Das Projekt "Teilprojekt : CF05.3: Entwicklung von druckstabilen, direkt elektrisch beheizbaren Sauerstoff-permeablen Dünnschichtmembranen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme, Institutsteil Hermsdorf durchgeführt. Der endotherme Prozess des NH3-Crackens wird i. d. R. durch eine einfache externe Beheizung mit einem Brenner realisiert. Die dafür eingesetzten Gasbrenner verwenden meist fossile Kohlenwasserstoffe und emittieren deshalb weiterhin CO2. NH3-Brenner sind wegen der schwierigen Stabilisierung der NH3 Verbrennung (Selbstverlöschung) und der fehlenden Nachfrage nicht kommerziell verfügbar. Darüber hinaus ist die Wärmerückgewinnung aus dem Abgas derartiger Kleinstbrenner unzureichend, da dafür separate Wärmetauscher entwickelt und eingesetzt werden müssen. Das Ziel des Verbundvorhabens CF05 ist ein hocheffizienter, hinsichtlich der Produktgaszusammensetzung hochflexibler NH3-Cracker ohne CO2-Emissionen. Dieser soll aus dem C-freien Energieträger NH3 mit möglichst geringem Energieaufwand H2 bzw. Gemische davon mit NH3, H2O und evtl. Rest O2 erzeugen. Der technische Lösungsansatz beruht auf einer kontinuierlichen Totaloxidation (exotherm) eines NH3 Teilstroms an einer gemischt leitenden, O2-permeablen MIEC-Membran (MIEC - Mixed Ionic Electronic Conductor). Die Wärme des entstehenden heißen Gasstroms aus H2O (g), N2 und Rest-O2 wird nachfolgend auf einen Katalysator übertragen, der einen weiteren NH3 Teilstrom thermisch/katalytisch crackt bzw. reformiert. Die Teilströme werden gemischt und stehen anschließend als Brennstoffgemisch für Brennstoffzellen und Verbrennungskraftmaschinen zur Verfügung. Das Hauptziel des Teilvorhabens ist eine direkt elektrisch beheizbare, tubulare O2-Membran mit geringer Trennschichtdicke. Sie stellt das Kernelement des beschriebenen NH3-Crackers dar.
Das Projekt "Teilvorhaben: Mechanische und verfahrenstechnische Optimierung des Prozesses" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Clausthal, Institut für Energieverfahrenstechnik und Brennstofftechnik durchgeführt. 1. Vorhabensziel: Gesamtziel dieser Forschungsarbeit ist die Untersuchung eines Gegenstromfestbettvergasers mit einem hohen Anteil an kalziniertem, mineralischem Gestein, sowohl als Stützgerüst als auch zur primären, thermo-chemischen Crackung von Teeren und Ölen und gleichzeitiger Bindung von Halogenen, Schwefel und Schwermetallen. Das Untersuchungsprogramm umfasst experimentelle Arbeiten an verschiedenen Technikumsreaktoren sowie mathematische Modellierungen. Die experimentellen Daten fließen in zwei Modelle ein. Ein eindimensionales Reaktormodell stellt die Vorgänge im Vergaser sehr flexibel dar. Es dient als Werkzeug für den direkten Einsatz an industriellen Reaktoren. In einer numerischen Simulation mittels CFD können die komplexen Strömungsvorgänge gut abgebildet werden. Insbesondere bei Reaktoren im Industriemaßstab stellt die Strömungsführung einen hohen Anspruch dar. Die Modelle werden an Technikumsreaktoren und an einem Industriereaktor validiert. Die Modelle stehen der Industrie und Wissenschaft zur Verfügung und können den jeweiligen Ansprüchen angepasst werden. 2. Arbeitsplanung: Das Forschungsprojekt lässt sich in drei Arbeitspakete einteilen: 1.AP) Forschung, Entwicklung und Fertigung von Anlagenprototypen; 2.AP) Experimentelle Untersuchungen zur Ermittlung von brennstoffspezifischen Daten; 3.AP) Theoretische, physikalisch-chemische Modelle zur Simulation des Verfahrens. Das Projekt wird mit einer Auswertung und einem Bericht abgeschlossen.
