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Entwicklung eines gekoppelten bioelektrochemischen Prozesses zur Produktion von E-Fuels und hochwertigen Chemikalien aus Abgasen und Abwässern, Teilprojekt C

Öle und Fette

Pflanzliche Öle werden als energiereiche Reservestoffe in Speicherorgane von Pflanzen eingelagert. Sie sind chemisch gesehen Ester aus Glycerin und drei Fettsäuren. In Deutschland konzentriert sich der Ölsaatenanbau auf Raps, Sonnenblume und Lein. Im Freistaat Sachsen dominiert auf Grund der Standortbedingungen und vor allem der Wirtschaftlichkeit eindeutig der Raps. Der maximal mögliche Anbauumfang von Raps liegt aus anbautechnischer Sicht bei 25 % der Ackerfläche und ist noch nicht ausgeschöpft (Sachsen 2004: 17 %). Für den landwirtschaftlichen Anbau kommen eine Reihe weiterer ölliefernder Pflanzenarten oder spezieller Sorten in Betracht. Interessant sind sie aus der Sicht der Verwertung insbesondere, wenn sie hohe Gehalte einzelner spezieller Fettsäuren aufweisen. Bei der Verarbeitung können dann aufwändige Aufbereitungs- und Trennprozesse eingespart und die Synthesevorleistung der Natur optimal genutzt werden. Der Anbauumfang ist jedoch meist noch sehr gering. Beispiele sind Nachtkerze und Iberischer Drachenkopf, aber auch Erucaraps und ölsäurereiche Sonnenblumensorten. a) stoffliche Verwertung In der stofflichen Verwertung reichen die Einsatzfelder pflanzlicher Öle von biologisch schnell abbaubaren Schmierstoffen, Lacken und Farben, über Tenside, Kosmetika, Wachse bis zu Grundchemikalien, aber auch Bitumen. b) energetische Verwertung Desweiteren können Pflanzenöle in Fahrzeugen, stationären oder mobilen Anlagen energetisch verwertet werden. Für den breiten Einsatz ist derzeit vor allem Biodiesel geeignet. Dieser kommt als reiner Kraftstoff zum Einsatz, seit 2004 auch in Beimischung zu Dieselkraftstoff. Eine weitere Möglichkeit eröffnet sich durch die Verwendung von reinem Rapsöl.

Pflanzenoel als Kraftstoff fuer Dieselmotoren

In dieser Arbeit wird die Verwendungsmoeglichkeit von Pflanzenoelen als Kraftstoff fuer Dieselmotoren, insbesondere in Hinblick auf die Anwendung dieser Technologie in den Laendern der Dritten Welt untersucht. Daher wird hier das 'On-farm-Konzept' verfolgt. Dh die gesamte Kette von der Oelsaatproduktion ueber das Oelpressen bis hin zur Verwertung des Oels erfolgt im landwirtschaftlichen Betrieb. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Durchfuehrung von Dauertests mit kaltgepresstem Rapsoel.

