit deutlich unterhalb der Gesamt-Jahreskollektivdosen der Kernkraftwerke in Betrieb. Dabei tragen die einzelnen Anlagen auf Grund ihrer verschiedenen Tätigkeitsfelder unterschiedlich zu der Gesamt-Jahreskollektivdosis bei. Die jeweiligen Jahreskollektivdosen der einzelnen Anlagen liegen in einem Bereich von etwa 0,1 Pers.mSv/a bis zu etwa 40 Pers.mSv/a. Bei der Analyse der tätigkeitsbezogenen Daten erweist sich die mittlere tätigkeitsbezogene Dosisleistung insbesondere bei der Analyse von Teiltätigkeiten weiterhin als gutes Werkzeug zum Vergleich der radiologischen Randbedingungen von Arbeiten sowie zur Identifizierung von möglicherweise ungünstigen Arbeitsbedingungen und Hinweisen zur möglichen Optimierung von Tätigkeiten. Die tätigkeitsbezogene Dosisleistung bestätigt dabei auch die anlagenspezifischen Unterschiede, die sich in den Dosisleistungsmessungen an ausgewählten Messpunkten der Anlagen widerspiegeln. Zunehmend wird allerdings sichtbar, dass die Sammlung insbesondere von tätigkeitsbezogenen Daten für Anlagen in Stilllegung schwierig wird, da infolge der Optimierung von Planung und Durchführung von Abbaugewerken eine hochauflösende Dosiszuordnung zu Tätigkeiten wie im Falle des Betriebs von Kernkraftwerken sehr aufwändig und daher kostenintensiv ist. Darüber hinaus wurden im Vorhaben Fragen im Zusammenhang mit dem Strahlenschutz ausländischen Fremdpersonals in deutschen Kernkraftwerken bearbeitet, um einen Beitrag zum grenzüberschreitenden Strahlenschutz zu leisten.
Die Studie beschreibt den aktuellen Stand der mechanisch-biologischen Abfallbehandlung in Deutschland und stellt die Weiterentwicklung seit 2005 dar. Für die verschiedenen Anlagenkonzeptionen werden die Durchsatzmengen, der Anlageninput und die Stoffbilanz mit dem Verbleib der ausgeschleusten Stoffströme sowie die Betriebsverbräuche und Emissionen beschrieben. Anhand eigener anlagenspezifischer Berechnungen werden die Energieeffizienz sowie die Klimagasbilanz von MBA-Anlagen bewertet. Am Beispiel konkreter Anlagen werden die Möglichkeiten zur technischen Optimierung und Neuausrichtung von MBA-Anlagen für die verschiedenen Anlagenkonzepte aufgezeigt und dargelegt, wie durch diese Optimierungen noch weitergehende Umweltentlastungen generiert werden können. Die aufgezeigten Potenziale zur Weiterentwicklung betreffen eine verstärkte Ausschleusung recycelbarer Fraktionen, die Anlagenkonzeption (Integration einer Vergärungsstufe, Umstellung auf Trocknung), die Verbesserung der Klimagasbilanz bei Restabfall-Vergärungsanlagen sowie Maßnahmen im Bereich der Abluftbehandlung. Unter Berücksichtigung aktueller Entwicklungen werden Perspektiven unter Einbeziehung von Power-to-Gas- und Wasserstoffstrategien, Methanisierung des CO2 aus Biogas sowie Abscheidung und Speicherung bzw. Nutzung von CO2 (CCS bzw. CCU) aufgezeigt. Quelle: Forschungsbericht
Das Projekt "Biogas-fired Combined Hybrid Heat and Power Plant (Bio-HyPP)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) durchgeführt. To reach the goals of improving the efficiency of CHP systems while simultaneously widening the biomass feedstock base as well as increasing operational flexibility, the project aims to develop a full scale technology demonstrator of a hybrid power plant using biogas as main fuel in lab environment. A combined hybrid heat and power plant combines a micro gas turbine (MGT) and a solid oxide fuel cell (SOFC). The focus of the technology demonstration plant is to prove the functional capability of the plant concept, followed by detailed characterization and optimization of the integration of both subsystems. The main objective is to move the technology beyond the state of the art to TRL 4. Electrical efficiencies of more than 60% and total thermal efficiencies of more than 90% are intended to reach at base load conditions. An operational flexibility ranging from 25% to 100% electric power should be achieved. The emission levels should not exceed 10 ppm NOx and 20 ppm CO (at 15% vol. residual oxygen). The system should allow the use of biogas with methane contents varying from 40-75%, thus covering the biogas qualities from the fermentation of the entire biomass feedstock range. To achieve the objectives the subsystems MGT and SOFC including their subcomponents have to be adjusted and optimized by a multidisciplinary design approach using numerical and experimental measures to ensure a proper balance of plant. In addition an integrated control system has to be developed and implemented to achieve a reliable operation of the coupled subsystems. A detailed analysis of different European markets, economic and technical constraints in terms of biogas production potentials will clarify the regional suitable sizes and attractive performance conditions of the power plant system. To identify cost reduction potentials a thermo-economic analysis will be performed. Here, an internal rate of return (IRR) of the system of higher than 15% should be achieved over a 20 years.
