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Exzellenzcluster 80 (EXC): Ozean der Zukunft

Das Projekt "Exzellenzcluster 80 (EXC): Ozean der Zukunft" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität zu Kiel, Mathematisches Seminar, Arbeitsgruppe Angewandte Mathematik durchgeführt. The biotic uptake of carbon of the ocean crucially depends on near surface vertical mixing processes. Vertical mixing transports the essential nutrients from the aphotic to the euphotic zone where photosynthesis can take place. This upward flux of nutrients is (in steady state) in turn balanced by the export of organic materials down to the aphotic zone, i.e. it is directly related to the biotically induced carbon drawdown in the ocean (the biological carbon pump). In ocean models these processes have to be parameterized since not all spatial scales can be resolved. These parametrizations are still a source of large uncertainties concerning the carbon uptake of the oceans. In this project, we aim to improve the parameterization of near surface vertical mixing processes. We propose to apply a 3-D non-hydrostatic Large-Eddy Simulation (LES) model to the surface ocean to explicitly resolve spatial scales ranging from 500m down to 1 m. The results will be compared with different state-of-the-art parameterizations of vertical mixing as used in the existing global ocean circulation models (e.g. Kiel Climate Model, FLAME). The intention is to optimize parameters associated with the parameterizations of vertical mixing and, subsequently, to examine the sensitivity of modeled carbon uptake (as modeled with an ecosystem coupled to a global ocean circulation model) on the optimized parameterizations.

Entstehung und Zerfall von Stickoxiden in Flammen

Das Projekt "Entstehung und Zerfall von Stickoxiden in Flammen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Fakultät für Energietechnik, Institut für Verfahrenstechnik und Dampfkesselwesen durchgeführt. Untersuchung der Bildungsmechanismen und ihrer Beeinflussung fuer die Entstehung von Stickoxiden in stationaeren Oelflammen. Messung der Russ- und Flugkoksbildung.

Die Bildung von Stickstoffoxid bei der Verbrennung von Methanol und Kohlenwasserstoffen mit Luft

Das Projekt "Die Bildung von Stickstoffoxid bei der Verbrennung von Methanol und Kohlenwasserstoffen mit Luft" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachgebiet Strukturforschung durchgeführt. Die Verwendung von Methanol als Treibstoff oder als Treibstoffzusatz fuer Verbrennungsantriebe in Kraftfahrzeugen ist in letzter Zeit staerker diskutiert worden und auch an Prototypen erprobt worden. Bei der Verwendung von Methanol als Kraftstoff oder als Komponente in einem Kraftstoffgemisch verringert sich die Emission von Stickstoffoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen mit dem Abgas. Dies liegt zum einen daran, dass Methanol andere brenntechnische Eigenschaften - Flammengeschwindigkeit, Flammentemperatur - aufweist als Kohlenwasserstoffe. Andererseits unterscheidet sich auch der Mechanismus der Verbrennung von Methanol von dem Mechanismus der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, so dass die Bildung von z.B. Stickstoffoxid in Methanol-Luft Flammen langsamer erfolgt als in Kohlenwasserstoff-Luft Flammen. Mit diesem Forschungsprojekt soll der Mechanismus der Verbrennung von Methanol mit Luft so weit aufgeklaert werden, dass quantitative Aussagen ueber die Bildung von Schadstoffen - insbesondere Stickstoffoxid - bei der Verbrennung von Methanol im Vergleich mit der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen moeglich werden. Hierfuer wird unter Verwendung verschiedener Messmethoden versucht, die Struktur (Konzentrationsprofile, Temperaturprofile) von Methanol-Luft Flammen und Flammen einfacher Kohlenwasserstoffe (Methan, Propan) mit Luft so weit zu erfassen, dass hieraus ein Mechanismus fuer die Verbrennung einschliesslich der Bildung der verschiedenen Schadstoffe abgeleitet werden kann.

