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Mathematische Modellierung der Biomasse-Festbettverbrennung

Eine effiziente und umweltfreundliche Nutzung von Biomasse zur Bereitstellung von Energie ist von besonderer Bedeutung, da Biomasse CO2-neutral ist und fossile Energiequellen schont. Für die Optimierung von Festbettfeuerungen hinsichtlich Wirkungsgrad und Emissionen wurden in der Vergangenheit eine Vielzahl experimenteller und theoretischer Untersuchungen durchgeführt. Mehrere mathematische Modelle wurden in der Literatur vorgestellt, wobei die meisten dieser Modelle entweder die Vorgänge im einzelnen Partikel oder in der gesamten Schüttschicht beschreiben. Beide Modellgruppen sind für bestimmte Modellbrennstoffe in bestimmten Arbeitsbereichen anwendbar bzw. gültig. Im Fall von Biomasse werden aufgrund des hohen Anteils an Flüchtigen 85Prozent oder mehr der Brennstoffmasse während der Pyrolyse umgesetzt. Es ist bekannt, daß die Pyrolyse von vielen Faktoren abhängt, wie z. B. Partikelgröße, Temperatur, Aufheizrate, umgebende Atmosphäre, etc. Um realistische Berechnungsergebnisse zu erhalten ist es also notwendig, sowohl die Geschichte der einzelnen Brennstoffpartikel als auch die Phänomene in der gesamten Brennstoffschüttung gleichwertig zu berücksichtigen. In dem Projekt wird ein kombiniertes Reaktor/Partikel-Modell zur Berechnung von Temperatur- und Konzentrationsprofilen in Abhängigkeit von Ort und Zeit sowohl im einzelnen Brennstoffteilchen als auch in der gesamten Brennstoffschüttung entwickelt. Die Gase, welche die einzelnen Brennstoffteilchen während der Pyrolyse verlassen, bestimmen das Zünd- und Abbrandverhalten der Brennstoffschüttung und in weiterer Folge die Bildung und Freisetzung von Schadstoffen. Die meisten in der Literatur veröffentlichten experimentellen Untersuchungen konzentrieren sich auf die Bildungsrate und Zusammensetzung der von verschiedenen Brennstoffpartikel freigesetzten Gase bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen. Ein Schwerpunkt ist dabei der Teergehalt des Gases. Vom energetischen Gesichtspunkt wäre allerdings der Heizwert der Gase und deren Sauerstoffbedarf sowie der Heizwert des festen Pyrolyserückstandes in Abhängigkeit von dessen Umsatz wesentlich aussagekräftiger. Eine Berechnung dieser Größen ist praktisch unmöglich, da dazu die genaue Zusammensetzung des Teeres bekannt sein müßte. Im Rahmen des Projektes wird daher ein Kalorimeter zur Online-Messung des Heizwertes und Sauerstoffbedarfes der das Brennstoffteilchen verlassenden Gase entwickelt sowie ein Kalorimeter zur Messung des Heizwertes des festen Pyrolyserückstandes in Abhängigkeit von dessen Umsatz angeschafft. Diese Parameter stellen die wesentliche Verbindung zwischen dem Einzelpartikelmodell und dem Reaktormodell dar und werden im Laufe des Projektes für verschiedene Brennstoffe und Randbedingungen gemessen. Um die Berechnungsergebnisse zu validieren werden weiters Versuche in einem Biomasse-Festbett-Reaktor durchgeführt.

WIR! - Waste2Value - FermBioPol, TP1: Entwicklung von Fermentationsverfahren'

Entwicklung eines anaeroben Festbettverfahrens zur biologischen Behandlung von Schlachthofabwaessern

WavE - Re-Salt: Recycling von industriellen salzhaltigen Prozesswässern, Teilprojekt 3

CLEAN, Energiegewinnung durch die anaerobe Behandlung organischer Reststoffe an Bord von Kreuzfahrtschiffen - Vorhaben: Erprobung eines alternativen Verfahrensansatzes mit zweistufiger Oberflächenfermentation

Grossvergasungsversuche mit Steinkohle-Pellets und Agglomerierversuche mit Braunkohlen