Das Projekt "Erzeugung von Energie und Waerme durch Vergasung von Rinde" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Friedrich Wahl GmbH & Co. KG durchgeführt. Objective: Using a double stage gasifier (Michel Kim system) to use locally produced wood waste for gas production. The gas is subsequently used as the source of fuel for 4 Otto gas engines having a total generating capacity of 500 Kw.el. General Information: Gasification of bark is performed in a Michel Kim gasification system of +/- 500 kW el. capacity, working in concurrent flow. The system consist of a two-stage gasifier made by Spama of Berlin. The primary gasification stage partially gasifies pre-dried wood waste to produce an intermediate product (coke) at around 600 degree. C. The air in the gasifier is preheated with waste heat. The secondary stage consists of a coke bed at 950 degree. C. fired by pure air which converts the tars and residual heavy hydrocarbons into combustible gas. The gas then passes through a washer and a cooler. Waste heat from the cooler is used to pre-dry the gasification material. Four Otto gas engines (M.A.N.), each with a capacity of 125 kW el., have been installed. The entire unit is automatic and operates unmanned. Heat produced is used for: - the timber drying halls - the work rooms - the office and accommodations - the storage heaters. Achievements: The Michel Kim gasifier has worked since autumn 1984: many problems have been solved, but the gas production has never been enough for feeding the four gas engines. With a wood waste containing up to 160 per cent moisture, about 580 m3 gas were produced, enough to generate 170 - 250 kWh of electricity. It was impossible to generate any more electricity with the gasifier. It would have taken two gasifiers to attain the 450 kWhe which the sawmill needed. The results obtained clearly show that technical improvements are still necessary in order to run in optimal conditions. Economically the process is not viable with the present energy prices. After more than one year of attempts to improve process efficiency, the project has been stopped.
Das Projekt "Sub-project E" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von WILO SE durchgeführt. Ziel des Gesamtvorhabens ist es, eine ökonomische und technische Gesamtstrategie zur Reduktion von Wasserverlusten für Versorgungsbetriebe in Entwicklungsländern, insb. Indien (am Bsp. Tiruvannamalai) zu entwickeln. Ziel dieses Teilprojektes ist die Optimierung einer als Pilotanlage ausgewählten Pumpstation im Hinblick auf ein kombiniertes Druck-, Energie- und Wasserverlustmanagement. Hierbei wird zum einen die Pumpentechnik selbst optimiert und zum anderen die Steuerung. Die gewonnenen Erkenntnisse werden auf das Gesamtsystem (und auf andere ähnliche Systeme) übertragen und liefern damit einen wichtigen Beitrag zum Gesamtvorhabensziel. Die Optimierung erfolgt auf zwei Ebenen: (1) Verbesserung der Effizienz der Pumpe durch bautechnische Anpassung an die lokalen Bedingungen, insbesondere Überprüfung der Wirkung der Beschichtung; (2) Optimierung der Steuerung der Pumpe unter Berücksichtigung der Maßnahmen zur Wasserverlustreduktion, insbesondere des Druckmanagements. Es werden die Synergien zwischen Druck- und Energie- und Wasserverlustmanagement herausgearbeitet und die Erkenntnisse aus der Pilotstudie auf das Gesamtsystem extrapoliert. Folgende Arbeitsschritte sind vorgesehen: AP3.4.1 Planung, AP3.4.2 Lieferung und Einbau der Pumpen, AP3.4.3 Festlegung der Steuerung und Einfahrbetrieb, AP3.4.4 Optimierung, AP3.4.5 Demonstrationsbetrieb.