Russausbrand unter hohen Druecken (DFG Pe 241/8-1)

Das Projekt "Russausbrand unter hohen Druecken (DFG Pe 241/8-1)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Fachbereich 4, Fakultät für Maschinenwesen, Lehrstuhl und Institut für Technische Mechanik durchgeführt. Als Grundlage fuer eine Simulation der Russbildung in Dieselmotoren sollen Messdaten in stationaeren laminaren Diffusionsflammen unter hohen Druecken erstellt werden. Ein Schwerpunkt liegt in der Untersuchung des Russausbrandes, der wesentlich den Russausstoss des Dieselmotors mitbestimmt. Durchgefuehrt werden die Untersuchungen an einer teilweise vorgemischten Gegenstromdiffusionsflamme. Kontrollparameter sind Druck, Temperatur, Partikelverweilzeit, Partikelanzahl, Partikelgroesse. Im Rahmen des Projekts wird ein Modell entwickelt, das die Bildung von Russpartikeln und deren Ausbrand unter dieselmotorischen Bedingungen beschreibt. Bei der Modellierung muss die Leistungsfaehigkeit heutiger und zukuenftiger Supercomputer beachtet werden. Bereits in der Literatur beschriebene Modelle sind entweder grob vereinfachend oder koennen mit den zur Verfuegung stehenden Computern nur auf einfache Flammenkonfigurationen angewandt werden.

Teilprojekt: Auslegung und Herstellung des Brenners

Das Projekt "Teilprojekt: Auslegung und Herstellung des Brenners" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ANDRITZ FBB GmbH durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines umschaltbaren, regenerativen Low-NOx-Brenners bis 2 MW für eine diskontinuierliche Fahrweise. Das neu zu entwickelnde Brennerkonzept soll die Möglichkeit der Umschaltung zwischen Flach- und Strahlflamme im laufenden Betrieb vorsehen. Das Umschlagen der Flamme von flach in eine geradeausgerichtete Flamme soll durch Umstellen der Brennstoffführung herbeigeführt werden. Ein Teilziel liegt zudem in einer Optimierung der Brennerposition zur effizienteren und verlustärmeren Fahrweise eines Aluminiumschmelzofens. Zur Steigerung der Effizienz soll das Temperaturniveau der Luftvorwärmung im Vergleich zu zurzeit verwendeten Systemen erhöht werden. Dabei steht die gleichzeitige Reduzierung der NOx-Emissionen ebenso im Fokus. Ein abschließendes Teilziel stellt die Analyse weiterer Abwärmenutzungspfade bei der Herstellung von Sekundäraluminium dar.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, Lehrstuhl für Digital Additive Production durchgeführt. Ziel des Projekts ist die Entwicklung skalierbarer, generischer Industriegasbrenner, die sowohl mit Erdgas als auch mit Wasserstoff sicher und schadstoffarm betrieben werden können. Hierzu werden bestehende Brenner im Betrieb mit Wasserstoff experimentell untersucht, um das Verhalten der Wasserstofflamme aufzuklären sowie die entstandenen Emissionen zu quantifizieren. Diese Untersuchung der existierenden Brennerkonfigurationen hat das Ziel, numerische Modelle für H2-Brennersysteme zu entwickeln. Diese prädiktiven Modelle zur Beschreibung der turbulenten EG/ H2-Flammen und deren Schadstoffbildungsmechanismen dienen als Grundlage der Designoptimierung, welche mit den Methoden der additiven Fertigung realisiert wird. Dazu erfolgt die Entwicklung eines Designtools, welches skalierbares Design von Wasserstoffbrennern mit den experimentellen und simulativen Ergebnissen als Randbedingungen ermöglicht. Einer Fertigung der auf den Systemmaßstab skalierten Brenner folgen experimentelle Untersuchungen zur Charakterisierung von Schadstoffemissionen, Temperaturen und Prozessstabilität. Am ITV geschieht die experimentelle Untersuchung der ersten Prototypen. Zudem werden sowohl am ITV als auch am IKDG numerische Modelle entwickelt, welche die turbulenten Flammen beschreiben. Am DAP werden die entwickelten Brenner in additiver Fertigung gedruckt. Zudem wird hier das Designtool zum skalierbaren Design der Brenner entwickelt.

Emission aus Hochfackeln

Das Projekt "Emission aus Hochfackeln" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe, Engler-Bunte-Institut, Bereich Feuerungstechnik durchgeführt. Die Fackelflamme wird als auftriebsbehaftende Freistrahlflamme gerechnet, ihre Umlenkung durch Wind wird aus den Impulskraeften bestimmt. Auf gleicher Basis wird das Herausloesen von Randschichten ermittelt. Aus deren Verduennung mit Luft ergibt sich die moegliche Abkuehlung unter die Zuendtemperatur und daraus die Emission von Unverbranntem.

