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Skalierbare Produktions-Erforschung für kostengünstige Thermoelektrische Generatoren mit Realanwendungstests und Untersuchung von Modularisierungskonzepten, Teilvorhaben: Integration eines Thermoelektrischen Generators in einen Pelletkessel und Erprobung

Um den Klimawandel zu begrenzen, ist neben dem Ausbau erneuerbarer Energien, auch die Steigerung der Energieeffizienz ein zentraler Baustein. Ein hohes Potenzial für Einsparungen liegt bei thermischen Prozessen. Thermoelektrische Generatoren (TEG) bieten eine branchenübergreifende Lösung die Effizienz dieser Prozesse zu erhöhen. Durch einen Halbleitereffekt wandeln sie Wärme ohne bewegliche Bauteile in Strom und können so zur Abwärmenutzung oder Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt werden. Aktuelle Untersuchungen zeigen das hohe technische und wirtschaftliche Potenzial der Technologie. Jedoch kann durch die Vielfältigkeit der Anwendungen bisher kein Skaleneffekt bei der Produktion erreicht werden. Um den Zielkonflikt zwischen individuellen Anforderungen und hoher Produktionsmenge zu lösen, wird im Projekt ein modularisierter Herstellungsprozess untersucht. Es wird die gesamte Prozesskette von der Definition der Randbedingungen, über die (teil-)automatisierte Auslegung und Herstellung, bis hin zur Integration in verschiedene Anwendungen demonstriert. Der Herstellungsprozess und die Laboruntersuchungen der TEG finden am DLR Institut für Fahrzeugkonzepte mit Thermoelektrischen Modulen der Fa. Isabellenhütte statt. Die Projektziele werden durch die Integration in einen Pelletkessel der Fa. Ritter, in einen Bioreaktor der Fa. DMT und in ein Biogas-BHKW mit der Fa. BITZER demonstriert. Dabei wird das Einsparpotenzial der Herstellkosten um 55%, insgesamt 10.000 Betriebsstunden mit über 80% der elektrischen Leistung und die realen Einsparungen von bis zu 40 t/Jahr CO2 durch die drei Anwendungen nachgewiesen. Darüber hinaus werden virtuelle TEG für eine Abgasreinigung der Fa. Bayer, eine Zinkschmelzanlage der Fa. Föhl, eine Bioraffinerie zur Wasserstofferzeugung der Fa. ProCone und den Verkehrssektor aufgezeigt. So wird der Technologietransfer von TEG in die Praxis ermöglicht, wodurch die Effizienz von thermischen Prozessen erhöht und der Klimawandel abgemildert werden kann.

Hochtemperatur-Wärmepumpen-Energiespeicher als dekarbonisierter Flexibilitäts-Ersatz fossiler Kraftwerke, Teilvorhaben: Untersuchung der Wärmeauskopplung von MHWS-Speichern und des Einsatzpotenzials der MHWS-Speicher in Deutschland

In diesem Vorhaben wird eine der Schlüsselkomponenten zu einer netzdienlichen Langzeit-Energiespeicherlösung auf Basis von Malta’s Hochtemperatur-Wärmepumpen Strom- und Wärmespeichern (MHWS) entwickelt und das MHWS Einsatzpotential in Deutschland untersucht. Die MHWS-Speichertechnologie stellt bei der Ausspeicherung gleichzeitig Strom und Wärme bereit, sodass die Elektrifizierung des Wärmesektors über Kraft-Wärmekopplung ebenfalls erfolgen kann. Ein wesentliches Ziel des Vorhabens ist die Kraftwerks-maßstäbliche Untersuchung neuer Flüssigsalz-Luft Wärmeübertrager als kritische MHWS-Schlüsselkomponente in der Testanlage für Wärmespeicherung in Salzschmelzen (TESIS) des DLR. Diese Untersuchung stellt einen sehr wichtigen Qualifikations-Schritt dar, das Wärmepumpen Strom- und Wärmespeicher Konzept zu Kraftwerksgröße hochzuskalieren und damit fossile Gaskraftwerke samt ihren Flexibilitäts- und Netzstabilisierungsdiensten in Zukunft zu ersetzen. Damit ebnet dieses Vorhaben den Weg, für die Energiewende in Deutschland, Europa und weltweit deutsche Turbomaschinen als weitere Kernkomponente von Hochtemperatur-Wärmepumpen Strom- und Wärmespeichern einzusetzen. MHWS verfolgt folgende Hauptziele im Teilvorhaben: - Definition geeigneter Zielparameter für die Wärmeübertrager-Untersuchungen und die Integration der MHWS-Speichertechnologie in das Energiesystem (AP2) - Begleitung der Wärmeübertragertests und Auswertung der Testergebnisse (AP 3) samt ihrer Auswirkung auf Design und Betrieb eines MHWS-Speichers (AP 6) - Anpassung des MHWS-Speichermodells für Wärmeauskopplung und Kostenermittlung unterschiedlicher Speicherkonfigurationen (AP6) - Technoökonomische Bewertung der MHWS-Speichertechnologie mit Integration in Strom- und Wärmenetze und Untersuchung des Marktpotentials in Deutschland (AP7)

