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Klärschlammbestandteile und Entstehung

Gemäß dem Prinzip der Abwasserreinigung werden wasserfremde bzw. schädliche Stoffe, die die Oberflächengewässerqualität bzw. die Gesundheit der Bevölkerung beeinträchtigen können, entweder biologisch abgebaut oder aber in den Klärschlamm überführt. Die Klärschlammbestandteile können sowohl mineralischen, als auch organischen Ursprungs sein. Wird der Klärschlamm einer Faulung unterzogen, wird ein Teil der organischen Bestandteile biologisch abgebaut. Dabei entsteht Klärgas. Durch den hohen Methananteil ist das Klärgas ein hervorragender regenerativer Energieträger. Da jedoch nicht der komplette Anteil der organischen Bestandteile abgebaut wird, hat selbst ausgefaulter Klärschlamm noch einen Wert als Energieträger. Doch nicht nur die in organischen Verbindungen gebundene chemische Energie macht Klärschlamm zu einer sekundären Ressource, sondern auch die in ihm enthaltenen Wertstoffe, zu denen vor allem die Nährstoffe Phosphor und Stickstoff zählen. Im Zuge der Entwicklung einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft wird dieser Aspekt an Bedeutung gewinnen. Bevor Klärschlamm die Kläranlagen verlässt, wird er in der Regel mechanisch z. B. mit Zentrifugen entwässert. Durch die Reduzierung seines Wasseranteils von über 95% auf unter 80-70% reduziert sich auch die Menge bzw. das Volumen, das entsorgt werden muss. In manchen Fällen wird der Klärschlamm sogar einer Trocknung unterzogen, die den Trockenmasseanteil auf ca. 95% erhöhen kann.

Teilvorhaben 2

Das Projekt "Teilvorhaben 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ökotec - Biogasgesellschaft mbH & Co. KG durchgeführt. Ziel des Projektes 'BioKon' ist die Optimierung des Verfahrens der biologischen ex-situ-Methanisierung in der Blasensäule hinsichtlich des Gaseinbringsystems und der Mikrobiologie. Damit wird ein Verfahren zur Konversion von 'grünem' Kohlenstoffdioxid (z.B. aus Biogas) und (Elektrolyse)-Wasserstoff zu Methan mittels biologischer Methanisierung in der Blasensäule etabliert, welches vorzugsweise für die Nachrüstung von Biogasanlagen als Produzenten von 'grünem' Kohlenstoffdioxid geeignet ist. Hinsichtlich der Volatilität von Wind- und Sonnenstrom wird somit im Rahmen der Bioökönomie die Erzeugung des regenerativen Energiespeichers Biomethan vorangetrieben (Sektorkopplung Strom und Gas). Als Produzenten von biogenem CO2 sind Biogasanlagen geeignete Orte zur Wandlung von elektrischer in chemische Energie mittels der biologischen Methanisierung. Für die ca. 9.500 bestehenden Biogasanlagen ergibt sich mit 'BioKon' ein neues Geschäftsmodell nach dem Auslaufen des EEGs. Zur Erreichung dieser Ziele steht entsprechendes Know-how im prozessbiologischen und verfahrenstechnischen Bereich zur biologischen Methanisierung in der Blasensäule am DBI zur Verfügung. MicroPro steuert langjährige Erfahrung in mikrobiologischen und molekularbiologischen Fragestellungen zu Methanisierung und anderer wasserstoffverwertender biologischen Prozesse bei. IKTS als Akteur im Bereich keramische Technologien verfügt über die Expertise zur wissensbasierten Konzeption und Fertigung des neuartigen Gasinjektionssystems auf Grundlage einer Keramikmembran. Im Resultat steht eine Technologie zur Verfügung, welche neue Nutzungspfade der biobasierten Ressource CO2 eröffnet. Als Betreiber einer Biogasanlage mit über 20-jähriger Erfahrung wird Ökotec diese Entwicklung begleiten, sodass über die Projektlaufzeit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens im besonderen Fokus steht.

