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Teil ICT

Das Projekt "Teil ICT" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie durchgeführt. Pflanzliche Biomasse ist ein geeigneter Rohstoff zur nachhaltigen Gewinnung von Wertstoffen und Energie, wenn bei der Produktion, dem Aufschluss und der Konversion zu Energieträgern die Anforderungen des Marktes und des Klima- und Umweltschutzes berücksichtigt werden. Durch die biotechnologische Bearbeitung geeigneter Pflanzen und die Auswahl der Anbauflächen muss ein hoher Nettoenergieertrag pro Flächeneinheit erzielt und eine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion vermieden werden. In diesem Projekt sollen neue Modell- und Energiepflanzen entwickelt werden, die einer effizienten Konversion der Biomasse zu Wertstoffen und Energie zugänglich sind. Bisher war der kostengünstige Aufschluss von Biomasse und die Verwertung der in Pflanzen enthaltenen Wertstoffe (z.B. Malat, Cellulose, Lignin) ein Problem, da die für einen Aufschluss benötigten Cellulasen teuer und unter den verwendeten Bedingungen nicht sehr stabil sind. Eine neue effiziente Methode ist der fraktionierte Aufschluss der Biomasse unter Verwendung von ionischen Flüssigkeiten (ILS) bei gleichzeitiger enzymatischer Verzuckerung der Cellulose. Die dabei gebildete Glucose kann zu Biogas oder Bioethanol umgesetzt werden. Der ligninhaltige Reststoff soll durch einen chemo-enzymatischen Abbau zu Phenolderivaten umgewandelt oder zu Methan oder Synthesegas vergast werden. In diesem Projekt sollen entsprechende stabile Enzyme für einen effektiven ILs-Aufschluss von Energiepflanzen wie Luzerne, Schilf und Zuckerrüben entwickelt werden. Geeignete Cellulasen und Peroxidasen werden gesucht, durch 'gelenkte Evolution' optimiert, und für den effektiven Abbau von Cellulose vor der Ernte gezielt in den Energiepflanzen produziert. Analog wird auch die gentechnische Produktion von Malat und D-Lactat als zusätzlichem Wertstoff und als Hilfsstoff für den chemo-enzymatischen Aufschluss zunächst an Modellpflanzen getestet und nach dem Nachweis der Machbarkeit auf industrierelevante Energiepflanzen übertragen.

Teilprojekt 6: LCA

Das Projekt "Teilprojekt 6: LCA" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. durchgeführt. TRANSFORMATE nutzt die effizientesten Prozesse, um CO2 in Wertprodukte umzuwandeln. Dabei wird CO2 in einem ersten Schritt durch elektrochemische Konversion zu Ameisensäure reduziert. Im zweiten Schritt wird dann die Ameisensäure in einen Bioreaktor eingespeist, wo Ameisensäure-verstoffwechselnde Mikroorganismen die Ameisensäure hoch selektiv in Spezialchemikalien umwandeln. Projektziele: 1. Optimierung der kathodischen CO2-Reduktion zu Ameisensäure bei gleichzeitiger Kopplung mit der Wasser-Oxidation. Wir werden Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) mit polymeren Ionischen Flüssigkeiten (PILs) als Mediator in der katalytischen Schicht entwickeln. PILs eröffnen die Möglichkeit, die Produktionsrate und die Effizienz der CO2-Reduktion bei niedrigen pH-Werten und niedrigen Salzfrachten zu steigern. Wir werden innerhalb des Konsortiums eine spaltlose Elektrolyseur-Zelle, einen Stack-Prototypen bauen und eine Produktionsstrategie für das Scale-up der Stacks aufstellen. 2. Design und Konstruktion eines Ralstonia eutropha-Stamms mit hoch-effizienter Ameisensäure-Assimilation und Produktion von Biopolymeren und Crotonsäure. Wir werden das Bakterium R. eutropha durch die Integration des synthetischen, reduzierten Glycin-Stoffwechselwegs (rGlyP; effizientester Stoffwechselweg für die aerobe Ameisensäure-Assimilation) dazu befähigen, auf Ameisensäure zu wachsen. Darüber hinaus werden zwei Produktionsstämme konstruiert, die 1. Polyhydroxybuttersäure (PHB) in den Zellen akkumulieren und 2. Crotonsäure ins Medium sezernieren. 3. Integration des elektrochemischen und mikrobiellen Systems und Optimierung des Gesamtprozesses. Wir werden die Prototypen der CO2-Elektrolyseure direkt mit Labor-Bioreaktoren (2L) verbinden, um so das Gesamtsystem zu integrieren und im Betrieb zu untersuchen. Parallel dazu laufen LCA und TEA, um die Wirtschaftlichkeit und Ökobilanz des Gesamtsystems zu bilanzieren und so gezielt die kritischen Stellschrauben des Systems zu erkennen.

