Das Projekt "Ermittlung der Grundlagen der Pyrolyse von Abfaellen im Drehrohr und Modellbildung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität-Gesamthochschule Siegen, Fachbereich 11 Maschinentechnik, Institut für Energietechnik, Lehrstuhl für Energie- und Umweltverfahrenstechnik durchgeführt. Zur Minimierung der zu deponierenden Abfallmengen sowie zur Inertisierung der organischen Inhaltsstoffe kommen in der Abfallwirtschaft thermische Abfallbehandlungsverfahren zur Anwendung. Der Muellverbrennung als technisch ausgereiftem System steht die Pyrolyse als neu entwickelte Verfahrensalternative gegenueber. Pyrolyse oder Entgasung ist die Zersetzung von organischer Substanz durch Waermeeinwirkung unter Luft- bzw. Sauerstoffausschluss. Als Pyrolyseprodukte entstehen Pyrolysegas, Pyrolysekoks und Pyrolyseoel bzw. -teer in Abhaengigkeit der Betriebsparameter wie Aufheizgeschwindigkeit, Endgasungstemperatur sowie in Abhaengigkeit der Muellzusammensetzung. Die im Ausgangsprodukt enthaltene Energie ist somit auf den Heizwert und die fuehlbare Waerme der Endprodukte verteilt. Die bei der Pyrolyse ablaufenden chemischen Reaktionen sind im einzelnen weitgehend unbekannt. Bei Temperaturen zwischen 400 Grad Celsius und 500 Grad Celsius setzen primaere Zersetzungsreaktionen ein, die zur Spaltung langkettiger Kohlenwasserstoffe und zur Abspaltung von Radikalen fuehren. Diese Spaltprodukte polymerisieren teilweise im Bereich niedrigerer Temperaturen wieder zu Oelen und Teeren. Bei Temperaturen um 800 Grad Celsius werden anorganische Karbonate zersetzt. Die restlichen aromatische Verbindungen werden aufgespalten und eine teilweise Vergasung des freien Kohlenstoffs setzt ein. Ab Temperaturen von 1200 Grad Celsius beginnen die Pyrolysereststoffe, die noch verblieben sind, schmelzfluessig zu werden. Die Hausmuellpyrolyse wird gewoehnlich bei Temperaturen um 500 Grad Celsius durchgefuehrt. Als Reaktoren dienen neben Schachtoefen oder Wirbelschichtanlagen hauptsaechlich Drehrohroefen. Als Ergebnis der experimentellen Untersuchungen werden fuer die Bestandteile Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff Umsatzfunktionen erstellt. Fuer die Verteilung auf die Komponenten des Pyrolysegases als Funktion des C-H-O-Verhaeltnisses und der Temperatur werden Splitfunktionen ermittelt. Mit Hilfe der Messergebnisse soll ein Modell erstellt werden, das eine vollstaendige mathematische Beschreibung und ein Simulation der Stoff- und Energiebilanz des Pyrolyseprozesses ermoeglicht. Mit Hilfe von Sensitivitaetsanalysen koennen komplette Kennfelder fuer die Pyrolysegas- und Reststoffzusammensetzung erstellt werden. Diese sind als Grundlage fuer die Auslegung von Drehrohren zur Pyrolyse von Abfaellen nutzbar.
Das Projekt "Teilvorhaben 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Bau- und Grobkeramik GmbH durchgeführt. Das Problem bei Trocknungs- und Brennprozessen von Gebrauchskeramik sind die bei einem Vielfachen der optimalen Durchlaufzeiten liegenden Verweildauern im thermischen Prozess durch die ungleichmäßige Überströmung des Trocknungs- und Brenngutes im Besatzstapel. Eine gleichmäßige Überströmung einer Fläche gewährleistet einen gleichmäßigen Wärme- und Stoffübergang. Dieser gleichmäßige Wärme- und Stoffübergang ist die Voraussetzung für eine homogene und spannungsminimale Erwärmung. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Berechnung der maximalen Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit auf der Grundlage der Materialkenngrößen, der experimentell ermittelten Strömungswiderstände, der Körpergeometrie und der Vergleich mit den experimentell ermittelten minimalen Zeitdauern im Brennsimulator und im Versuchstrockner. Es sollen daraus die effektive Planung und Durchführung von Maßnahmen der Rekonstruktion bestehender Produktionsanlagen zur wesentlichen Verkürzung der Trocknungszeit und der Brennzeit bei der Herstellung von engobierten und glasierten Dachziegeln abgeleitet werden. Durch die Verkürzung der Dauer der thermischen Behandlung ist eine Reduzierung des Primärenergieverbrauchs möglich und somit eine Reduzierung von umweltbelastenden CO2-Emissionen.