Nach der erfolgreichen Vergasbarkeitserprobung von Pellets im Ruhr-100-Vergaser im Rahmen des Lurgi-Feinkohle-Agglomerate-Entwicklungsprogrammes (BMFT-Foerderschein: 03E 1249 A) bedarf es zur grosstechn. Einfuehrung der Feinkohlevergasung durch Pellets in Festbettvergasern noch: 1. der Feststellung, ob der Festbettvergaserbetrieb bei Pellets im Vergleich mit stueckigen Kohlen fuer einen effektiven Betrieb zu aendern ist (Reaktivitaet,Veraendern der Stroemungsverhaeltn., Hausbrand, Gaszusammensetzung), 2. des Beweises der breiteren Anwendbarkeit von Pellets in bezug auf versch. Kohlesorten und Festbettvergasertypen. Fuer 1. muss ein Langzeitversuch (500t Schlamm-Feinkohle, 100h im Ruhr-100) durchgefuehrt werden und fuer 2. zwei Pellet-Vergasbarkeitserprobungen. Eine mit einer grundsaetzl. anderen Kohlentype (50t nichtbackende Feinkohle, Ruhr-100) und eine zweite im Schlackenabstichvergaser (Westfield,Schottland, 60t Fuerst-Leopold-Feinkohle). Darueber hinaus ist zu untersuchen, ob auch die Feinanteile von Braunkohlen ueber deren Agglomerierung im Festbettvergaser zu vergasen sind.

WavE - Re-Salt: Recycling von industriellen salzhaltigen Prozesswässern, Teilprojekt 2

Inhalt des Teilprojektes: Als Vorreinigungsstufe vor weitergehenden Aufbereitungsprozessen zur Aufkonzentrierung eines Prozesswassers zur Nutzung als Sole für die Chloralkalielektrolyse, ist eine Filtration über granulierte Aktivkohle (AK) geplant. Ziel dieser Vorreinigungsstufe ist die Entfernung von Kohlenwasserstoffen die die weiteren Schritte der Aufkonzentrierung der Sole und bei der Elektrolyse stören. Mit den üblichen zur Wasserreinigung eingesetzten AK kommt es insbesondere bei der Entfernung von polaren oder ionogenen Substanzen zu einem sehr schnellen Durchbruch der Festbett-Aktivkohlefilter. Dies führt, bedingt durch den häufigen Austausch der AK, zu hohen Betriebskosten. Hauptziel des Arbeitspakets ist es daher, die Adsorptionskapazität der AK gegenüber zuvor identifizierten besonders problematischen polaren Substanzen und Ionen um ca. 30 %. zu erhöhen. Hierzu ist eine gezielte Modifikation der funktionellen Oberflächengruppen (FOG) geplant. Die gezielte Modifikation von Aktivkohlen (AK) zur selektiven Entfernung von polaren und ionischen organischen Störstoffen soll in dem Unterarbeitspaket (UAP) gemeinsam mit der Uni-DuE untersucht werden. Das UAP beinhaltet die chemische Behandlung der AK, die thermische Aktivierung im Labormaßstab inkl. der Charakterisierung, die Herstellung der als optimal getesteten Produkte im Großmaßstab sowie die Betrachtung der Ergebnisse einer Reaktivierung. Im Einzelnen gliedert es sich in die Arbeitsschritte: Erzeugung 'konventioneller AK' im Labor-Drehrohrofen (Überprüfung der Übertragbarkeit industrieller Prozess - Labormaßstab und als Referenz-AK), Herstellung chemisch-oberflächenmodifizierter AK im Labor- und Großmaßstab (verbesserte Adsorptionsleistung gegenüber polaren/ionogenen organischen Wasserinhaltsstoffen), Charakterisierung der AK (chemisch-physikalische Eigenschaften, Adsorptions-Batchtests), Festbettversuche sowie Reaktivierungsversuche mit den in den Festbettversuchen erschöpften AK.

RiSKWa - MiWa: Mikroplastik im Wasserkreislauf - Probenahme, Probenbehandlung, Analytik, Vorkommen, Entfernung und Bewertung, Teilprojekt 4

Die Relevanz der Sorption organischer Schadstoffe an Mikroplastik in limnischen Systemen ist bisher nicht ausreichend untersucht. Um Wissenslücken zu schließen und zur Beurteilung der Relevanz werden Sorptionsexperimente im Labormaßstab und in Feldversuchen durchgeführt. In Feldversuchen werden Mikroplastikpartikel in Flüssen bzw. Seen platziert und anschließend analysiert um die Sorption organischer Schadstoffe unter Umweltbedingungen zu erfassen. Speziell werden auch Altreifenpartikel untersucht, um deren Bedeutung als Quelle für organische Schadstoffe zu erfassen und zu bewerten. Die Harmonisierung der Detektionsmethoden für die Mikroplastikanalytik ist ein weiterer Schwerpunkt dieses Teilprojektes. Hierzu soll eine Methode zur Mikroplastikdetektion mittels FTIR-Mikroskopie entwickelt und innerhalb des Forschungsverbunds mit anderen Detektionsmethoden verglichen werden. Die Sorption organischer Schadstoffe an Mikroplastik wird zunächst in Laborversuchen untersucht. Es erfolgt zu Beginn des Projekts die Auswahl der für die Sorptionsexperimente verwendeten Polymere und organischen Schadstoffen in Absprache mit den Projektpartnern. Alle Analyseverfahren für die Bestimmung der Sorption organischer Schadstoffe werden, sofern nicht bereits etabliert, optimiert und validiert. Das Sorptionsverhalten von organischen Schadstoffen an Mikroplastikpartikel unterschiedlicher Polymertypen wird in Batch-Experimenten charakterisiert und mittels statistischer Methoden verglichen. Außerdem wird der Einfluss von natürlich vorkommenden organischen Stoffen auf die Sorption der Schadstoffe an Mikroplastik untersucht. In Versuchen mit Festbettbioreaktoren soll der Einfluss eines Biofilms auf die Sorption organischer Schadstoffe ermittelt werden. Anschließend werden Feldversuche in Süßwassergewässern sowie die Extraktion der Reifenpartikel gestartet. Eine Methode zur Mikroplastikdetektion über FTIR-Mikroskopie mit Probenvorbereitung nach der Dichtetrennung wird entwickelt und validiert.