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Engler-Bunte-Institut, Bereich Gas, Erdöl und Kohle durchgeführt. 1. Vorhabenziel: Das Verbundprojekt soll über 3 Jahre laufen (7 Partner: 3 x Forschung, 4 x Industrie). Ziel ist die Entwicklung eines Konzepts zur Speicherung der bei Wind und Photovoltaik volatil anfallenden elektrischen Energie durch Fixierung von CO2 in Form von CH4. Zur Erzeugung des CH4 aus Strom wird durch Druckelektrolyse H2 gewonnen. Anschließend wird der Wasserstoff zu Methan umgesetzt: CO2 + 4H2 - größer als oder gleich CH4 + 2H2O Das Methan muss vor der Einspeisung ins Erdgasnetz konditioniert werden. Dazu sollen alternative Stoffe ermittelt werden, die die derzeit übliche Konditionierung durch fossiles Flüssiggas ersetzen können. Aufgabe des DVGW ist eine Reaktorkonzeptentwicklung zur Methanisierung. Für die exotherme Reaktion kann der Wärmehaushalt durch den Einsatz von funktionalen Flüssigkeiten wie Ionischen Fluiden optimal gesteuert und die Wärme auf einem hohen Temperaturniveau aus dem Reaktor entnommen werden. Damit kann die Ressourceneffizienz erhöht werden. Die Modellierung des Reaktors soll ein Scale Up auf technische Reaktoren ermöglichen. Zudem soll die intelligente Kopplung der Methanisierung mit CO2-Quellen untersucht werden. 2. Arbeitsplanung: Anfangs werden geeignete Wärmeträgerflüssigkeiten (z. B. IL) ermittelt. Parallel hierzu wird eine Apparatur zur Drei-Phasen-Methanisierung aufgebaut und betrieben. Die Erkenntnisse sollen als Basis für die Modellierung des Reaktors mit Matlab dienen. Am Ende des Projektes soll ein großtechnischer Reaktor grob ausgelegt werden.

ToxKom 1

Das Projekt "ToxKom 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Zentrum für Umweltforschung und Umwelttechnologie, Abteilung 10 Allgemeine und Theoretische Ökologie durchgeführt. Neue Aufgabenfelder der terrestrischen Ökotoxikologie: Molekulare Methoden, komplexe Systeme, Ionische Flüssigkeiten. Neue Erkenntnisse und Methoden eröffnen die Möglichkeit, Testsysteme zu erproben, die die etablierten Testsysteme der terrestrischen Ökotoxikologie in Präzision, Geschwindigkeit und ökologischer Relevanz übertreffen könnten. Dies ist Gegenstand des Vorhabens, das am Beispiel einer neuen Substanzklasse - ionische Flüssigkeiten - durchgeführt werden soll. Kombinationseffekte von Schadstoffen sind am Beispiel von Kupfer zusätzlich in die Fragestellung aufgenommen.

Teilvorhaben 'Membranfreie Hybrid-RFB und All-Mangan- RFB'

Das Projekt "Teilvorhaben 'Membranfreie Hybrid-RFB und All-Mangan- RFB'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Anorganische und Analytische Chemie durchgeführt. Projektziel ist die Erforschung von Konzepten für (Hybrid-)Redox-Flow-Batterien (RFB) auf Basis von Ionischen Flüssigkeiten (ILs: Ionic Liquids) als Aktivmassen. Da diese flüssig sind und nicht in einem Lösungsmittel gelöst werden müssen, liegen die spezifischen Energiedichten um den Faktor 2 bis 10 höher als bei vergleichbaren, konventionellen (Hybrid)-RFBs. Aus insgesamt vier vorgeschlagenen Systemen soll schrittweise ein geeignetes System identifiziert und die Realisierbarkeit der Technologie anhand eines Demonstrators gezeigt werden. Das Projekt ist auf einen Zeitraum von vier Jahren ausgelegt. Die Arbeitskreise Krossing und Riedel übernehmen die Erforschung geeigneter Aktivmassen sowie die Ersttestung der Batterien im stationären und einfachen Flow-Betrieb. Die Inbetriebnahme der ausgewählten Systeme im erweiterten Flow-Betrieb übernimmt das Fraunhofer ISE. Die industriellen Partner Rena, IoLiTec und FumaTech unterstützen das Projekt durch die Bereitstellung von Expertise, Materialien und Arbeitskraft.

