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Mehrcyclische organische Carbonate als Vernetzer für biobasierte und formaldehydfreie Klebstoffe, Teilvorhaben 2: Klebstoffentwicklung

Im Vorgängerprojekt 'Mehrcyclische organische Carbonate als Vernetzer für biobasierte und formaldehydfreie Klebstoffe' CycloCarb (FNR-FKZ: 22027014) konnte im Labormaßstab aufgezeigt werden, dass sich gesundheitlich unbedenkliche mehrfunktionelle cyclische Carbonate als Vernetzer von petrochemischen und biobasierten Polymeren, vor allem von Lignin, eignen und sich neue, formaldehydfreie lignin-basierte Klebstoffe herstellen lassen. Bei ersten Verklebungstests von Holzfurnieren wurden gute Festigkeiten erzielt. Der noch zu geringen Reaktivität zwischen Lignin und den Carbonaten soll entgegengewirkt werden, indem diese in einer Zwischenstufe zu höhermolekularen Lignin-Carbonat-Präpolymeren umgesetzt werden. Im Laborversuch konnten viskose Präpolymer-Produkte erhalten werden, die über eine Vielzahl an cyclischen Carbonat-Funktionen pro Molekül verfügen, eine erhöhte Reaktivität aufweisen und mit etlichen weiteren potentiellen Reaktionspartnern wie Tanninen, Kohlenhydraten und Proteinen, aber auch mit konventionellen Klebharzkomponenten kompatibel sind. Ein Schwerpunkt der Projektarbeiten besteht in der Entwicklung von Präpolymeren aus Pflanzenölcarbonaten, konventionellen Carbonaten und Lignin bis in den Technikumsmaßstab. Pflanzenölcarbonate werden zusammen mit dem Projektpartner HOBUM Oleochemicals GmbH unter Verwendung neuer Katalysatoren entwickelt und am Thünen-Institut für Holzforschung mit Lignin zu Präpolymeren verarbeitet. Produktcharakterisierung, Klebstoffformulierung, Upscaling und Verklebungstests werden vom Thünen-Institut für Holzforschung und Prefere Resins Germany GmbH durchgeführt. Die Präpolymere werden schließlich im Kilogrammmaßstab erzeugt, um Holzwerkstoffe, faserbasierte Materialien und Mineralstoffe verkleben und anwendungsorientiert prüfen zu können.

Neuartige Katalysatoren für AEM-WE Membran-Elektroden-Einheiten, Teilvorhaben: Entwicklung eines PVD Herstellungsverfahrens für Core-Shell Nanopartikel Katalysatoren für AEM-WE