GH@BD - Green Hydrogen @ Blue Danube

Mit Sensoren für eine saubere Fahrweise

Die Motoren von Binnenschiffen gelten allgemein als ineffizient und dreckig - ihr Schadstoffausstoß gilt immer noch als zu hoch. Aber ist diese pauschale Aussage richtig? Die Ladungsmenge auf einem einzelnen Binnenschiff übertrifft diejenige von LKW und Bahn um ein Vielfaches, wodurch der Transport im Allgemeinen sehr effizient ist. Trotzdem ist der Schadstoffausstoß verhältnismäßig hoch, weshalb die Europäische Union die Grenzwerte für ausgestoßene Schadstoffe auch für die Binnenschifffahrt verschärfen wird. Im Rahmen des europäischen Forschungs- und Innovationsprogramms HORIZON2020 beteiligt sich die BAW am Vorhaben PROMINENT (promoting innovation in the inland waterways transport sector; http://www.prominent-iwt.eu/). Das Vorhaben hat zum Ziel, den Treibstoffbedarf und die Luftschadstoffemissionen der Binnenschiffe durch technische Maßnahmen und energieeffiziente Navigation zu reduzieren. Mit der Entwicklung eines Assistenzsystems erhält ein Schiffsführer Hinweise, wie er seinen Zielhafen treibstoffsparend und termingerecht erreichen kann. Dafür werden neben Motor- und Verbrauchsdaten von Schiffen auch Informationen zur Wassertiefe, Strömungsgeschwindigkeit und Wasserspiegellage für den zu befahrenden Flussabschnitt benötigt. Da präzise Peildaten und mehrdimensionale numerische Modelle nicht flächendeckend für alle Wasserstraßen innerhalb der EU verfügbar sind, rüstet die BAW Binnenschiffe mit Messgeräten zur Erfassung von Sohlenhöhen und Strömungsgeschwindigkeiten aus. Dabei werden gleichermaßen die Machbarkeit und der Aufwand für die Installation und den Betrieb der Sensorik bewertet. Die Reederei Deymann Management GmbH und Co. KG mit Sitz in Haren (Ems) unterstützt das Vorhaben, indem sie die Installation der Sensoren auf dem Großmotorgüterschiff (GMS) MONIKA DEYMANN gestattet. Das Schiff wurde im Juli 2016 in den Dienst gestellt. Die BAW hat in der Bauphase den Einbau und die Verkabelung der geplanten Sensoren mit der Reederei sowie der ausführenden Werft abgestimmt und durchgeführt. Das 135 m lange und 14,2 m breite GMS verkehrt derzeit im Liniendienst zwischen Antwerpen und Mainz. Es fährt in der Regel mit drei Lagen Containern, woraus ein mittlerer Tiefgang zwischen 1,8 m und 2,5 m resultiert. Für einen Umlauf Antwerpen - Mainz - Antwerpen werden sieben bis acht Tage benötigt, sodass das Schiff den Mittelrhein rund zweimal pro Woche passiert. Eine besondere Herausforderung ist es, von einem Binnenschiff aus die Strömungsgeschwindigkeiten im laufenden Schiffsbetrieb zu erfassen, da die Strömung im nahen Umfeld des Schiffes durch das Rückströmungsfeld gestört wird. Dessen Größe und Ausdehnung hängt insbesondere vom Gewässerquerschnitt und der Schiffsgeschwindigkeit gegenüber Wasser ab. Bei geringen Wassertiefen kann daher die Geschwindigkeit nicht vertikal unter einem Binnenschiff gemessen werden, wie es bei Messschiffen sonst üblich ist. (Text gekürzt)

Entwicklung einer Methode zur Aufarbeitung gebrauchter und minderwertiger nativer Fette und Öle zu Treibstoff für Dieselmaschinen

Gebrauchte oder minderwertige native Fette und Öle sind eine interessante Energiequelle für Dieselmaschinen, die sich durch eine ausgezeichnete Ökobilanz auszeichnen und nicht in Konkurrenz zu Nahrungs- oder Futtermitteln stehen. Dem Einsatz in Dieselmschinen stehen der i.d.R. hohe Gehalt an Schlackebildnern (Ca, Mg, Na, K, P) und an freien Fettsäuren entgegen. Ziel des Vorhabens ist es, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die o.g. Rohstoffe so aufzuarbeiten sind, dass sie ohne weiteres in Dieselmaschinen eingesetzt werden können. Dazu wurde der Rohstoff einer sauer katalysierten Veresterung mit biogenem Ethanol unterworfen, mit dem die Gehalte sowohl an freien Fettsäuren, als auch an den genannten Schlackebildnern soweit gesenkt werden konnten, dass die Maßgaben der DIN-VN 51 605 erfüllt werden. Abgesehen davon, dass die so gewonnen Treibstoffe aus rein biogenen Rohstoffen bestehen, weisen sie Stockpunkte von teilweise unter -20 Grad Celsius auf.

Entwicklung einer innovativen Prozesskette zur optimalen Vergärung von Pferdemist zur Produktion von Biomethan als Kraftstoff

Auf dem Gelände der Pferdezucht Gestüt Lewitz in Mecklenburg-Vorpommern soll eine Biomethananlage zur Vergärung von Pferdemist, Geflügelmist und pflanzlichen Reststoffen errichtet werden. Momentan wird ca. 15 - 20 % des auf dem Gestüt Lewitz anfallenden Pferdemists in einer Biogasanlage verwertet. Der Rest wird ohne Behandlung auf die Felder ausgebracht. Das erzeugte Biomethan soll zu LNG verflüssigt werden und im Wesentlichen zur Dekarbonisierung der Unternehmensgruppe dienen. Die Anlage wird eine Produktionsleistung von ca. 1.000 Nm³/h Biomethan aufweisen und ca. 97.500 t/a Substrate verarbeiten. Der Wirtschaftsdüngeranteil liegt bei 80%. Der Anteil Pferdemist an der Gesamtmenge beträgt rund 72%. Die Gemeinde hat schon den Aufstellungsbeschluss für den Bebauungsplan erlassen sowie einen B-Plan-Vorentwurf genehmigt. Die weitere Erstellung des B-Plans ist in Bearbeitung. Antragsteller sind die Schockemöhle Bioenergie GmbH & Co. KG (nachfolgend Schockemöhle BE genannt) und das Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft und Energie (IBKE). Die Schockemöhle BE übernimmt auch die Projektentwicklung und wird die Anlage zukünftig betreiben. Die geplante Biomethananlage wird den anfallenden Pferdemist aus der Pferdezucht der verschiedenen Standorte in der Lewitz vergären. Die wissenschaftliche Begleitung erfolgt durch das IBKE.