Teilprojekt 4

Das Projekt "Teilprojekt 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IoLiTec - Ionic Liquid Technologies GmbH durchgeführt. 1. Vorhabenziel: Das Ziel des Verbundprojekts ist die Entwicklung eines kurzfristig umsetzbaren Konzepts zur chemischen Speicherung der bei Wind und Photovoltaik volatil anfallenden elektrischen Energie durch Fixierung von CO2. Als geeigneter chemischer Energieträger mit hoher Energiedichte bietet sich dabei Methan in Form von SNG (Substitute Natural Gas) an, welches in das in Deutschland sehr gut ausgebaute Erdgasnetz eingespeist und verteilt werden kann. SNG als Energieträger weist dabei vielfältige Vorteile auf. Es bestehen bereits enorme Speicherkapazitäten (siehe Kap. 1.2) mit positiven Perspektiven für den weiteren Ausbau, und über das ubiquitäre Erdgastransportnetz können große Mengen chemisch gespeicherter Energie problemlos innerhalb Europas transportiert und verteilt werden. Weiterhin ist Methan einer der vielseitigsten und umweltfreundlichsten Brennstoffe. Neben den etablierten Anwendungsfällen im Haushalt kann Methan/SNG bzw. Erdgas und a. als Kraftstoff für Erdgasfahrzeuge, zum Betrieb von Brennstoffzellen, zur zentralen Stromerzeugung in Gas-und-Dampf-Kraftwerken und zur dezentralen Verbrennung in Blockheizkraftwerken (BHKW) und Mini-BHKW verwendet werden. Technisches Arbeitsziel von IOLITEC ist die Synthese neuer ionischer Flüssigkeiten, die als interne Wärmeträgermedien den Wärmehaushalt der Reaktion optimal steuern können. 2. Arbeitsplanung: Im Rahmen des Projektes werden gängige Methoden zur wissenschaftlichen Synthese von neuen Verbindungen angewendet. Bei der Analyse werden z.B. IR- und NMR-Spektroskopie eingesetzt.

ToxKom 2

Das Projekt "ToxKom 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Zentrum für Umweltforschung und Umwelttechnologie, Abteilung 10 Allgemeine und Theoretische Ökologie durchgeführt. Untersuchungen zur prospektiven Risikoanalyse von ionischen Flüssigkeiten in Böden: Kombinationswirkungen in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen. Ziel dieses Vorhabens ist es, ein möglichst einfaches Modell zu erarbeiten, mit dem die Wirkungen von ausgewählten ionischen Flüssigkeiten auf Bodenorganismen bei verschiedenen Bodeneigenschaften vorhergesagt werden können. Dabei kommen Struktur-Wirkungsbeziehungen von Chemikalien, stark vereinfachte Testsysteme sowie Mikro- und Mesokosmen zum Einsatz. Zu variierende Bodeneigenschaften sind im wesentlichen Wassergehalt, pH-Wert, Tongehalt, Anteil organischer Substanz, Salzgehalt sowie Schadstoffe, aber auch die Zusammensetzung der Organismengemeinschaft.

HiLuGen - High Performance Eisen-Luft-Batterien der nächsten Generation

Das Projekt "HiLuGen - High Performance Eisen-Luft-Batterien der nächsten Generation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IoLiTec - Ionic Liquid Technologies GmbH durchgeführt. Im Rahmen des Vorhabens 'HiLuGen' sollen besonders leistungsfähige und nachhaltige Eisen-Luft-Batterien der nächsten Generation entwickelt werden, deren Hauptkomponenten durch moderne Fertigungsverfahren, Kohlendioxidabtrennung sowie edelmetallfreie Katalysatoren einem neuen Leistungslevel entsprechen. Die Ziele des Vorhabens 'HiLuGen' sind: 1. Erhöhung der eisenspezifischen Kapazität auf 70 % der theoretischen Kapazität und damit wesentliche Steigerung der Energie- und Leistungsdichten von Eisenelektroden auf 300 Wh kg-1 und 500 W kg-1. Entscheidend hierfür ist die neuartige Herstellung der Eisenelektrode basierend auf galvanischer Abscheidung von Eisen-Dünnschichten. Dieser sehr innovative Ansatz soll im Laufe des Projektes von einem derzeitigen TRL von 3 auf eine TRL von 5 gesteigert werden. 2. Signifikante Steigerung der Zyklenfestigkeit der Luftelektrode auf über 1.500 Vollzyklen durch die konsequente Umsetzung von kohlenstofffreien, bifunktionalen Luftelektroden mit edelmetallfreien Katalysatoren. Das Eindringen von Kohlendioxid in den Elektrolyten wird dabei durch die neuartige Verwendung einer anionenleitenden Sperrschicht verhindert. Hierdurch wird eine extrem lange Lebensdauer sichergestellt. Für die anionenleitende Sperrschicht wird derzeit von einem TRL von 3 ausgegangen, der im Rahmen des Vorhabens auf ein TRL von 4 bis 5 gesteigert werden soll. 3. Steigerung der Stromdichte edelmetallfreier Katalysatoren in den Elektroden auf bis zu 200 mA cm 2. Diese Steigerung kann erreicht werden, indem durch das galvanische Abscheiden von dendritischen Hochoberflächenstrukturen eine optimierte Gestalt der Luftelektrode erzeugt wird. Diese 'atmende' Elektrode ist vergleichbar mit Alveolen in der Lunge. 4. Weiterhin soll ein ganzheitlicher Ansatz verfolgt werden und die Batterie-Rohstoffe, wie z.B. das Eisen für die Anode, aus sekundären Rohstoffen, die z.B. bei der Titandioxid-(Weißpigment)-Produktion entstehen, gewonnen werden.