GcBÜK400 - Chrom im Oberboden

Chrom ist ein in der Erde weit verbreitetes, in vielen Mineralen vorkommendes Element, das für Mensch und Tier lebensnotwendig ist. Es existiert in mehreren Oxidationsstufen, doch nur die drei- und sechswertigen Verbindungen sind im Boden stabil. Unbelastete Böden haben Chromgehalte zwischen 5 und 100 mg/kg. Der regionale Clarke des Erzgebirges beträgt 52 mg/kg (Totalgehalte). Chrom wird über die Metallurgie und Cr-verarbeitenden Industrien (Farben, Legierungen, Katalysatoren, Beizen, Poliermittel, Bauindustrie) anthropogen in die Umweltmedien eingetragen. In den Böden kann es durch Düngung (Cr im Thomasphosphat) und Klärschlammaufbringung noch zu einer zusätzlichen Belastung mit Chrom kommen. Die regional unterschiedliche Verteilung des Chroms in den sächsischen Böden resultiert aus der geogenen Spezialisierung der Substrate. Bei der Bodenbildung kommt es i. d. R. zu keiner größeren An- bzw. Abreicherung von Chrom. Die Gehalte der Böden liegen in etwa in der Höhe der Ausgangsgesteine. In den nördlichen bzw. nordwestlichen Landesteilen dominieren in den Böden über weitgehend sandigen Lockergesteinen niedrige Chromgehalte unter 20 mg/kg. Die Böden über sauren Magmatiten und Metamorphiten sowie über den Sandsteinen der Elbtalkreide und den Granodioriten der Lausitz liegen ebenfalls im unteren Gehaltsbereich. Über den stärker lössbeeinflussten Lockersedimenten, den Rotliegend-Sedimenten sowie den Tonschiefern, Phylliten, Glimmerschiefern und Paragneisen des Erzgebirges steigen die Chromgehalte in den Böden auf etwa 30 - 40 mg/kg an. Die höchsten Gehalte ( 100 mg/kg) treten in Sachsen punktuell über basischen Vulkaniten (Basalte, Serpentinite, Gabbros), über den größere Flächen bildenden Diabasen des Vogtlandes und lokal über Cr-haltigen Mineralisationen und Verwitterungsbildungen auf (Ni-Hydrosilikate bei St. Egidien). Serpentinite z. B. können bis zu 2000 mg/kg Chrom (Totalgehalte) enthalten. In den Auenböden treten deutliche Beziehungen zwischen den Chromgehalten und den Gesteinen der jeweiligen Einzugsgebiete auf. Die Auenböden der Weißen Elster, der Mulde und der Elbe (Einzugsgebiet Erzgebirge /Vogtland) führen mittlere bis leicht erhöhte Gehalte. Die Gehalte in den Flussauen der Lausitz sind dagegen deutlich niedriger. Infolge der unterschiedlichen Bindungsformen des Chroms in den Primärsubstraten ist die Umrechnung von Cr-Totalgehalten in Cr-Königswassergehalte (KW) äußerst problematisch. Praktische Erfahrungen bei den Bodenuntersuchungen zeigen, dass die KW-Gehalte von basischen bis ultrabasischen Magmatiten und Metamorphiten gegenüber den Totalgehalten bis zu ca. 50 % niedriger sind. Die geochemische Spezialisierung der basischen Substrate tritt deshalb im Kartenbild nur in abgeschwächter Form in Erscheinung. Die in der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) festgelegten Prüfwerte für den Wirkungspfad Boden-Mensch (KW-Gehalte) werden in Sachsen nur punktuell über den o. g. basischen und ultrabasischen Gesteinen überschritten. Im Vogtland kommt es über den Diabasen z. T. flächenhaft zur Überschreitung der Cr-Vorsorgewerte, wobei auf Grund der natürlichen Bindungsform aber keine verstärkte Freisetzung im Boden zu erwarten ist.

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Entwicklung und Umsetzung eines innovativen Verfahrens zur Herstellung von Kraftstoffen für den Einsatz im Flugbetrieb auf der Basis biogener Rohstoffe