Das Projekt "Teilvorhaben 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Jacobi-Tonwerke GmbH durchgeführt. Das Problem bei Trocknungs- und Brennprozessen von Gebrauchskeramik sind die bei einem Vielfachen der optimalen Durchlaufzeiten liegenden Verweildauern im thermischen Prozess durch die ungleichmäßige Überströmung des Trocknungs- und Brenngutes im Besatzstapel. Eine gleichmäßige Überströmung einer Fläche gewährleistet einen gleichmäßigen Wärme- und Stoffübergang. Dieser gleichmäßige Wärme- und Stoffübergang ist die Voraussetzung für eine homogene und spannungsminimale Erwärmung. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Berechnung der maximalen Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit auf der Grundlage der Materialkenngrößen, der experimentell ermittelten Strömungswiderstände, der Körpergeometrie und der Vergleich mit den experimentell ermittelten minimalen Zeitdauern im Brennsimulator und im Versuchstrockner. Es sollen daraus die effektive Planung und Durchführung von Maßnahmen der Rekonstruktion bestehender Produktionsanlagen zur wesentlichen Verkürzung der Trocknungszeit und der Brennzeit bei der Herstellung von engobierten und glasierten Dachziegeln abgeleitet werden. Durch die Verkürzung der Dauer der thermischen Behandlung ist eine Reduzierung des Primärenergieverbrauchs möglich und somit eine Reduzierung von umweltbelastenden CO2-Emissionen.
Das Projekt "Untersuchungen zur höherwertigen Nutzung von Holz und Holzabfällen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kassel, Institut für Thermische Energietechnik, Fachgebiet Thermodynamik durchgeführt. Innerhalb des Projektes INCO-Copernicus (BIOVAL Network) werden die Nutzung der in Europa vorkommenden Holzarten für energetische Prozesse, die Gewinnung von höherwertigen Produkten aus Restholz (Bioöle, Sorbentien, Feinchemikalien) durch Extraktion oder chemische Modifikation sowie die Optimierung der thermischen Prozesse (Pyrolyse/Hydropyrolyse; Aktivierung) im Hinblick auf die Ausbeute und die Zusammensetzung der festen und flüssigen Produkte untersucht. Als Untersuchungsmaterial wurden Espe (Populus tremuloides), Lärche (Larix sibirica) und Buche (Fagus sylvatica) als typische europäische Hölzer ausgewählt. Am thermogravimetrischen Versuchstand des Instituts für Thermische Energietechnik wurden bisher Pyrolyse- und Aktivierungsversuche durchgeführt. Die Parameter Aufheizgeschwindigkeit, Korngröße und Schichtdicke wurden bei der Buchenholzpyrolyse variiert und das Produktgas mit kontinuierlichen Gasanalysatoren (CO, CO2, CH4, H2) überwacht. Die Hauptkomponenten (Cellulose, Xylan und Lignin) wurden ebenfalls pyrolysiert. Die verschiedenen Hölzer wurden unter den optimierten Pyrolysebedingungen untersucht und anschließend mit Kohlendioxid aktiviert. Die Aktivate wurden Mikrostrukturanalysen unterzogen.
Das Projekt "Schnellerhitzung feinkoerniger Kohlen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität-Gesamthochschule Essen, Fachbereich 13 Energie-, Verfahrens- und Elektrotechnik, Institut für Umweltverfahrenstechnik durchgeführt. Ueber die Vorgaenge bei der Erhitzung von Steinkohle liegen zahlreiche Untersuchungen vor, die zumeist den Bedingungen des heute noch gebraeuchlichsten Steinkohleveredlungsverfahren, der Verkokung im Horizontalkammerofen, angepasst sind. Dagegen feht es teilweise noch an genauen Kenntissen ueber die Vorgaenge bei der Schnellerhitzung von Steinkohle, wie sie in neueren Verfahren, z.B. in der Formkoksherstellung oder in der Kohlevergasung, praktiziert werden. Hier wird die Kohle im direkten Kontakt mit gasfoermigen oder/und festen Waermetraegern ungleich schneller als im Kammerofen erhitzt. Die Aenderung des Feststoffes Kohle in den Feststoff Koks unter derart neuen Verkokungsbedingungen sind Gegenstand der Untersuchungen, wobei neben den Aufheizbedingungen auch Kohleart und Kohlekoernung sowie die Gasatmosphaere veraendert werden. Fruehere Untersuchungen deuten auf Besonderheiten im Blaehverfahren und hinsichtlich der Agglomeration hin. Dies wurde auch in ersten Versuchen des Vorhabens bestaetigt. Durch die Inbetriebnahme eines geliehenen Kleinreaktors wurden wertvolle Erkenntnisse fuer den Bau und Betrieb der Versuchsanlage gewonnen. Dadurch koennen die geplanten Versuche - Referenzversuche, Versuche mit technischen Koernungen, kontinuierliche Versuche, Mischversuche - noch gezielter durchgefuehrt werden. Die Ergebnisse der geplanten Untersuchung werden die bisherigen Erfahrungen ueber das Erweichungs- und Wiederverfestigungsverhalten von Steinkohle erweitern und technologische Daten fuer die o.g. Veredlungsverfahren liefern.