Prozesswasserrecycling - innovative Prozesswasseraufbereitungsanlage

Das mittelständische Logistikunternehmen Neumann Transporte und Sandgruben GmbH & Co. KG gehört zur Neumann Gruppe GmbH mit Sitz in Burg und ist als Dienstleister in der Entsorgungs- und Recyclingwirtschaft tätig. In Reesen (Sachsen-Anhalt) gibt es eine Schlackenassaufbereitungsanlage, in der die Asche aus Müllverbrennungsanlagen einen Nassaufbereitungsprozess durchläuft. Die Schlackenassaufbereitung ist ein sehr wasserintensiver Prozess, bei dem Abwässer mit hohen Salzfrachten entstehen. Bisher werden die prozessbedingten Abwässer aufwändig aufbereitet, per Straßentransport in eine Industriekläranlage befördert und entsorgt. Für den Aufbereitungsprozess der Schlacke werden Prozessfrischwassermengen benötigt, die aktuell dem Grundwasserreservoir entnommen werden. Um den Transportaufwand für die Abwässer zu vermeiden und die Grundwasserentnahme zu minimieren, plant das Unternehmen mittels innovativer Abwasseraufbereitung (Umkehrosmose) einen nahezu geschlossenen Stoffkreislauf zu schaffen. Gleichzeitig verbessert sich damit auch die Qualität des mineralischen Rückstandes, so dass von einer besseren Verwertbarkeit auszugehen ist. Das in der Umkehrosmose entstehende Konzentrat (Permeat) soll in einer Vakuumverdampfungsanlage am Standort des Müllheizkraftwerks Rothensee behandelt werden. Gleichzeitig können Synergien am Standort der Abfallverbrennungsanlage genutzt werden, wie bspw. die Abwärme aus der Kraft-Wärme-Kopplung, das nahezu ammoniakfreien Destillats der Verdampferanlage für technische Zwecke und das Permeat der Umkehrosmose als Kühlwassernachspeisung für den Kühlturm. Die Innovation des neuen Verfahrens besteht darin, dass mittels Kombination und Weiterentwicklung bereits bestehender Recyclingverfahren erstmalig Prozesswasser aus der Schlackeaufbereitung behandelt und der Stoffkreislauf nahezu geschlossen werden kann. Insgesamt kann der Einsatz von Frischwasser nahezu vollständig ersetzt und weitgehend auf Grundwasserentnahmen verzichtet werden. Zusätzlich können Lärmemissionen, Energieverbrauch und Deponievolumen reduziert werden. Im Übrigen können mit der Umsetzung des Projekts jährlich 1.728 Tonnen CO2-Äquivalente, also etwa 86 Prozent, eingespart werden.