Das Projekt "Teil 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie (740) durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines vollkommen neuen Verfahrens zur Erzeugung von gasförmigen Kraftstoffen aus organischen Abfallstoffen. Dazu werden erstmals fermentative Verfahren und bio-elektrische Systeme zu einem neuen Prozess kombiniert. In diesem Prozess werden die Abfallstoffe zunächst in einem 'dark fermentation reactor' fermentativ in organische Säuren umgewandelt und anschließend einer bio-elektrochemischen Konversion, bestehend aus einer Anoden- und einer Kathodenkammer zugeführt werden. An der Anode werden die gelösten organischen Säuren durch exoelektrogene Bakterien zu CO2, H+ und e- oxidiert. Während die Protonen durch eine PEM (proton exchange membrane) der Kathode zugeführt werden, geben die Bakterien die freiwerdenden Elektronen an die Anode ab, so dass diese über eine elektrische Verbindung an die Kathode weiter geleitet werden. Das gebildete CO2 wird ergänzend bedarfsgerecht der Kathode zugeführt. Die Einzelziele des Projektes sind wie folgt definiert: - Entwicklung und Erprobung eines geeigneten Anoden- und Kathodenmaterials und Optimierung der Elektrodenstruktur - Untersuchung der biologischen Diversität der Mikroorganismen an den Elektroden - Optimierung des fermentativ bioelektrochemischen Gesamtverfahrens unter technischen Aspekten im Labormaßstab. Im Berichtszeitraum wurden im Wesentlichen folgende Arbeiten durchgeführt: Ausgehend von Vorarbeiten zur Wasserstoffproduktion mit Edelstahlkathoden in dem für die Methanogenen geeigneten Kulturmedium, wurde iterativ ein auf die Anforderungen der Kathodenentwicklung hin optimiertes Reaktorkonzept entwickelt. Eine Hauptanforderung an den Reaktor ist dabei die integrierte CO2-Versorgung. Hinsichtlich der Entwicklung eines geeigneten Biofilm-Trägermaterials wurden vergleichende Untersuchungen mit Glasfasern und Nanofasern aus Polyacrylnitril (PAN) in einer Kultur von M. barkeri durchgeführt. Die PAN-Nanofasern wurden teilweise zusätzlich mit (3-Aminopropyl)triethoxysilan (ATPES) behandelt, um deren Oberfläche mit positiven Ladungen auszurüsten und so die Biofilmansiedlung zu verbessern. In verschiedenen Langzeitexperimenten mit bioelektrochemischen Systemen, die mit Perkolat als Substrat betrieben wurden, konnte gezeigt werden, dass die bereits im Perkolat bestehende Community an Organismen in der Lage ist, die enthaltenen organischen Säuren komplett zu oxidieren. Dabei konnten Stromstärken von bis zu 0,5 mA/cm2 Anodenfläche gemessen werden. Die durchgeführten Untersuchungen zum fermentativen Aufschluss der Abfallstoffe belegen, dass die gewählten Substrate sehr gut in organische Säuren überführt werden können. Es traten keinerlei Prozessstörungen auf. In HPLC-Untersuchungen konnten keine Alkohole und Zucker im Perkolat nachgewiesen werden. Die Untersuchung des Perkolats zeigte für pH-6,0 die höchsten Konzentrationen an organischen Säuren, besonders die Gehalte an Essigsäure und Buttersäure lagen im Vergleich deutlich über den Werten bei pH-5,5.
Das Projekt "Teil 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institut für Mikrosystemtechnik durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines vollkommen neuen Verfahrens zur Erzeugung von gasförmigen Kraftstoffen aus organischen Abfallstoffen. Dazu werden erstmals fermentative Verfahren und bio-elektrische Systeme zu einem neuen Prozess kombiniert. In diesem Prozess werden die Abfallstoffe zunächst in einem 'dark fermentation reactor' fermentativ in organische Säuren umgewandelt und anschließend einer bio-elektrochemischen Konversion, bestehend aus einer Anoden- und einer Kathodenkammer zugeführt werden. An der Anode werden die gelösten organischen Säuren durch exoelektrogene Bakterien zu CO2, H+ und e- oxidiert. Während die Protonen durch eine PEM (proton exchange membrane) der Kathode zugeführt werden, geben die Bakterien die freiwerdenden Elektronen an die Anode ab, so dass diese über eine elektrische Verbindung an die Kathode weiter geleitet werden. Das gebildete CO2 wird ergänzend bedarfsgerecht der Kathode zugeführt. Die Einzelziele des Projektes sind wie folgt definiert: - Entwicklung und Erprobung eines geeigneten Anoden- und Kathodenmaterials und Optimierung der Elektrodenstruktur - Untersuchung der biologischen Diversität der Mikroorganismen an den Elektroden - Optimierung des fermentativ bioelektrochemischen Gesamtverfahrens unter technischen Aspekten im Labormaßstab. Im Berichtszeitraum wurden im Wesentlichen folgende Arbeiten durchgeführt: Ausgehend von Vorarbeiten zur Wasserstoffproduktion mit Edelstahlkathoden in dem für die Methanogenen geeigneten Kulturmedium, wurde iterativ ein auf die Anforderungen der Kathodenentwicklung hin optimiertes Reaktorkonzept entwickelt. Eine Hauptanforderung an den Reaktor ist dabei die integrierte CO2-Versorgung. Hinsichtlich der Entwicklung eines geeigneten Biofilm-Trägermaterials wurden vergleichende Untersuchungen mit Glasfasern und Nanofasern aus Polyacrylnitril (PAN) in einer Kultur von M. barkeri durchgeführt. Die PAN-Nanofasern wurden teilweise zusätzlich mit (3-Aminopropyl)triethoxysilan (ATPES) behandelt, um deren Oberfläche mit positiven Ladungen auszurüsten und so die Biofilmansiedlung zu verbessern. In verschiedenen Langzeitexperimenten mit bioelektrochemischen Systemen, die mit Perkolat als Substrat betrieben wurden, konnte gezeigt werden, dass die bereits im Perkolat bestehende Community an Organismen in der Lage ist, die enthaltenen organischen Säuren komplett zu oxidieren. Dabei konnten Stromstärken von bis zu 0,5 mA/cm2 Anodenfläche gemessen werden. Die durchgeführten Untersuchungen zum fermentativen Aufschluss der Abfallstoffe belegen, dass die gewählten Substrate sehr gut in organische Säuren überführt werden können. Es traten keinerlei Prozessstörungen auf. In HPLC-Untersuchungen konnten keine Alkohole und Zucker im Perkolat nachgewiesen werden. Die Untersuchung des Perkolats zeigte für pH-6,0 die höchsten Konzentrationen an organischen Säuren, besonders die Gehalte an Essigsäure und Buttersäure lagen im Vergleich deutlich über den Werten bei pH-5,5.