Teilvorhaben 1

Das Projekt "Teilvorhaben 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH, Standort Freiberg durchgeführt. Ziel des Projektes 'BioKon' ist die Optimierung des Verfahrens der biologischen ex-situ-Methanisierung in der Blasensäule hinsichtlich des Gaseinbringsystems und der Mikrobiologie. Damit wird ein Verfahren zur Konversion von 'grünem' Kohlenstoffdioxid (z.B. aus Biogas) und (Elektrolyse)-Wasserstoff zu Methan mittels biologischer Methanisierung in der Blasensäule etabliert, welches vorzugsweise für die Nachrüstung von Biogasanlagen als Produzenten von 'grünem' Kohlenstoffdioxid geeignet ist. Hinsichtlich der Volatilität von Wind- und Sonnenstrom wird somit im Rahmen der Bioökönomie die Erzeugung des regenerativen Energiespeichers Biomethan vorangetrieben (Sektorkopplung Strom und Gas). Als Produzenten von biogenem CO2 sind Biogasanlagen geeignete Orte zur Wandlung von elektrischer in chemische Energie mittels der biologischen Methanisierung. Für die ca. 9.500 bestehenden Biogasanlagen ergibt sich mit 'BioKon' ein neues Geschäftsmodell nach dem Auslaufen des EEGs. Zur Erreichung dieser Ziele steht entsprechendes Know-how im prozessbiologischen und verfahrenstechnischen Bereich zur biologischen Methanisierung in der Blasensäule am DBI zur Verfügung. MicroPro steuert langjährige Erfahrung in mikrobiologischen und molekularbiologischen Fragestellungen zu Methanisierung und anderer wasserstoffverwertender biologischen Prozesse bei. IKTS als Akteur im Bereich keramische Technologien verfügt über die Expertise zur wissensbasierten Konzeption und Fertigung des neuartigen Gasinjektionssystems auf Grundlage einer Keramikmembran. Im Resultat steht eine Technologie zur Verfügung, welche neue Nutzungspfade der biobasierten Ressource CO2 eröffnet. Als Betreiber einer Biogasanlage mit über 20-jähriger Erfahrung wird Ökotec diese Entwicklung begleiten, sodass über die Projektlaufzeit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens im besonderen Fokus steht.

Teilvorhaben 2: Drop-in Elektrolyse

Das Projekt "Teilvorhaben 2: Drop-in Elektrolyse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Der steigende Anteil der erneuerbaren Energien im Gesamtenergiemix verlangt die Speicherung temporär oder lokal überschüssiger elektrische Energie. Neben der Batterietechnologie als Möglichkeit der Speicherung bietet sich auch die elektroorganische Synthese als Technologie zur Speicherung und direkten Nutzung an. Bei elektroorganischen Synthesen wird elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt und ermöglicht so deren sichere und handhabbare Speicherung sowie Verwendung für die Synthese von Chemikalien. Bei der Nutzung von CO2 als Rohstoff für die elektrochemische Synthese ist das Spektrum an möglichen Produkten jedoch sehr begrenzt. Zumeist können hier mit hoher Selektivität und Elektroneneffizienz nur C1-Verbindungen erhalten werden. Die reine Biosynthese aus CO2 wiederum ist auf eine externe Energiequelle (z.B. H2) angewiesen. Um eine wertschöpfende Synthese ausgehend von CO2 zu ermöglichen, schlagen wir die Entwicklung eines beispielgebenden Verfahrens für die gekoppelte elektrochemisch-mikrobielle Synthese vor. Dabei wird in einem ersten Schritt an einer Gasdiffusionselektrode CO2 zu Formiat reduziert. Dieses Formiat wird anschließend bzw. in situ biotechnologisch zu industriell relevanten Wertstoffen umgesetzt. Die Wertstoffe schließen dabei Methan, PHB und Isopropanol oder Ectoin ein. Zur Erreichung der Ziele umfasst das Arbeitsprogramm in GAMES insbesondere die Herstellung von verbesserten Gasdiffusionselektroden, die Entwicklung von Elektrolyse-Zellen, die Erweiterung des Prozessfensters, Praxisevaluierungen und Modell-basierte Optimierungen.