PAH- and Soot Formation in Laminar Premixed Flat Flames - PAH- und Rußbildung in laminaren, vorgemischten, flachen Flammen

Das Projekt "PAH- and Soot Formation in Laminar Premixed Flat Flames - PAH- und Rußbildung in laminaren, vorgemischten, flachen Flammen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. durchgeführt. Mit Hilfe neu entwickelter laserdiagnostischer Verfahren wird die Bildung und Oxidation von Ruß für Flüssigbrennstoffe in einer laminaren, flachen Vormischflamme untersucht. Hierbei werden die Rußkonzentrationen, Teilchenzahldichten sowie mittlere Teilchenradien bei unterschiedlichem C/O-Verhältnis sowie Druck für verschiedene Flüssigbrennstoffe ermittelt. Die Kenntnis dieser Größen sind von großer Bedeutung bei der Erstellung und Validierung von Modellen, die die Bildung und Oxidation von Ruß beschreiben.

New Burner Technologies for Low Grade Biofuels to Supply Clean Energy for Processes in Biorefineries (BIO-PRO)

Das Projekt "New Burner Technologies for Low Grade Biofuels to Supply Clean Energy for Processes in Biorefineries (BIO-PRO)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Fakultät für Energietechnik, Institut für Verfahrenstechnik und Dampfkesselwesen durchgeführt. Mit Techniken der flammlosen Oxidation und der kontinuierlichen Luftstufung sollen die Emissionen beispielsweise von Stickoxiden um mehr als 50 Prozent gesenkt werden. Durch diese speziell für heizwertarme Brennstoffe geeigneten Technologien kann zudem das Spektrum an Brennstoffen wesentlich verbreitert werden. Vor allem Reststoffe aus so genannten Bio-Refineries - damit bezeichnet man Industrieprozesse mit biogenen Rohstoffen - sollen auf diese Weise genutzt werden. Dies können Abfälle aus Mühlen-betrieben sein, Gas aus Biogasanlagen, Abfallgase aus der Herstellung von Bio-Kunststoffen oder Gär-Rückstände aus der Biogas- oder Bio-Alkoholproduktion. Durch diese Art der Reststoffverwertung kann bei Verbrennungsprozessen in Zukunft auf wertvolles Erdgas verzichtet werden. Ziel ist es, zwei Brennertypen zu entwickeln, einen für gasförmige und flüssige Brennstoffe und einen für feste Brennstoffe. Während der dreijährigen Projektlaufzeit soll die Entwicklung über verschiedene Prototypen in die industrielle Erprobung münden.

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kassel, Fachgruppe Boden- und Pflanzenbauwissenschaften, Fachgebiet Agrartechnik durchgeführt. Im Laufe des Projektes wird eine energiesparende Abflammtechnik entwickelt, bei der mit Hilfe eines Sensors online die tatsächliche Unkrautdichte ermittelt und das Abflammgerät entsprechend gesteuert wird. Darüber hinaus soll ein berührungslos arbeitender Temperatursensor in das Gerät integriert werden, der dem Fahrer die Kontrolle der Temperaturverhältnisse an der Pflanze während des Abflammens ermöglicht. Am Anfang steht die Entwicklung eines Sensorsystems zur Unkrauterkennung. Gleichzeitig werden die Möglichkeiten einer berührungslosen Blatttemperaturmessung untersucht. Anschließend wird ein handelsübliches Abflammgerät für die teilflächenspezifische Ansteuerung angepasst. Um eine verlässliche Funktion der Brennersteuerung sicherzustellen, werden Feldversuche angelegt, die das Spektrum der Unkräuter und deren Entwicklungsstadien über die Vegetationsperiode darstellen. In diesen Versuchen wird gleichzeitig die Praxistauglichkeit der Blatttemperaturmessung überprüft. Abschließend erfolgen noch eine wirtschaftliche Bewertung der Verfahrensverbesserung und die Publizierung der Ergebnisse.

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