Sanierungsrahmenplan Tagebaubereich Zwenkau/Cospuden

Titel: Braunkohlenplan als Sanierungsrahmenplan für die stillgelegten Tagebaue Zwenkau und Cospuden Planungsstand: verbindlicher Braunkohlenplan als Sanierungsrahmenplan seit 08.06.2006 Inhalt: * Am 28.02.1997 wurde durch die Verbandsversammlung mit Beschluss Nr. II/VV 10/04d/ 1997 die gemeinsame Fortschreibung des verbindlichen Braunkohlenplans Tagebau Zwenkau und des Braunkohlenplans als Sanierungsrahmenplan Tagebau Cospuden beschlossen. * Die Tagebaue Cospuden und Zwenkau selbst wurden während ihrer Betriebszeit als unabhängig voneinander laufende und räumlich getrennte Abbaubereiche betrieben. Es bestanden jedoch bedeutsame und enge Nachbarschaftsbeziehungen mit einigen technologischen Schnittstellen. Diese Schnittstellen lagen insbesondere in der Überlagerung der Grundwasserabsenkungsbereiche sowie des Verkippungs- und Förderregimes. So wurden die gesamten Abraummassen des Tagebaus Cospuden im Tagebaubereich Zwenkau verkippt bzw. zur Wiedernutzbarmachung der Oberfläche eingesetzt. Im Rahmen der Sanierung beider Tagebaue wurden weitere technologische Verknüpfungen notwendig. * Eine gemeinsame Fortschreibung beseitigte die bestehende, vielfältige räumliche und sachliche Abgrenzungs- und Schnittstellenproblematik. * Mit Beschluss Nr. IV/VV 06/02b/2006 wurde der fortgeschriebene Braunkohlenplan als Sanierungsrahmenplan Tagebaubereich Zwenkau/Cospuden als Satzung durch die Verbandsversammlung des Regionalen Planungsverbands Westsachsen am 16.03.2006 festgestellt. Nach Einreichung des Braunkohlenplans zur Genehmigung mit Schreiben vom 22.03.2006 wurde mit Datum vom 05.05.2006 durch die oberste Raumordnungs- und Landesplanungsbehörde die Genehmigung erteilt. * Das Sanierungsgebiet soll als Bestandteil des "Leipziger Neuseenlands" nachhaltig zu einem wertvollen und vielfältig nutzbaren Lebens- und Landschaftsraum mit den Kernbereichen Zwenkauer und Cospudener See entwickelt werden. * Im Bereich Cospuden sind die bergbaulichen Sanierungsarbeiten und die Wiedernutzbarmachung der Oberfläche nahezu abgeschlossen. Das Restloch ist wassergefüllt, hat bereits seit dem Jahr 2000 den konzipierten Endwasserspiegel von + 110,0 m NN erreicht und wird bereits öffentlich genutzt. Der Endwasserspiegel und die bereits erreichten limnologischen Verhältnisse im Seewasserkörper werden derzeit durch die Einleitung von Wasser aus dem Entwässerungsbetrieb des aktiven Braunkohlentagebaus Profen der MIBRAG mbH gestützt. Schwerpunkte der Wiedernutzbarmachung bilden die Komplettierung des Wegesystems, die Wiederherstellung eines ausgeglichenen, sich weitgehend selbst regulierenden Gebietswasserhaushalts mit dem natürlichen Wiederanstieg des Grundwassers und die Ableitung zukünftig anfallenden Überschusswassers des Cospudener Sees sowie der Ertüchtigung bzw. Herstellung dafür notwendiger Fließgewässer. * Der Tagebau Zwenkau wurde als letzter Sanierungstagebau der LMBV mbH im mitteldeutschen Revier im Jahr 1999 außer Betrieb genommen. Bis zum Zeitpunkt der Außerbetriebnahme wurde der Tagebau zur Braunkohlengewinnung zur Sicherung der Kohlelieferungen zum Kraftwerk Lippendorf (alt) durch die MIBRAG mbH auf Basis eines Pachtverhältnisses betrieben. Noch