H2Demo

Das Projekt "H2Demo" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Ziel des Projekts H2Demo ist die Entwicklung von Demonstratoren für die direkte solare Wasserstofferzeugung mit einer Fläche von 1300 Quadratzentimeter. Die Module sollen einen Wirkungsgrad für die Umwandlung von Sonnenenergie in chemische Energie, gespeichert in der Form von Wasserstoff Gas, von größer als 15% erzielen. Hierzu werden Epitaxieprozesse für Tandem-Absorber aus GaAsP/Si auf optimale Spannungen und maximalen Strom optimiert und ein neuer Hochdurchsatz MOVPE Reaktor gebaut, welcher eine wirtschaftliche Produktion der Absorberschichten erlauben soll. Es werden Prozesse entwickelt für die Aufbringung von Schutzschichten, Passivierungsschichten sowie Katalysatoren auf die Halbleiterabsorber und diese Strukturen werden auf ihre Eignung für die Wasserspaltung getestet. Hierbei muss insbesondere ein ausreichender Korrosionsschutz der Halbleiter im Elektrolyten gewährleistet werden. Die Entwicklung von Modulen zur solaren Wasserspaltung wird durch theoretische Modellierung von Transportprozessen im Elektrolyt begleitet. Nur so kann eine Skalierung heutiger Technologien auf große Flächen erreicht werden, ohne im Wirkungsgrad signifikant zu verlieren. Das Projekt weist den Weg zu einer effizienten solaren Wasserstofferzeugung aus der Forschung heraus, geht dabei aber gleichzeitig die Skalierung zu Demonstratoren und wirtschaftlichen Produktionsprozessen an.

Entwicklung von Demonstratoren zur direkten solaren Wasserspaltung

Das Projekt "Entwicklung von Demonstratoren zur direkten solaren Wasserspaltung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Ziel des Projekts H2Demo ist die Entwicklung von Demonstratoren für die direkte solare Wasserstofferzeugung mit einer Fläche von 1300 Quadratzentimeter. Die Module sollen einen Wirkungsgrad für die Umwandlung von Sonnenenergie in chemische Energie, gespeichert in der Form von Wasserstoff Gas, von größer als 15% erzielen. Hierzu werden Epitaxieprozesse für Tandem-Absorber aus GaAsP/Si auf optimale Spannungen und maximalen Strom optimiert und ein neuer Hochdurchsatz MOVPE Reaktor gebaut, welcher eine wirtschaftliche Produktion der Absorberschichten erlauben soll. Es werden Prozesse entwickelt für die Aufbringung von Schutzschichten, Passivierungsschichten sowie Katalysatoren auf die Halbleiterabsorber und diese Strukturen werden auf ihre Eignung für die Wasserspaltung getestet. Hierbei muss insbesondere ein ausreichender Korrosionsschutz der Halbleiter im Elektrolyten gewährleistet werden. Die Entwicklung von Modulen zur solaren Wasserspaltung wird durch theoretische Modellierung von Transportprozessen im Elektrolyt begleitet. Nur so kann eine Skalierung heutiger Technologien auf große Flächen erreicht werden, ohne im Wirkungsgrad signifikant zu verlieren. Das Projekt weist den Weg zu einer effizienten solaren Wasserstofferzeugung aus der Forschung heraus, geht dabei aber gleichzeitig die Skalierung zu Demonstratoren und wirtschaftlichen Produktionsprozessen an.

Biogene CO2-Konversion: Umfassende Optimierung der biologischen Methanisierung in Blasensäulenreaktoren