Entwicklung einer innovativen Prozesskette zur optimalen Vergärung von Pferdemist zur Produktion von Biomethan als Kraftstoff, Teilvorhaben 2: Bau und Inbetriebnahme, Logistiksystem

Auf dem Gelände der Pferdezucht Gestüt Lewitz in Mecklenburg-Vorpommern soll eine Biomethananlage zur Vergärung von Pferdemist, Geflügelmist und pflanzlichen Reststoffen errichtet werden. Momentan wird ca. 15 - 20 % des auf dem Gestüt Lewitz anfallenden Pferdemists in einer Biogasanlage verwertet. Der Rest wird ohne Behandlung auf die Felder ausgebracht. Das erzeugte Biomethan soll zu LNG verflüssigt werden und im Wesentlichen zur Dekarbonisierung der Unternehmensgruppe dienen. Die Anlage wird eine Produktionsleistung von ca. 1.000 Nm³/h Biomethan aufweisen und ca. 97.500 t/a Substrate verarbeiten. Der Wirtschaftsdüngeranteil liegt bei 80%. Der Anteil Pferdemist an der Gesamtmenge beträgt rund 72%. Die Gemeinde hat schon den Aufstellungsbeschluss für den Bebauungsplan erlassen sowie einen B-Plan-Vorentwurf genehmigt. Die weitere Erstellung des B-Plans ist in Bearbeitung. Antragsteller sind die Schockemöhle Bioenergie GmbH & Co. KG (nachfolgend Schockemöhle BE genannt) und das Institut für Biogas, Kreislaufwirtschaft und Energie (IBKE). Die Schockemöhle BE übernimmt auch die Projektentwicklung und wird die Anlage zukünftig betreiben. Die geplante Biomethananlage wird den anfallenden Pferdemist aus der Pferdezucht der verschiedenen Standorte in der Lewitz vergären. Die wissenschaftliche Begleitung erfolgt durch das IBKE.

Recycling organischer Reststoffe und CO2 zu Kraftstoffen

reTURN wird ein Verfahren zur Herstellung CO2-neutraler synthetischer Kraftstoffe demonstrieren. Dieses beinhaltet nicht nur das Potenzial signifikanter CO2-Reduktionen, sondern auch das Erzielen einer wesentlichen Effizienzsteigerung in der Produktion synthetischer Kraftstoffe und damit eine drastische Kostenreduktion. Im Verfahren werden drei etablierte Prozessschritte erstmalig in einem skalierbaren Einzelreaktor integriert, um auf Basis von rezykliertem CO2 und Biomethan aus organischen landwirtschaftlichen/ städtischen Restabfällen Synthesegas herzustellen: (1) Plasma-Verfahren mittels Biomethanpyrolyse, (2) Boudouard-Reaktion, (3) heterogene Wassergas-Shift-Reaktion mit anschließendem Quenching. Diese Kombination ermöglicht eine flexible Zusammensetzung des entstehenden Synthesegases, sodass nachfolgend verschiedene Konversionstechnologien als vierter Schritt des reTURN Verfahrens eingesetzt und damit verschiedene klimafreundliche Kraftstoffe oder Grundchemikalien produziert werden können. Das Projekt verwendet die Fischer-Tropsch-Synthese, um die gesamte Prozesskette bis hin zu den Endprodukten in einer Testanlage zu erforschen und zu erproben sowie einen Nachweis der technischen Machbarkeit und Massenmarkttauglichkeit zu erbringen. Schwerpunkte von reTURN sind der Bau und Testbetrieb des neuartigen Reaktors, begleitet von verschiedenen Forschungen am Reaktor, wie bspw. Messkampagnen und einer ökologischen Nachhaltigkeitsbetrachtung mit dem Fokus auf CO2 Äquivalenten. reTURN bietet vielfältige Verwertungsmöglichkeiten, insb. neue Geschäftsmodelle für CAPHENIA und Betreiber von Biogas- bzw. Fermentationsanlagen. Mit dem Einsatz erneuerbarer Energie entsteht zudem ein wesentliches Potenzial für eine nachhaltige Sektorenkopplung des Verkehrs- und Stromsektors. Damit stellt reTURN nicht nur ein Vehikel zur Stärkung der nationalen Vorreiterrolle im Nachhaltigkeitskontext bereit, sondern leistet auch einen entscheidenden Beitrag zum weltweiten Klimaschutz.