im Zuge der Restauskohlung des Tagebaus wurde das Betriebsregime an Erfordernisse der nachfolgenden Sanierungsarbeiten angepasst. Aufgrund des Förderbrückeneinsatzes entstanden während des Betriebs erhebliche Wiedernutzbarmachungsdefizite, insbesondere in Form von Brückenkippenarealen und offenen Hohlformen. Am 30.09.1999 verließ der letzte Kohlezug den Tagebau Zwenkau. * Die notwendigen Sanierungsarbeiten werden in Verantwortung der LMBV mbH durchgeführt. Der Rückbau der bergtechnischen Anlagen und Tagebaugroßgeräte und die Wiedernutzbarmachung der Kippenflächen sind nahezu abgeschlossen. Die regionalen Anstrengungen um den Erhalt der Abraumförderbrücke F 45 als technisches Denkmal und Zeitzeuge des mitteldeutschen Braunkohlenbergbaus waren nicht erfolgreich. Lediglich ein technisches Modell im Aussichtspavillon am Kap Zwenkau/Stadt Zwenkau erinnert an das technische Denkmal. * Die im Plangebiet aufgestellten raumordnerischen Ziele und Grundsätze sollen die Entwicklung einer vielfältig nutzbaren, gestalterisch akzeptanzfähigen und weitgehend nachsorgefreien Bergbaufolgelandschaft als einen eigenständigen Landschaftsraum mit überregionaler touristischer Bedeutung gewährleisten und eine miteinander verträgliche Gestaltung der Belange von Hochwasserschutz, Freizeit und Erholung, Natur und Landschaft und Waldmehrung mit klarer Funktionstrennung zwischen intensiv genutzten und störempfindlichen Bereichen sicherstellen. * Im Einzelnen sind folgende Entwicklungsschwerpunkte zu benennen: o Nutzung des Zwenkauer Sees als Speicherbecken als Bestandteil der Gesamtkonzeption des vorbeugenden Hochwasserschutzes an der Weißen Elster, o Gewährleistung eines wirksamen Landschafts-, Natur- und Artenschutzes in den besonders wertvollen Auenbereichen der Weißen Elster und in den Sukzessionsarealen sowie deren räumliche und funktionale Vernetzung mit Landschaftselementen im Sanierungsgebiet und im übrigen unverritzten Umfeld unter besonderer Beachtung der im Plangebiet befindlichen FHH-Gebiete Nr. 50E "Leipziger Auensystem" und Nr. 218 "Elsteraue südlich Zwenkau" sowie der SPA-Gebiete "Leipziger Auwald" und "Elsteraue bei Groitzsch", o Schaffung eines zusammenhängenden, reich strukturierten Waldgebiets durch die systematische Erhöhung des Waldanteils und den Schutz des vorhandenen Waldes, o Sicherung der vorhandenen Sport-, Freizeit- und Erholungseinrichtungen in den Bereichen Cospudener See (Landschaftspark Nordufer, Zöbigker Winkel) und am Standort des Freizeitparks Belantis sowie die Entwicklung entsprechender Angebote am Zwenkauer See (' Nordufer und Kap Zwenkau), o Schaffung eines touristischen Gewässerverbunds zwischen dem Zwenkauer und dem Cospudener See mit Anbindung an das Stadtgebiet Leipzig über die bestehende Schleuse am Nordstrand des Cospudener Sees, o Verkehrsanbindung und innere Erschließung des Sanierungsgebiets durch die Realisierung großräumiger Verbindungen (A 72), die bedarfsgerechte verkehrstechnische Erschließung der Erholungsbereiche, die Wiederherstellung devastierter bzw. unterbrochener historischer Wegebeziehungen sowie die Schaffung eines vielseitig nutzbaren Rad- und Wanderwegenetzes mit Einbindung in das überregionale und regionale Verkehrs- und -wegenetz.