Das Projekt "Biogene CO2-Konversion: Umfassende Optimierung der biologischen Methanisierung in Blasensäulenreaktoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH, Standort Freiberg durchgeführt. Ziel des Projektes 'BioKon' ist die Optimierung des Verfahrens der biologischen ex-situ-Methanisierung in der Blasensäule hinsichtlich des Gaseinbringsystems und der Mikrobiologie. Damit wird ein Verfahren zur Konversion von 'grünem' Kohlenstoffdioxid (z.B. aus Biogas) und (Elektrolyse)-Wasserstoff zu Methan mittels biologischer Methanisierung in der Blasensäule etabliert, welches vorzugsweise für die Nachrüstung von Biogasanlagen als Produzenten von 'grünem' Kohlenstoffdioxid geeignet ist. Hinsichtlich der Volatilität von Wind- und Sonnenstrom wird somit im Rahmen der Bioökönomie die Erzeugung des regenerativen Energiespeichers Biomethan vorangetrieben (Sektorkopplung Strom und Gas). Als Produzenten von biogenem CO2 sind Biogasanlagen geeignete Orte zur Wandlung von elektrischer in chemische Energie mittels der biologischen Methanisierung. Für die ca. 9.500 bestehenden Biogasanlagen ergibt sich mit 'BioKon' ein neues Geschäftsmodell nach dem Auslaufen des EEGs. Zur Erreichung dieser Ziele steht entsprechendes Know-how im prozessbiologischen und verfahrenstechnischen Bereich zur biologischen Methanisierung in der Blasensäule am DBI zur Verfügung. MicroPro steuert langjährige Erfahrung in mikrobiologischen und molekularbiologischen Fragestellungen zu Methanisierung und anderer wasserstoffverwertender biologischen Prozesse bei. IKTS als Akteur im Bereich keramische Technologien verfügt über die Expertise zur wissensbasierten Konzeption und Fertigung des neuartigen Gasinjektionssystems auf Grundlage einer Keramikmembran. Im Resultat steht eine Technologie zur Verfügung, welche neue Nutzungspfade der biobasierten Ressource CO2 eröffnet. Als Betreiber einer Biogasanlage mit über 20-jähriger Erfahrung wird Ökotec diese Entwicklung begleiten, sodass über die Projektlaufzeit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens im besonderen Fokus steht.

CO2-WIN: Gasdiffusionselektroden für gekoppelte mikrobielle-elektrochemische Synthesen aus CO2

Das Projekt "CO2-WIN: Gasdiffusionselektroden für gekoppelte mikrobielle-elektrochemische Synthesen aus CO2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Mittelhessen, Institut für Bioverfahrenstechnik und Pharmazeutische Technologie (IBPT), Arbeitsgruppe Intensivierung von Bioprozessen (IB) durchgeführt. Der steigende Anteil der erneuerbaren Energien im Gesamtenergiemix verlangt die Speicherung temporärer oder lokal überschüssiger elektrische Energie. Neben der Batterietechnologie als Möglichkeit der Speicherung bietet sich auch die elektroorganische Synthese als Technologie zur Speicherung und direkten Nutzung an. Bei elektroorganischen Synthesen wird elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt und ermöglicht so deren sichere und handhabbare Speicherung sowie Verwendung für die Synthese von Chemikalien. Bei der Nutzung von CO2 als Rohstoff für die elektrochemische Synthese ist das Spektrum an möglichen Produkten jedoch sehr begrenzt. Zumeist können hier mit hoher Selektivität und Elektroneneffizienz nur C1-Verbindungen erhalten werden. Die reine Biosynthese aus CO2 wiederum ist auf eine externe Energiequelle (z.B. H2) angewiesen. Um eine wertschöpfende Synthese ausgehend von CO2 zu ermöglichen, schlagen wir die Entwicklung eines beispielgebenden Verfahrens für die gekoppelte elektrochemisch-mikrobielle Synthese vor. Dabei wird in einem ersten Schritt an einer Gasdiffusionselektrode CO2 zu Formiat reduziert. Dieses Formiat wird anschließend bzw. in situ biotechnologisch zu industriell relevanten Wertstoffen umgesetzt. Die Wertstoffe schließen dabei Methan, PHB und Isopropanol oder Ectoin ein. Zur Erreichung der Ziele umfasst das Arbeitsprogramm in GAMES insbesondere die Herstellung von verbesserten Gasdiffusionselektroden, die Entwicklung von Elektrolyse-Zellen, die Erweiterung des Prozessfensters, Praxisevaluierungen und Modell-basierte Optimierungen.