Das Projekt "Teil 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Angewandte Biowissenschaften, Abteilung Angewandte Mikrobiologie durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines vollkommen neuen Verfahrens zur Erzeugung von gasförmigen Kraftstoffen aus organischen Abfallstoffen. Dazu werden erstmals fermentative Verfahren und bio-elektrische Systeme zu einem neuen Prozess kombiniert. In diesem Prozess werden die Abfallstoffe zunächst in einem 'dark fermentation reactor' fermentativ in organische Säuren umgewandelt und anschließend einer bio-elektrochemischen Konversion, bestehend aus einer Anoden- und einer Kathodenkammer zugeführt werden. An der Anode werden die gelösten organischen Säuren durch exoelektrogene Bakterien zu CO2, H+ und e- oxidiert. Während die Protonen durch eine PEM (proton exchange membrane) der Kathode zugeführt werden, geben die Bakterien die freiwerdenden Elektronen an die Anode ab, so dass diese über eine elektrische Verbindung an die Kathode weiter geleitet werden. Das gebildete CO2 wird ergänzend bedarfsgerecht der Kathode zugeführt. Die Einzelziele des Projektes sind wie folgt definiert: - Entwicklung und Erprobung eines geeigneten Anoden- und Kathodenmaterials und Optimierung der Elektrodenstruktur - Untersuchung der biologischen Diversität der Mikroorganismen an den Elektroden - Optimierung des fermentativ bioelektrochemischen Gesamtverfahrens unter technischen Aspekten im Labormaßstab. Im Berichtszeitraum wurden im Wesentlichen folgende Arbeiten durchgeführt: Ausgehend von Vorarbeiten zur Wasserstoffproduktion mit Edelstahlkathoden in dem für die Methanogenen geeigneten Kulturmedium, wurde iterativ ein auf die Anforderungen der Kathodenentwicklung hin optimiertes Reaktorkonzept entwickelt. Eine Hauptanforderung an den Reaktor ist dabei die integrierte CO2-Versorgung. Hinsichtlich der Entwicklung eines geeigneten Biofilm-Trägermaterials wurden vergleichende Untersuchungen mit Glasfasern und Nanofasern aus Polyacrylnitril (PAN) in einer Kultur von M. barkeri durchgeführt. Die PAN-Nanofasern wurden teilweise zusätzlich mit (3-Aminopropyl)triethoxysilan (ATPES) behandelt, um deren Oberfläche mit positiven Ladungen auszurüsten und so die Biofilmansiedlung zu verbessern. In verschiedenen Langzeitexperimenten mit bioelektrochemischen Systemen, die mit Perkolat als Substrat betrieben wurden, konnte gezeigt werden, dass die bereits im Perkolat bestehende Community an Organismen in der Lage ist, die enthaltenen organischen Säuren komplett zu oxidieren. Dabei konnten Stromstärken von bis zu 0,5 mA/cm2 Anodenfläche gemessen werden. Die durchgeführten Untersuchungen zum fermentativen Aufschluss der Abfallstoffe belegen, dass die gewählten Substrate sehr gut in organische Säuren überführt werden können. Es traten keinerlei Prozessstörungen auf. In HPLC-Untersuchungen konnten keine Alkohole und Zucker im Perkolat nachgewiesen werden. Die Untersuchung des Perkolats zeigte für pH-6,0 die höchsten Konzentrationen an organischen Säuren, besonders die Gehalte an Essigsäure und Buttersäure lagen im Vergleich deutlich über den Werten bei pH-5,5.
Das Projekt "Oxycoal AC - Phase 2b" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Lehrstuhl für Wärme- und Stoffübertragung durchgeführt.
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