Charakterisierung von Mineralstaub-Deposition mit hoher Zeitauflösung im Hinblick auf Partikelgröße, Zusammensetzung und atmosphärische Alterung an für ein atmosphärisch-ozeanisches Staubbudget relevanten Standorten

Nass- und Trockendeposition sind die wesentlichen Prozesse, die Mineralstaub aus der Atmosphäre entfernen. Teragramm Mineralstaub werden pro Jahr interkontinental verfrachtet. Erreicht Staub weitab von seiner Quelle wieder die Erdoberfläche, kann er erheblichen Einfluss auf Ökosysteme haben. Insbesondere ozeanische Ökosysteme sind in ihrer Bioproduktivität nährstofflimitiert. Diese Nährstoffe können durch Mineralstaub eingetragen werden. Trotz der Bedeutung der Deposition sind Messungen bislang rar, und Staubmodelle, die sich an den wenigen Messungen validieren, zeigen erhebliche Fehler. Hauptsächlich der Mangel an geeigneten Messdaten behindert im Moment das weitergehende Verständnis des Staubzyklus. Fehlende standardisierte Messtechnik zur Trockendepositionsmessung erschwert bislang gute Datenerfassung. Daher wird ein neuer automatisierter Nass- und Trockendepositionssammler entwickelt und charakterisiert. Der Sammler wird mit meteorologisch relevanter Zeitauflösung (Stunden bis Tage) betrieben und damit einen großen Nachteil vergangener Messungen beheben, nämlich eine Zeitauflösung von meist Wochen bis Monaten. Durch den Einsatz automatisierter rasterelektronenmikroskopischer Einzelpartikel-Analyse wird ein bisher unerreichter Daten-Detailreichtum für Partikelgrößen von 700 nm bis 100 mym zur Verfügung stehen, einschließlich Partikelgrößenverteilung, Elementzusammensetzung und Partikel-Mischungszustand. Besondere Aufmerksamkeit wird potentiellen Nährstoffen wie Fe, P, K, Mg und Ca gewidmet. Für ausgewählte Proben wird weiterhin Partikel-Hygroskopizität bestimmt.Nach der Testphase auf der Insel Frioul, Frankreich, während der der Sammler im Vergleich zur dort existierenden Zeitreihe validiert wird, werden drei Instrumente an Stationen in Betrieb genommen, die für Staubeintrag in die relevant Ozeane sind: Sao Vicente, Kap Verde und Barbados im Saharischen Ausfluss so wie Heimaey, Island, im arktischen Staub. In einer zweiten Phase (nach dem vorliegenden Projekt) soll das Netzwerk dann erweitert werden durch New Island, Falkland im südamerikanischen Ausfluss, Amakusa, Japan im asiatischen Ausfluss und die Insel Amsterdam zwischen dem südafrikanischen und dem australischen Ausfluss. Zum ersten Mal werden aus diesem Projekt kontinuierliche Zeitreihen der Nass- und Trockendeposition von Mineralstaub zur Verfügung stehen, die tägliche bzw. Ereignis-basierte Zeitauflösung und zudem Partikel-Größenauflösung bieten. Hieraus werden atmosphärische Schlüsselfaktoren abgeleitet, die zur Deposition führen. Weiterhin wird eine Partitionierung zwischen Nass- und Trockendeposition und ihr Größenverteilung von Nährstoffen - insbesondere P und Fe - untersucht. Partikel-Mischungszustand und Form werden durch ein Mischungsmodell und Bildanalyse bestimmt. Eine öffentliche Datenbank wird bereitgestellt, die z. B. für Modellvalidierung zu Verfügung steht. Es ist geplant, die Stationen nach Ende der DFG-Finanzierungphase weiter zu betreiben.

Wasserverdampfer in der Kältetechnik, Teilvorhaben: Splash-Verdampfung und Simulation

Hochtemperatur-Wärmepumpen-Energiespeicher als dekarbonisierter Flexibilitäts-Ersatz fossiler Kraftwerke, Teilvorhaben: Wärmeüberträgeruntersuchungen und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung des entwickelten Speichers