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Bereitstellung einer effizienten, verfahrenstechnischen Lösung zur Herstellung von hochwertigem Kraftersatzstoff für den Flugbetrieb (SAF) aus nachhaltigen Quellen. Mit dem Entwurf und der Implementierung einer innovativen Umwandlungstechnologie sollen Stoffkreisläufe geschlossen und bekannte Prozesse in neuartigen, auf dem 'Plug and Play' Prinzip basierten Mikroreaktoren, umgesetzt werden. Die zu entwickelnde innovative Technologie kombiniert das Verfahren der Fischer-Tropsch-Synthese (FTS) mit dem Prozess des Hydrocrackens (HCR) in einem Mikroreaktorsystem. Für die Bereitstellung des Synthesegases (Hauptbestandteile CO und H2) werden verschiedene Quellen genutzt, sodass lokale Reststoffkreisläufe (z.B. Alt- oder Restholz) mit einer Wasserstoffeinspeisung geschlossen und kombiniert werden, wobei der Wasserstoff aus dem Betrieb von Wind- oder Solaranlagen gewonnen wird. Die Vielfältigkeit der Einsatzstoffe aus denen das Synthesegas bereitgestellt wird, macht es notwendig, spezifische auf den Umwandlungsprozess abgestimmte Katalysatoren ein-zusetzen. Bisherige Hemmnisse wie die Größe solcher Anlagen und die damit einhergehende Wirtschaftlichkeit sollen durch Prozessanpassung des Konversionsprozesses überwunden werden, so dass dezentrale Anlagen rentabel betrieben werden können. Folgende Bearbeitungsschwerpunkte sind geplant: a) die Entwicklung eines innovativen Mikrokanalreaktors (MCR) und Überführung in den Pilotmaßstab in dem sowohl das FTS-Verfahren als auch der HCR-Prozess integriert sind. Damit wird eine deutliche Reduzierung der für den Prozess notwendigen Reaktionsräume ermöglicht. b) Aufbau und Implementierung sowie Testbetrieb des Reaktors (Miniplant-Anlage) und anschließender Aufbau der Anlage beim Projektpartner (Pilotanlage) um das Verfahren hinsichtlich seiner Stabilität, Einsatzstoffflexibilität und Robustheit unter realen Bedingungen zu bestätigen, zu testen, und zu validieren.

RUBIN - PhoTech - VP4: Stadtluft, TP4.8: Passive Systeme auf Verkehrsflächenbefestigung der FH Potsdam

RUBIN - PhoTech - VP4: Stadtluft, TP4.3: Passive Systeme auf Verkehrsflächenbefestigung der FH Erfurt

Entfernung von gelöstem Sauerstoff aus Aminlösungen für die CO2-Abtrennung

MeDORA zielt entsprechend der Vorrangigen Forschungsrichtungen von Mission Innovation auf die beschleunigte Umsetzung umweltfreundlicher Prozesse zur CO2-Abscheidung ab und setzt die im 7. Energieforschungsprogramm 'Innovationen für die Energiewende' des Bundes in Abschnitt 3.15 'Technologien für die CO2-Kreislaufwirtschaft' genannte Zielsetzung der Weiterentwicklung von Komponenten und Werkstoffen für die CO2-Abtrennung konsequent um. In MeDORA soll mittels eines innovativen Membranverfahrens der in Amin-Waschmitteln von CO2-Abtrennungsanlagen gelöste Sauerstoff entfernt werden, um die oxidative Waschmittelzersetzung um 50% zu reduzieren und darüber hinaus den O2-Gehalt im abgetrennten CO2 auf kleiner als 10 ppmv zu begrenzen. Die angestrebte Erhöhung der Waschmittellebensdauer lässt eine Senkung der Betriebskosten für das Waschmittelmanagement um bis zu 70 % erwarten und kann damit die Umweltauswirkungen einer Abscheidungsanlage durch geringe Abfallmengen beim Waschmittelmanagement (Reclaiming) und reduzierte Emissionen (insbesondere des flüchtigen Zersetzungsprodukts NH3) deutlich senken. Die höhere Reinheit des CO2-Produkts erlaubt es die strengen Spezifikationen geologischer Speicherprojekte (z.B. Northern Lights in Norwegen) ohne aufwändige Nachbehandlung zu erfüllen und senkt entsprechend auch die Kosten für CCU-Anwendungen, bei denen O2-Spuren Katalysatoren schädigen. MeDORA, mit 6 Partnern aus 3 europäischen Ländern, wird von einem starken industriebasierten Konsortium geleitet, das die gesamte Wertschöpfungskette abdeckt. Die Langzeittests von MeDORA (TRL 7-8) in Niederaußem, hier erstmalig auch mit innovativen asymmetrischen Membranen, und bei HVC in den Niederlanden stellen die industrielle Anwendbarkeit sicher und werden begleitet von technisch-wirtschaftlichen Analysen, LCA, Vergleich mit anderen Techniken zur O2-Reduzierung im Waschmittel und im Produkt-CO2, werkstoffwissenschaftlichen Untersuchungen sowie der Entwicklung eines Verwertungsplanes.