Teilvorhaben 1: Mischkulturen.

Das Projekt "Teilvorhaben 1: Mischkulturen." wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Mittelhessen, Institut für Bioverfahrenstechnik und Pharmazeutische Technologie (IBPT), Arbeitsgruppe Intensivierung von Bioprozessen (IB) durchgeführt. Der steigende Anteil der erneuerbaren Energien im Gesamtenergiemix verlangt die Speicherung temporärer oder lokal überschüssiger elektrische Energie. Neben der Batterietechnologie als Möglichkeit der Speicherung bietet sich auch die elektroorganische Synthese als Technologie zur Speicherung und direkten Nutzung an. Bei elektroorganischen Synthesen wird elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt und ermöglicht so deren sichere und handhabbare Speicherung sowie Verwendung für die Synthese von Chemikalien. Bei der Nutzung von CO2 als Rohstoff für die elektrochemische Synthese ist das Spektrum an möglichen Produkten jedoch sehr begrenzt. Zumeist können hier mit hoher Selektivität und Elektroneneffizienz nur C1-Verbindungen erhalten werden. Die reine Biosynthese aus CO2 wiederum ist auf eine externe Energiequelle (z.B. H2) angewiesen. Um eine wertschöpfende Synthese ausgehend von CO2 zu ermöglichen, schlagen wir die Entwicklung eines beispielgebenden Verfahrens für die gekoppelte elektrochemisch-mikrobielle Synthese vor. Dabei wird in einem ersten Schritt an einer Gasdiffusionselektrode CO2 zu Formiat reduziert. Dieses Formiat wird anschließend bzw. in situ biotechnologisch zu industriell relevanten Wertstoffen umgesetzt. Die Wertstoffe schließen dabei Methan, PHB und Isopropanol oder Ectoin ein. Zur Erreichung der Ziele umfasst das Arbeitsprogramm in GAMES insbesondere die Herstellung von verbesserten Gasdiffusionselektroden, die Entwicklung von Elektrolyse-Zellen, die Erweiterung des Prozessfensters, Praxisevaluierungen und Modell-basierte Optimierungen.

Teilvorhaben 5: Halophile mikrobielle Elektrosynthese

Das Projekt "Teilvorhaben 5: Halophile mikrobielle Elektrosynthese" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Department Umweltmikrobiologie durchgeführt. Der steigende Anteil der erneuerbaren Energien im Gesamtenergiemix verlangt die Speicherung temporär oder lokal überschüssiger elektrische Energie. Neben der Batterietechnologie als Möglichkeit der Speicherung bietet sich auch die elektroorganische Synthese als Technologie zur Speicherung und direkten Nutzung an. Bei elektroorganischen Synthesen wird elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt und ermöglicht so deren sichere und handhabbare Speicherung sowie Verwendung für die Synthese von Chemikalien. Bei der Nutzung von CO2 als Rohstoff für die elektrochemische Synthese ist das Spektrum an möglichen Produkten jedoch sehr begrenzt. Zumeist können hier mit hoher Selektivität und Elektroneneffizienz nur C1-Verbindungen erhalten werden. Die reine Biosynthese aus CO2 wiederum ist auf eine externe Energiequelle (z.B. H2) angewiesen. Um eine wertschöpfende Synthese ausgehend von CO2 zu ermöglichen, schlagen wir die Entwicklung eines beispielgebenden Verfahrens für die gekoppelte elektrochemisch-mikrobielle Synthese vor. Dabei wird in einem ersten Schritt an einer Gasdiffusionselektrode CO2 zu Formiat reduziert. Dieses Formiat wird anschließend bzw. in situ biotechnologisch zu industriell relevanten Wertstoffen umgesetzt. Die Wertstoffe schließen dabei Methan, PHB und Isopropanol oder Ectoin ein. Zur Erreichung der Ziele umfasst das Arbeitsprogramm in GAMES insbesondere die Herstellung von verbesserten Gasdiffusionselektroden, die Entwicklung von Elektrolyse-Zellen, die Erweiterung des Prozessfensters, Praxisevaluierungen und Modell-basierte Optimierungen.

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