Das Projekt "Demonstrationsanlage für ein kostenneutrales, ressourceneffizientes Processing ausgedienter Li-Ion Batterien der Elektromobilität - EcoBatRec" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut und Lehrstuhl für metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling durchgeführt. Das vorgeschlagene Entwicklungs- und Pilotierungsprojekt soll im Unterschied zu heute industriell zur Verfügung stehenden und in Entwicklung befindlichen Recyclingverfahren erstmalig ein kostengünstiges Processing mit einer maximierten Rückgewinnung der werthaltigen Batterieinhaltsstoffe verbinden. Die Kerninnovationen des vorgeschlagene Verwertungsverfahrens beinhalten: 1. Hohe Energieeffizienz durch Entwicklung eines autothermen Pyrolyseprozesses und Nutzung Energie extensiver mechanischer Aufbereitungstechnik; 2. Höchste Ressourceneffizienz durch Erfassung und Rückgewinnung aller Wertmetalle aus Batterien; 3. Optimierte Wirtschaftlichkeit durch Minimierung der Verfahrenstiefe und Maximierung marktgängiger Ausgangsprodukte und ihrer Erlöse; 3. Umsetzung des Konzeptes durch Nachweis mittels Demonstrationsanlage Das Arbeitsprogramm des Forschungsprojektes ist auf 42 Monate ausgelegt. Die einzelnen Arbeitspakete der Verbundpartner IME und ACCUREC können in großen Teilen parallel bearbeitet werden. Zunächst erfolgt eine Systemanalyse des Batterieschrotts. Darauf aufbauend erfolgen Verfahrenssimulationen zur Auslegung der Prozessschritte und benötigten Anlagen. Nach Aufbau, Installation und Inbetriebnahme der Anlagen erfolgen die Pilotversuche bzw. Laborversuche. Parallel dazu erfolgt eine Materialcharakterisierung und Verwertbarkeitsprüfung aller Zwischen und Endprodukte. Abgeschlossen wird das Projekt mit einer Ökobilanzierung und einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung.
Das Projekt "Teilvorhaben 3: Entwicklung und Programmierung der Steuerungseinheit" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von AixCellSys GmbH durchgeführt. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wird ein vielstofffähiger Stationärmotor entwickelt, der den Einsatz regenerativer flüssiger Kraftstoffe mit geringer Reinheit für eine KWK-Anwendung ermöglichen soll. Das teilhomogene Brennverfahren mit externer Gemischbildung hat zum Ziel die Stickoxid- und Partikelemissionen im Vergleich zum herkömmlichen Dieselverfahren unter Beibehaltung des derzeitigen Wirkungsgrads zu senken. Das Forschungsvorhaben wird von einem Projektkonsortium aus den beiden Forschungsstellen OWI Aachen, ITV Uni Hannover, sowie der Firma AixCellSys durchgeführt. Am OWI wird die Verdampfereinheit der externen Gemischbildung für die Anwendung am Motor entwickelt und optimiert. Hierbei kommt das Verfahren der Kalten Flammen Verdampfung zum Einsatz das eine autotherme Verdampfung des Kraftstoffs ermöglicht. Am ITV der Uni Hannover wird ein Dieselmotor für den Betrieb mit externer Gemischbildung optimiert, und sowohl mit einer Saugrohreindüsung des verdampften Brenngases, als auch einer Eindüsung des Brenngases in den Brennraum betrieben. Durch den Einsatz einer hochgenauen Induziermesstechnik, sowie der Abgasanalytik kann das Verfahren überwacht und optimiert werden. Die komplexe Steuerungseinheit für die externe Gemischbildung wird von der Firma AixCellSys entwickelt und an dem Prüfstand in Betrieb genommen. Die während der Projektlaufzeit erforderlichen Anpassungen werden direkt am Prüfstand umgesetzt.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Entwicklung, Anpassung und Erprobung eines Vorverdampfersystems" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von OWI Öl-Wärme-Institut Aachen GmbH durchgeführt. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wird ein vielstofffähiger Stationärmotor entwickelt, der den Einsatz regenerativer flüssiger Kraftstoffe mit geringer Reinheit für eine KWK-Anwendung ermöglichen soll. Das teilhomogene Brennverfahren mit externer Gemischbildung hat zum Ziel die Stickoxid- und Partikelemissionen im Vergleich zum herkömmlichen Dieselverfahren unter Beibehaltung des derzeitigen Wirkungsgrads zu senken. Das Forschungsvorhaben wird von einem Projektkonsortium aus den beiden Forschungsstellen OWI Aachen, ITV Uni Hannover, sowie der Firma AixCellSys durchgeführt. Am OWI wird die Verdampfereinheit der externen Gemischbildung für die Anwendung am Motor entwickelt und optimiert. Hierbei kommt das Verfahren der Kalten Flammen Verdampfung zum Einsatz das eine autotherme Verdampfung des Kraftstoffs ermöglicht. Am ITV der Uni Hannover wird ein Dieselmotor für den Betrieb mit externer Gemischbildung optimiert, und sowohl mit einer Saugrohreindüsung des verdampften Brenngases, als auch einer Eindüsung des Brenngases in den Brennraum betrieben. Durch den Einsatz einer hochgenauen Induziermesstechnik, sowie der Abgasanalytik kann das Verfahren überwacht und optimiert werden. Die komplexe Steuerungseinheit für die externe Gemischbildung wird von der Firma AixCellSys entwickelt und an dem Prüfstand in Betrieb genommen. Die während der Projektlaufzeit erforderlichen Anpassungen werden direkt am Prüfstand umgesetzt.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Untersuchungen am Einzylinder-Versuchsmotor und CFD-Berechnungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Technische Verbrennung durchgeführt. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wird ein vielstofffähiger Stationärmotor entwickelt, der den Einsatz regenerativer flüssiger Kraftstoffe mit geringer Reinheit für eine KWK-Anwendung ermöglichen soll. Das teilhomogene Brennverfahren mit externer Gemischbildung hat zum Ziel die Stickoxid- und Partikelemissionen im Vergleich zum herkömmlichen Dieselverfahren unter Beibehaltung des derzeitigen Wirkungsgrads zu senken. Das Forschungsvorhaben wird von einem Projektkonsortium aus den beiden Forschungsstellen OWI Aachen, ITV Uni Hannover, sowie der Firma AixCellSys durchgeführt. Am OWI wird die Verdampfereinheit der externen Gemischbildung für die Anwendung am Motor entwickelt und optimiert. Hierbei kommt das Verfahren der Kalte Flammen Verdampfung zum Einsatz das eine autotherme Verdampfung des Kraftstoffs ermöglicht. Am ITV der Uni Hannover wird ein Dieselmotor für den Betrieb mit externer Gemischbildung optimiert, und sowohl mit einer Saugrohreindüsung des verdampften Brenngases, als auch einer Eindüsung des Brenngases in den Brennraum betrieben. Durch den Einsatz einer hochgenauen Induziermesstechnik, sowie der Abgasanalytik kann das Verfahren überwacht und optimiert werden. Die komplexe Steuerungseinheit für die externe Gemischbildung wird von der Firma AixCellSys entwickelt und an dem Prüfstand in Betrieb genommen. Die während der Projektlaufzeit erforderlichen Anpassungen werden direkt am Prüfstand umgesetzt.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Autotherme Reformierungsprozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von FCPower Fuel Cell Power Systems GmbH durchgeführt. Ziel des Projektes ist es, eine effiziente Technologie zur Energieerzeugung in der unterbrechungsfreien Stromerzeugung für den Bereich der Gas- und Ölindustrie in Russland auf Basis von Hochtemperatur-PEM Brennstoffzellen (HT-PEM), welche Gas direkt von der Pipelineinfrastruktur als Brennstoff nutzen, aufzubauen und auf die Anforderungen des Partnerlandes anzupassen (kundenspezifisch). Grundlage des Systems ist die autotherme Reformierung (ATR) von Gas (direkte H2-Erzeugung) und eine HT-PEM Brennstoffzelle, welche in der Lage ist, Strom über einen langen Zeitraum während eines Stromausfalles zu liefern. Die entwickelten Prototypen werden anschließend unter den Kundenbedingungen im Partnerland getestet und analysiert. Zum Ende des Projektes wird ein vollständig neues und autarkes 1 kW hybrid Brennstoffzellensystem aufgebaut, welches netzunabhängig ist und seine Funktionalität unter den Bedingungen des russischen Marktes demonstriert mit deutlich verbesserter Ökobilanz. Die russische Seite präsentiert im Rahmen der Demonstration den neuen Plasmareformer und die HT-PEM Technik. Das geplante Projekt sieht mehrere Arbeitspakete vor. Dabei baut das Projekt auf 11 Arbeitspaketen auf: Ein Arbeitspaket ist dem Projekt-Management (AP1. Projektkoordination) zugeordnet und 10 Arbeitspakete für die Forschung- und Entwicklungsaktivitäten und der Erprobung/Demonstration in der Anwendung in Russland. Es findet eine Überwachung des Projektes mittels Meilensteinen und Balkenplänen statt.