Das Projekt "Kontrolliertes Entbindern in Mikrowellen unterstützten Thermoprozessanlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik durchgeführt. Die Entbinderung von Keramiken als Vorbereitung auf die Sinterung ist einer der zeitlich und energetisch aufwendigsten Prozessschritte in der Keramikherstellung. Dieser Prozessschritt bestimmt bei nicht wenigen Keramiken die möglichen Durchsätze und die Qualität des Produktes. Bei zu schneller Entfernung des Binders kann es zum Verzug des Rohlings, zum Festigkeitsverlust der Binderbrücken und zu Mikrorissen bis zur vollständigen Zerstörung des Rohlings kommen. Ursachen sind in nahezu allen Fällen zu hohe Temperaturgradienten im Material. Weiter kann das Ende des Entbinderungsprozesses nicht zweifelsfrei festgestellt werden. Wird der Binder nicht vollständig entfernt, können beim anschließenden wesentlich schneller ablaufenden Sinterprozess ähnliche Schädigungen auftreten. Zur Vermeidung solcher Szenarien werden sehr geringe Aufheizgeschwindigkeiten und lange Haltezeiten gewählt. Durch den Einsatz von Mikrowellentechnik kann die Prozesszeit in Thermoprozessanlagen oft drastisch reduziert werden. Bis heute wurde dies nur im kleinen Maßstab durchgeführt. Mit der im Projekt entwickelten und gebauten Anlage erreichen diese Öfen eine Größe, die sie für die industrielle Kleinserienfertigung interessant machen. Dabei wird weniger Energie bei gleich bleibender Produktqualität verbraucht. Dazu ist es notwendig, die bestehende Ofentechnik für die Mikrowellenanwendung anzupassen. Im ersten Teil des Projektes wurde als Ergebnis von Simulationen und Vorversuchen ein geeignetes Konzept für einen Mikrowellenentbinderungsofen erarbeitet. Es wurden ein Heißverschlusssystem und ein Hochfrequenzteiler für diese besonderen Anforderungen entwickelt und gebaut. Zur Online-Kontrolle des Entbinderungszustandes wird ein Fourier-Transformations-Infrarotspektroskop (FTIR) verwendet, das die Zusammensetzung des Prozessgases überwacht. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die FTIR-Messtechnik sehr gut geeignet ist, um Entbinderungsvorgänge zu optimieren, da hiermit Einblicke in die zugrunde liegenden Freisetzungsmechanismen ermöglicht werden. Anhand der auftretenden Reaktionsprodukte und Zwischenprodukte kann auf die für den jeweiligen Binderbestandteil optimalen Temperaturbereich geschlossen werden. In den durchgeführten Versuchen wurde erfolgreich gezeigt, dass diese Information in Verbindung mit der Ende-Erkennung dieser Temperaturphasen genutzt werden kann, die Prozessdauer des Entbinderns deutlich zu reduzieren. Eine Integration in die Ofensteuerung ist möglich, aber sehr aufwendig, da die Zusammensetzung der Ofenatmosphäre stark von der Art des Materials, der Beladungsdichte und der individuellen Charakteristik des Ofens abhängt. Der damit verbundene Aufwand, die zur Prozessregelung geeignete Information automatisch aus den Spektren zu extrahieren, rechtfertigt den Einsatz dieses Messverfahrens in der Praxis deshalb nur im Ausnahmefall. Durch den Einsatz dieser Techniken und des neuen Ofenkonzepts kann die Entbinderungszeit von z.B. ZnO-Keramiken drastisch reduziert werde
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung einer Glaspressanlage" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Füller Glastechnologie Vertriebs-GmbH durchgeführt. Die aktuelle Prozesskette zur Fertigung von Beleuchtungsoptiken aus Glas zeichnet sich durch einen hohen Energie- und Ressourcenverbrauch aus, da jede Optik einzeln geschliffen und poliert werden muss. Ziel des vorliegenden Forschungsprojekts EFFEKT ist daher die Entwicklung einer neuen Prozesskette zur energie- und ressourceneffizienten Fertigung von LED-Glasoptiken. Die zu entwickelnde Prozesskette basiert auf drei technologischen Säulen: dem nicht-isothermen