Förderschwerpunkt Biotechnologie: Bioraffinerie der 2. Generation: Optimierung der Prozessführung zur Gewinnung werthaltiger Zucker und naturbelassenen Lignins aus Roggenstroh-Lignocellulose

Ziel dieses Ergänzungsprojektes ist die Bearbeitung von neu aufgeworfenen Fragestellungen aus dem Vorprojekt (DBU AZ13157-32). Diese umfassen unter anderem die Gewinnung eines hochwertigen Xyloseproduktes mittels Heisswasserhydrolyse (LHW), die Bestimmung von experimentellen Daten mit Relevanz zur Maßstabsvergrößerung, sowie der Vergleich des Prozesses mit konventionellen Methoden. Alle bis zu diesem Zeitpunkt durchzuführenden Arbeiten des Arbeitsplanes wurden durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass eine Integration von thermischer und enzymatischer Hydrolyse möglich ist. Dabei wurde vor allem der Einfluss der Reaktorperipherie und des Festbetts auf die enzymatische Reaktion betrachtet. Weiterhin wurde nachgewiesen, dass für einige der verwendbaren Enzyme eine Stabilisierung bei erhöhten Temperaturen durch Druck möglich ist und sich dadurch die Anfangsreaktionsgeschwindigkeit deutlich steigern lässt. Auf Grund der bisherigen Ergebnisse ist nicht davon auszugehen, dass in naher Zukunft eine enzymatische Reaktion über 100°C durchgeführt werden kann. Daher wurde ein Anlagenkonzept entwickelt, um die noch vorhandenen Beschränkungen im Bereich der enzymatischen Hydrolyse zu kompensieren. Über die Verwendung einer Membran zur Abtrennung der monomeren und dimeren Zucker wird eine Hemmung der vorhergehenden enzymatischen Schritte verhindert und zudem das Produkt einfach von den eingesetzten Enzymen getrennt.

Entwicklung neuer Verfahren zur simultanen Elimination von organischen Schadstoffen (Pestizide) und Nitrat aus Trinkwasser unter Verwendung biologisch abbaubarer Festsubstrate, Entwicklung neuer Verfahren zur simultanen Elimination von organischen Schadstoffen (Pestizide) und Nitrat aus Rohwässern für die Trinkwasserversorgung unter Verwendung biologisch abbaubarer Festsubstrate - Teilprojekt 7: China

Es ist folgende Gliederung einzuhalten: 1. Vorhabenziel. 2. Arbeitsplanung. 3. Geplante Ergebnisverwertung. Zur Eingabe von Text klicken Sie bitte auf das nebenstehende Symbol. Allgemeines Ziel des Vorhabens ist es, ein Verfahren zur gekoppelten Entfernung von Nitrat und Pestiziden in Einfachbauweise zu entwickeln. Der Roto-Bio-Reaktor ist ein kontinuierlich arbeitender Reaktor, der nach dem Am-Ro-Tec-Verfahren erfolgreich Nitrat eliminiert. Im Rahmen des Verbundvorhabens wird der Reaktor mit dem in den Vorstufen entwickelten Polymeren getestet und weiterentwickelt. Dabei wird es im besonderen darauf ankommen, die aktiven Polymere solange im Reaktor zu halten bis sie verbraucht sind und andererseits die gesättigten Polymere auszuschleusen. Die Filter dienen der Nachreinigung des Wassers. Als Ergebnis wird eine Technologie erwartet, die unkompliziert und ohne besonderes Fachpersonal in ländlichen Gebieten, aus den vorhandenen Wasservorkommen Nitrat und Pestizide entfernt und damit für die Bewohner nutzbar macht.

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