Das Projekt "Teilprojekt 3: Speicher- und Energiewandlungssysteme" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA), Lehr- und Forschungsgebiet für Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik durchgeführt. Ziel des Projektes ist es, eine effiziente Technologie zur Energieerzeugung in der unterbrechungsfreien Stromerzeugung für den Bereich der Gas- und Ölindustrie in Russland auf Basis von Hochtemperatur-PEM Brennstoffzellen (HT-PEM), welche Gas direkt von der Pipelineinfrastruktur als Brennstoff nutzen, aufzubauen und auf die Anforderungen des Partnerlandes anzupassen (kundenspezifisch). Grundlage des Systems ist die autotherme Reformierung ATR von Gas (direkte H2-Erzeugung) und eine HT-PEM Brennstoffzelle, welche in der Lage ist, Strom über einen langen Zeitraum während eines Stromausfalles zu liefern. Die Partner müssen die neuen Schnittstellen zwischen dem BZ-System und der derzeitigen Infrastruktur in Russland ausarbeiten. Die entwickelten Prototypen werden anschließend unter den Kundenbedingungen im Partnerland getestet und analysiert. Dem Kunden soll es somit möglich sein, ein Generatorsystem zu betreiben, ohne dafür eine neue Infrastruktur zu benötigen, welche für reine Wasserstoffbrennstoffzellen notwendige wäre. Die Hauptherausforderung ist ein schneller Start des BZ-Systems und ein stabiler Betrieb auch bei extremen Außentemperaturen und Brennstoffeigenschaften. Neue Anforderungen und Betriebsumstände müssen für den neuen Markt betrachtet werden. Die Effizienz der Notstromversorgungssysteme in der kompletten Produktionskette wird mit Hilfe des entwickelten BZ-Systems deutlich verbessert (bessere Ökobilanz).
Das Projekt "Energieeffiziente Nutzung von pyrolysierbarem Material als Energieträger in Kalkwerken (Projekt Ecoloop)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von FELS-Werke GmbH durchgeführt. Der Einsatz von Sekundär-Energieträgern (z. B. Kunststoffen) in Kalkwerken unter Ausnutzung Kalkwerk-spezifischer Gegebenheiten schont nachhaltig fossile Rohstoffressourcen und macht den Kalkbrennprozess energieeffizienter. Ziel ist die Umwandlung der Ersatzbrennstoffe in Synthesegas. Die Technologie sieht vor, dem Kalkbrennprozess einen neuartigen und nahezu autothermen Gegenstromvergaser mit zirkulierendem Reaktionswanderbett vorzuschalten. Speziell in Kalkwerken ist ferner auch die Rückführung der prozessbedingten CO2-Emissionen aus den Kalköfen unter Ausnutzung der Boudouard-Reaktion (Umwandlung von CO2 zu CO) möglich. Der Kalk wirkt als Reaktionswanderbett im Vergaser, der in seiner technischen Ausführung der Funktionsweise fossil beheizter Vertikalschachtöfen angenähert ist. Das erzeugte Brenngas wird anschließend direkt in den Kalkbrennöfen thermisch verwertet. Hierin liegt auch das besondere Risiko des Vorhabens, denn die Klärung der Realisierbarkeit kann nur in großtechnischem Maßstab erfolgen. Am Ende des Vorhabens soll ein Prozess-Prototyp bereitgestellt werden, der eine nahezu uneingeschränkte Multiplikation der Technologie im industriellen Maßstab erlaubt.