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Evonik Industries AG durchgeführt. Das wesentliche Ziel dieses Projektes besteht in der Entwicklung einer neuartigen, ressourcen- und energieschonenden Technologie auf der Basis von SILP-Katalysatoren. Dies soll erreicht werden durch ein vertieftes Verständnis der Reaktionen mit SILP-Katalysatoren. Daraus leiten sich u.a. folgende Teilziele ab: Entwicklung langzeitstabiler SILP-Katalysatoren mit hoher Aktivität und Selektivität, optimale und Verständnis-basierte Auswahl und Abstimmung der Wirkkomponenten Träger, ionische Flüssigkeit, Metallprecursor und Ligand. Aus den überlegenen Eigenschaften der SILP-Hydroformylierungskatalystoren im Vergleich zum Stand der Technik soll sich eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erreicht werden. Diese geht Hand in Hand mit einer Steigerung der Energieeffizienz. Die Arbeitspakete des Projekts adressieren folgenden Aspekte: - Optimierung, Weiterentwicklung und Abstimmung aller Wirkkomponenten (Trägermaterial, ionische Flüssigkeit, Metallprecursor, Ligand) und der SILP-Rezeptur für optimale Performance des SILP-Hydroformylierungssystems (APs 1-3); - Tiefgreifendere Durchdringung der Performance-begrenzenden Faktoren (APs 4-6); - Realisierung besonderer Potentiale zur Steigerung der Energie- und Ressourceneffizienz (APs

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Zentrum Holzwirtschaft, Ordinariat für Chemische Holztechnologie und Institut für Holztechnologie und Holzbiologie des Johann Heinrich von Thünen-Institut Bundesforschungsanstalt für Ländliche Räume, Wald und Fischerei durchgeführt. Unter Verwendung neuartiger ionischer Flüssigkeiten wird ein einfach durchzuführendes, druckloses, allgemein anwendbares Verfahren zur Gewinnung von Lignin, Cellulose und Hemicellulose, Gerbstoffen und Harzen aus biogenem Material entwickelt, das mit Prozesstemperaturen zwischen 60 und 80 Grad Celsius und Aufschlusszeiten von wenigen Stunden auskommt, und eine wirtschaftliche Verwertung aller Holzbestandteile ermöglicht. Im technologischen und wirtschaftlichen Erfolgsfall wird die gesamte Prozesskette in den Technikumsmaßstab übertragen und optimiert. Zielsetzung ist, die gewonnene Liginfraktion für die Verwendung im Bereich der Polymerchemie zu prüfen. Die Cellulose wird zu Zerfallshilfsmitteln bei Tablettieranwendungen, Papieren, Filterhilfsmitteln, bauchemischen Additiven und mikrokristalliner Cellulose verarbeitet. Aus den Hemicellulosen werden Papieradditive und lösliche Ballaststoffe hergestellt. Die Forschungsarbeiten, anwendungstechnischen Untersuchungen und die technische Umsetzung des Verfahrens sind in Aufgabenpaketen beschrieben, die nach dem Projektplan abgearbeitet werden. Die gundlagenorientierten Arbeiten in synthetischer präparativer und analytischer Hinsicht werden von den Hochschulpartnern (HTW Aalen, Uni Hamburg) durchgeführt. Die anwendungs- bzw. verfahrenstechnischen Aufgaben werden von den Industriepartnern (BTS, Rettenmaier) bearbeitet.

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