Edelmetallfreie Elektroden für die Nächste Generation der Alkalischen Elektrolyse'; Rheinmetall - KS Gleitlager

Im Rahmen des Projektes mit den Partnern Rheinmetall, McPhy und DLR wird ein AEL-Stapel mit hohem Wirkungsgrad und hoher Stromdichte entwickelt und optimiert, der aus fortschrittlichen, kostengünstigen, industriell skalierbaren Komponenten besteht und an einem 60-kW-Industrieprüfstand von McPhy seine Feldtauglichkeit über 6 Monate demonstriert. Die Weiterentwicklung der AEL wird sich auf zwei Schlüsselinnovationen stützen: - Integriertes Elektrodenpaket Ein hochaktiver Katalysator auf Basis eines kostengünstigen Nicht-Edelmetalls integriert mit einer mikroporösen Schicht und einer makroporösen Flüssigkeits-Gas-Diffusions-Schicht. Das vereinheitlichte Elektrodenpaket wird die Optimierung der katalytischen Aktivität mit dem optimierten Transport der Medien (flüssiger Elektrolyt & Gase) und der elektrischen Leitung kombinieren. Das Ziel im Vorhaben ist die Hochskalierung der Elektroden auf 400 cm2 für die Integration in eine praxisnahe Einzelzelle und über 1055 cm2 für die Integration in einen 60-kW-Industrieprüfstand-Stack im 6-Monats-Betrieb zur Feldtauglichkeitsvalidierung. - Feststoffmembran Dünne und dichte AEM-Membranen für den Betrieb bei hoher KOH-Konzentration werden anstelle von porösen Membranen wie z.B. Zirfon qualifiziert. Dadurch wird zum Einen der ohmsche Widerstand gesenkt und zum Anderen Reinheit und Differenzdruck erhöht. Durch die Kombination dieser innovativen Komponenten soll eine neue Generation von AEL mit sehr fortschrittlichen 3.87 kWh/Nm3 @ 0.5 A/cm2 und 4.30 kWh/Nm3 @ 1.2 A/cm2 erreicht werden. Darüber hinaus müssen stringente Degradationsziele erreicht werden und die Hochskalierung der Elektroden demonstriert werden. Die Kostenziele orientieren sich an den Zielen der EU-Kommission und der Nat. Wasserstoffstrategie. Die Arbeitspakete beinhalten Entwicklung der Komponenten, ihre Hochskalierung, Langzeitstabilität, Stack-Integration und Demonstration in einem 60 kW Prüfstand.

Entwicklung eines Methanoxidationskatalysators auf Basis von biogenem Silica für die Entfernung von Methan im Abgas von Biogas-BHKW

Das Projekt hat die Entwicklung und Untersuchung eines hinreichend aktiven sowie langzeitstabilen Katalysators zur Oxidation von Methan im Abgas von Biogas-Blockheizkraftwerken (BHKW) zum Ziel. Die Basis dafür bildet pulverförmiges biogenes Silica, welches aus der energetischen Verwertung von biogenen Rest- und Abfallstoffen gewonnen wird. Zusammen mit den aktiven Komponenten wird dies einerseits als Washcoat auf a-Aluminiumoxid Hohlkugeln aufgebracht. Andererseits werden Hohlkugeln aus dem pulverförmigen Katalysator gefertigt. Im Projektverlauf wird die Katalysatorentwicklung ausgehend vom Labormaßstab nach Upscaling auch unter realen Bedingungen abgebildet. Die Untersuchungen sollen unter Praxisbedingungen durchgeführt werden. Dabei soll unter Verwendung einer mobilen Katalysatortestapparatur mit Realabgas und nachfolgend direkt im BHKW-Abgasstrang der Nachweis der Praxistauglichkeit geführt werden.

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