Das Projekt "Ganzheitliche Entwicklung einer mechanisch-biologischen Abfallbehandlungsanlage einschließlich thermischer Abgasreinigung mit dem Ziel eines ressourceneffizienten Betriebs hinsichtlich Brennstoffbedarf und Minimierung der Ausfallzeiten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von CUTEC-Institut GmbH durchgeführt. Gegenstand der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Rahmen des Projekts ist die Entwicklung einer technischen Dienstleistung für Betreiber von Mechanisch-Biologischen-Abfallbehandlungsanlagen. Um die nach der 30. BImSchV geforderten Emissionsgrenzen einhalten zu können, wurden Nachverbrennungsanlagen (vornehmlich Regenerative-Thermische-Oxidations-Anlagen) für deren Ablüfte implementiert. Problematisch erwiesen sich massive Korrosionserscheinungen, verstopfende Wärmespeichermassen und der hohe Zusatzbrennstoffbedarf. Da die 1. Generation der RTO-Anlagen demnächst bereits ersetzt werden muss, wollten iba und CUTEC die planerische Basis für eine Optimierung der Prozesse und der RTO legen. Dabei optimierte iba das Verfahren des Abfallbehandlungsprozesses, so dass sich das Korrosions- und Belagspotenzial sowie der Brennstoffbedarf für die RTO signifikant reduzieren. CUTEC erprobte eine neue RTO-Technologie, die weniger korrosionsempfindlich ist und mit Belägen verbessert umgehen kann. Die aus dem Vorhaben resultierenden technischen bzw. planerischen Dienstleistungen können in mehr als 50 Unternehmen umgesetzt werden und ziehen erhebliche anlagentechnische Investitionen nach sich. Die Versuche fanden an der MBA Pohlsche Heide statt. Der Standort erwies für die Anlage als hervorragend geeignet. Einerseits unterstützte GVoA als Betreiber der MBA kontinuierlich die Arbeiten vor Ort. Andererseits erwies sich der vorhandene Platz als äußerst großzügig bemessen. Die niedrigen Siloxan-Gehalte in der Abluft im Bereich von 1 mg/Nm3 bis 2 mg/Nm3 ließen den Druckverlust in der Anlage über den Versuchszeitraum nicht ansteigen. Entsprechend unbeeindruckt zeigte sich die Regeneratormasse gegenüber den Anhaftungen. Bei zweimaligem Ablassen der Regeneratormasse konnten die wenigen Anhaftungen gut von den Keramikkugeln gelöst werden. Zur Anhebung der Rohgastemperatur und der damit erhofften Verringerung des Korrosionspotenzials des Rohgases wurde ein Wärmeübertrager zwischen Wäscher und RTO installiert. Der Einbau dieses Wärmeübertragers bewirkte eine Temperaturerhöhung der Abluft um 45 K. Eine deutlich verringerte Kondensationsneigung mit einhergehendem reduziertem Korrosionspotenzial gegenüber den verbauten Materialproben wurde dadurch erreicht. Ein autothermer Betrieb der RTO ließ sich ab einem spezifischen Energiebedarf von 23,5 Wh/Nm3 erreichen, so dass auf eine Zugabe von Zusatzbrennstoff verzichtet werden konnte. Im Vergleich zu Großanlagen, die üblicherweise einen Wert um 15 Wh/Nm3 bis 20 Wh/Nm3 aufweisen, wurde für eine Versuchsanlage ein guter Wert erreicht. Die Ansäuerung des Waschwassers bewirkte eine Senkung des Stickstoffmonoxid-Gehalts im Reingas um über 90Prozent. Der Distickstoffmonoxid-Anteil im Reingas konnte um immerhin 65 Prozent reduziert werden. Von den verbauten Probematerialien zur Dokumentation der Korrosion konnten im Rohgas Edelstähle überzeugen. Im Reingas erwiesen sich lediglich die Edelstähle 1.4462 und 1.4539 als eingeschränkt empf
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