Biokraftstoffe - Eigenschaften und Erfahrungen bei der Anwendung, Biokraftstoffe - Eigenschaften und Erfahrungen bei der Anwendung - Fortschreibung

Dieser DGMK-Forschungsbericht ist eine Fortschreibung des DGMK-Forschungsberichts 611 'Biokraftstoffe -Eigenschaften und Erfahrungen bei der Anwendung', der im Jahr 2002 erschienen ist. Seit dieser Zeit haben sich die Pläne der Europäischen Kommission, den Einsatz von Biokraftstoffen zu fördern, konkretisiert. Die Direktive 2003/30/EC gibt für den Zeitraum von 2005 bis 2010 Zielvorgaben, in welchem Umfang Biokraftstoffe in den Handel gebracht werden sollen. Bei Dieselkraftstoffen wird das im Wesentlichen durch Zugabe von bis zu 5 Prozent Fettsäuremethylestern und nicht durch einen Einsatz in reiner Form geschehen. Bei den Ottokraftstoffen kommen Ethanol und Ethyltertiärbutylether (ETBE) als Beimischungen in Frage. Sowohl bei Diesel- als auch bei Ottokraftstoff sind für den Fall einer Beimischung durch die gültigen Normen Maximalwerte für die sauerstoffhaltigen Verbindungen gegeben. Wegen seiner geringeren Oxidations- und Lagerstabilität besteht ein Interesse an Labortests, die für Biodiesel und Dieselkraftstoffe, die Biodiesel enthalten, eine Vorhersage darüber erlauben, ob der Kraftstoff über eine für den praktischen Betrieb ausreichend große Stabilität verfügt. Die ASTM D 4625-Methode, bei der die Probe bei 43 Grad Celsius gelagert wird und die allgemein als das geeigneste Testverfahren zur Bestimmung der Lagerstabilität von Mitteldestillaten angesehen wird, ist für Fettsäuremethylester und Mischungen mit ihnen weniger gut geeignet. Unter vielen untersuchten Prüfverfahren hat für die Bestimmung der Lagerstabilität die Rancimat-Methode die weiteste Anerkennung gefunden, obwohl auch Ergebnisse vorliegen, die es fraglich erscheinen lassen, ob generell ein Zusammenhang zwischen den Rancimat-Ergebnissen und der Lagerstabilität besteht. Vereinzelt gibt es Dieselkraftstoffe, die für eine Zumischung auch nur einer so geringen Menge wie 5 Prozent Biodiesel schlecht geeignet erscheinen. Für solche Dieselkraftstoffe scheint eine besonders kleine Rancimat-Induktionsperiode kennzeichnend zu sein. Nicht alle für Kohlenwasserstoffe bewährten Antioxidationsmittel sind in Mischungen mit Biodiesel gleich gut wirksam. Nach den bisherigen Erfahrungen kommt es beim Einsatz von Mischungen mit Biodiesel in Kraftfahrzeugen zu keinen Problemen, wenn der Biodieselgehalt 5 Prozent nicht übersteigt, auf Abwesenheit von Wasser geachtet und die Lagerzeit auf 6 Monate begrenzt wird. Der eingesetzte Biodiesel muss den Anforderungen der Norm EN 14214 genügen. Überflüssiger Kontakt mit Luft beispielsweise durch Rühren sollte bei der Lagerung von Biodiesel unbedingt vermieden werden. Auch wenn in dem durch die Norm erlaubten Rahmen Ethanol oder ETBE konventionellen Ottokraftstoffen beigemischt wird, sind im praktischen Betrieb keine Schwierigkeiten zu erwarten. Allerdings muss beim Zusatz von Ethanol auf die Abwesenheit von Wasser im System geachtet werden. Bei einer unkontrollierten Vermischung von ethanolhaltigen und ethanolfreien Kraftstoffen kann der Dampfdruckgrenzwert ...

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