Blankpressen, der waferbasierten Fertigung sowie auf der Anwendung im Bereich LED-Optik. Bei der angestrebten Prozesskette wird ein Glaswafer erwärmt und mittels zwei Formhälften umgeformt. Mit der hierbei zum Einsatz kommenden Technologie soll es möglich sein in einem einzigen Prozessschritt bis zu 100 Einzeloptiken herzustellen. Das konkrete Ziel dieses Teilvorhabens ist der Erwerb von Know-How zum Pressen von Arrays, das eine Erweiterung des Produktspektrums bis hin zu kleineren Bauteilen in einer Anlagenkonfiguration ermöglicht. Ausgehend von einer zu definierenden Demonstratoroptik (AP1) wird ein Prozess- und Werkzeugdesign entwickelt (AP2). Dieses AP 2 wird schwerpunktmäßig durch das Fraunhofer IPT sowie bzgl. dem Werkzeugdesign und der praktischen Umsetzbarkeit des Prozesses in die Anlagentechnik durch die Firma Füller Glastechnologie Vertriebs GmbH bearbeitet. Im Vordergrund der Entwicklungen stehen u.a. die Auswahl einer geeigneten Aufheizmethodik und entsprechender Formwerkstoff sowie die Konstruktion und Optimierung des Umformwerkzeugs. Das hieraus entwickelte Prozessdesign wird im Anschluss anlagentechnisch umgesetzt (AP3). Parallel wird das Werkzeugdesign durch die Fertigung hochgenauer Umformwerkzeuge durch Fa. Füller und Fa. Sonix umgesetzt (AP4). Basierend hierauf erfolgt im Anschluss die Entwicklung des Blankpressprozesses, welches ebenfalls Schwerpunkt des Fraunhofer IPTs sowie der Fa. Füller ist (AP5). Der entwickelte Blankpressprozess wird anschließend skaliert, sodass eine spätere Serienfertigung ermöglicht wird (AP6). Abschließend wird die neue Prozesskette energetisch/ökologisch sowie wirtschaftlich bewertet (AP7).
Das Projekt "Teilvorhaben: Skalierung des Blankpressprozesses" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von J. Hauser GmbH & Co. KG durchgeführt. Die aktuelle Prozesskette zur Fertigung von Beleuchtungsoptiken aus Glas zeichnet sich durch einen hohen Energie- und Ressourcenverbrauch aus, da jede Optik einzeln geschliffen und poliert werden muss. Ziel des vorliegenden Forschungsprojekts EFFEKT ist daher die Entwicklung einer neuen Prozesskette zur energie- und ressourceneffizienten Fertigung von LED-Glasoptiken. Die zu entwickelnde Prozesskette basiert auf drei technologischen Säulen: dem nicht-isothermen Blankpressen, der waferbasierten Fertigung sowie auf der Anwendung im Bereich LED-Optik. Bei der angestrebten Prozesskette wird ein Glaswafer erwärmt und mittels zwei Formhälften umgeformt. Mit der hierbei zum Einsatz kommenden Technologie soll es möglich sein, in einem einzigen Prozessschritt bis zu 100 Einzeloptiken herzustellen. Konkretes Ziel dieses Teilvorhabens ist zunächst die Definition einer Demonstratoroptik. Basierend hierauf soll ein Prozessverständnisses erarbeitet und die technologischen Grenzen des Prozesses sowie Möglichkeiten zur Skalierung des Prozesses bestimmt werden. Ausgehend von einer schwerpunktmäßig durch die Fa. Hauser zu definierende Demonstratoroptik (AP1) wird ein Prozess- und Werkzeugdesign entwickelt (AP2). Im Vordergrund der Entwicklungen stehen die Auswahl einer geeigneten Aufheizmethodik und entsprechender Formwerkstoff sowie die Konstruktion und Optimierung des Umformwerkzeugs. Das hieraus entwickelte Prozessdesign wird im Anschluss anlagentechnisch umgesetzt (AP3). Parallel wird das Werkzeugdesign durch die Fertigung hochgenauer Umformwerkzeuge umgesetzt (AP4). Basierend hierauf erfolgt die Entwicklung des Blankpressprozesses (AP5). Der entwickelte Blankpressprozess wird anschließend bei der Fa. Hauser implementiert und skaliert, was Entwicklungsschwerpunkt der Fa. Hauser in diesem Projekt darstellt. Durch diese Skalierung wird eine spätere Serienfertigung ermöglicht (AP6). Abschließend wird die neue Prozesskette energetisch/ökologisch sowie wirtschaftlich bewertet (AP7).