In diesem Vorhaben wird die Schlüsselkomponente zu einer netzdienlichen Langzeit-Energiespeicherlösung auf Basis von Malta’s Hochtemperatur-Wärmepumpen Strom- und Wärmespeichern (MHWS) entwickelt und das MHWS Einsatzpotential in Deutschland untersucht Die MHWS-Speichertechnologie stellt bei der Ausspeicherung gleichzeitig Strom und Wärme bereit, sodass die Elektrifizierung des Wärmesektors über Kraft-Wärmekopplung ebenfalls erfolgen kann. Ein wesentliches Ziel des Vorhabens ist die Kraftwerks-maßstäbliche Untersuchung neuer Flüssigsalz-Luft Wärmeübertrager als kritische MHWS-Komponente in der Testanlage für Wärmespeicherung in Salzschmelzen (TESIS) des DLR. Diese Untersuchung stellt einen sehr wichtigen Qualifikations-Schritt dar, das Wärmepumpen Strom- und Wärmespeicher Konzept zu Kraftwerksgröße hochzuskalieren und damit fossile Gaskraftwerke samt ihren Flexibilitäts- und Netzstabilisierungsdiensten in Zukunft zu ersetzen. Damit ebnet dieses Vorhaben den Weg, für die Energiewende in Deutschland, Europa und weltweit deutsche Turbomaschinen als Kernkomponente von Hochtemperatur-Wärmepumpen Strom- und Wärmespeichern einzusetzen. Das DLR verfolgt folgende Hauptziele im Teilvorhaben: - Definition geeigneter Zielparameter für die Wärmeübertrager-Untersuchungen und die Integration der MHWS-Speichertechnologie in das Energiesystem (AP2) - Untersuchung kritischer Detailaspekte an Wärmeübertragerprototypen (AP4) - Großskaligen 5 MW Wärmeübertragertest mit Testaufbau und Versuchsdurchführung (AP5) - Entwicklung und gegenseitige Validierung von thermodynamischen und abstrahierten Modellen der MHWS-Speichertechnologie (AP6) - Technoökonomische Bewertung der MHWS-Speichertechnologie mit Integration in Strom- und Wärmenetze mit Parameterstudien (AP7)

Einfluss der Brennraumgeometrie und der Temperaturverhaeltnisse auf die Abgaszusammensetzung bei Vorkammer-Dieselmotoren

Untersuchung der Einfluesse von Brennraumgeometrie und Temperaturverhaeltnisse von Zylinderkopf, Vorkammer und Kolben auf die Zusammensetzung der Abgase unter besonderer Beruecksichtigung der unverbrannten Kohlenwasserstoffe bei Vorkammerdieselmotoren.

Untersuchung der katalytischen Prozesse in Elektrolyse- und Synthesereaktionen (im Verbundprojekt: Entwicklung eines tubularen Dampf-Elektrolyseurs mit integrierter Kohlenwasserstoffsynthese)

Im Rahmen der in Deutschland stattfindenden Energiewende werden zur Substituierung fossiler Energieträger zunehmend erneuerbare Energien eingesetzt. Die regelmäßige Verfügbarkeit dieser Energiequellen ist nur bei einem kleinen und kaum erweiterbaren Teil, hauptsächlich der Wasserkraft und der Biomasseverwertung, gegeben. Die Nutzung von Wasserstoff als Energieträger der erneuerbaren Energien (Wasserstoffwirtschaft) erscheint aufgrund hoher Anfangsinvestitionen zur Umrüstung der auf Kohlenwasserstoffen basierenden Energieinfrastruktur sowie der geringen volumetrischen Energiespeicherdichte des Wasserstoffs problematisch. Eine interessante Möglichkeit zur Lösung der Speicherproblematik bei gleichzeitiger Beibehaltung der vorhandenen Infrastruktur besteht in der Herstellung von Methanol aus Kohlendioxid und Elektrolyse-Wasserstoff, der mittels erneuerbarer Energien erzeugt wird. Durch eine stoffliche Nutzung von Kohlendioxid lassen sich in Folge CO2 ?Emissionen mindern, und CO2 wird dadurch in einem Kreislauf genutzt, ohne dass die Atmosphäre durch zusätzliche Emissionen belastet wird. Für die Umsetzung dieses Konzepts müssen geringe Systemkosten bei hohen Wirkungsgraden erreicht werden. Beide Kriterien sprechen für die Nutzung der Hochtemperaturelektrolyse zur Herstellung von Wasserstoff für eine anschließende Kohlenwasserstoffsynthese. Bisher wurden in Hochtemperatur?Elektrolyseuren sauerstoffleitende Elektrolyte verwendet. Das Teilvorhaben der Professur für Technische Thermodynamik innerhalb des Verbundprojektes umfasst die Charakterisierung der eingesetzten Katalysatoren sowie deren Wirkungsweise und die Untersuchung der katalytischen Prozesse mit experimentellen Methoden. Damit soll der Gesamtprozess hinsichtlich der Katalysatoren optimiert werden.

Kriterien und Instrumente zur Bewertung des Potentials der Kraft-Wärme-Kopplung in Brandenburg - Phase II (KWK für Wärmepotentiale größer 30 MW, Holzhackschnitzelanlagen)

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