Das Projekt "EnOB: SmartAdapt: Entwicklung eines Demonstrators für ein adaptives Heizungssystem mit anschließendem Feldtest" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Berliner Hochschule für Technik, Fachbereich IV Architektur und Gebäudetechnik durchgeführt. Ein derzeitiges Heizungssystem besteht aus den wesentlichen Komponenten wie Kessel, Pumpe und Thermostatventilen, die weitgehend unabhängig voneinander arbeiten. Wenn die einzelnen Komponenten für sich optimal arbeiten, bedeutet das nicht, dass das Heizungssystem energetisch effizient ist. Ein System funktioniert nur dann optimal, wenn alle Komponenten innerhalb des Systems aufeinander abgestimmt und die Wechselwirkungen zwischen den Komponenten berücksichtigt sind. Aus diesem Umstand resultiert insbesondere in Bestandsgebäuden ein hohes energetisches Einsparpotential. In diesem Forschungsvorhaben geht es um die Entwicklung eines Demonstrators für ein adaptives Heizungssystem. Der Demonstrator stellt eine Regeleinheit mit einem intelligenten Algorithmus zur Verfügung, der die optimale Zusammenarbeit der Komponenten bei variierenden Umgebungsbedingungen ermöglicht. Die Funktionalität des Algorithmus soll zunächst im Labor und anschließend auch in realen Objekten erprobt werden. Zu seinen Funktionen zählen die Aufheizoptimierung, der permanente dynamische hydraulische Abgleich, die Adaption der Pumpenleistung und die bedarfsgerechte Vorlauftemperaturregelung am Kessel. Weiterhin wird bei höchst möglicher Effizienz der Nutzerkomfort jederzeit sichergestellt. Das Vorhaben gliedert sich in vier Arbeitspakete: 1. Entwicklung und Validierung der Smart-Funktionen zur Betriebsoptimierung 2. Validierung der Algorithmen mit Hardware in the Loop simulation 3. Felderprobung 4. Auswertung.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung eines Blankpressprozesses" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie durchgeführt. Die aktuelle Prozesskette zur Fertigung von Beleuchtungsoptiken aus Glas zeichnet sich durch einen hohen Energie- und Ressourcenverbrauch aus, da jede Optik einzeln geschliffen und poliert werden muss. Ziel des vorliegenden Forschungsprojekts EFFEKT ist daher die Entwicklung einer neuen Prozesskette zur energie- und ressourceneffizienten Fertigung von LED-Glasoptiken. Die zu entwickelnde Prozesskette basiert auf drei technologischen Säulen: dem nicht-isothermen Blankpressen, der waferbasierten Fertigung sowie auf der Anwendung im Bereich LED-Optik. Bei der angestrebten Prozesskette wird ein Glaswafer erwärmt und mittels zwei Formhälften umgeformt. Mit der hierbei zum Einsatz kommenden Technologie soll es möglich sein in einem einzigen Prozessschritt bis zu 100 Einzeloptiken herzustellen. Konkretes Ziel dieses Teilvorhabens ist die Entwicklung des Umformprozesses und eines zugehörigen Werkzeugsystems. Weiterhin ist die Quantifizierung des energetischen Einsparpotentials der Prozesskette Ziel dieses Teilvorhabens. Ausgehend von einer zu definierenden Demonstratoroptik (AP1) wird ein Prozess- und Werkzeugdesign entwickelt (AP2). Dieses AP 2 wird schwerpunktmäßig durch das Fraunhofer IPT bearbeitet. Im Vordergrund der Entwicklungen stehen u.a. die Auswahl einer geeigneten Aufheizmethodik und entsprechender Formwerkstoff sowie die Konstruktion und Optimierung des Umformwerkzeugs. Das hieraus entwickelte Prozessdesign wird im Anschluss anlagentechnisch umgesetzt (AP3). Parallel wird das Werkzeugdesign durch die Fertigung hochgenauer Umformwerkzeuge umgesetzt (AP4). Basierend hierauf erfolgt im Anschluss die Entwicklung des Blankpressprozesses, welches ebenfalls Schwerpunkt des Fraunhofer IPTs ist (AP5). Der entwickelte Blankpressprozess wird anschließend skaliert, sodass eine spätere Serienfertigung ermöglicht wird (AP6). Abschließend wird die neue Prozesskette energetisch/ökologisch sowie wirtschaftlich bewertet (AP7).
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