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H2Giga: Industrialisierung PEM-Elektrolyse-Produktion, Teilvorhaben: AP1.TAP2 (Lead Audi) Vorarbeiten für die Serien Produktion, AP1.TAP4 (Lead IPA) Serienproduktion- und Fabrikplanung Stack

Online-Optimierung eines Absorptions- und Desorptionsprozesses für die Koksofengasreinigung

In der Prozessindustrie sind die Anforderungen an die Verfahren wie preiswertes Design und umweltschonenden Betrieb vielseitig, und teilweise auch gegenläufig. Hierdurch steigt der Bedarf an flexibleren Produktionsanlagen, um den steigenden Anforderungen bezüglich der schnell wechselnden Marktanforderungen und der Umweltverträglichkeit gerecht zu werden. Ressourcenschonung und Reduzierung der Umweltbelastung sind Ziele, die die gängigen Verfahren aufgrund der sich ändernden Umweltauflagen (Reinheit der Gasemission) an die Grenzen der Wirtschaftlichkeit bringen. Die Reaktivabsorption und die anschließende Desorption stellt durch die Kombination von Stofftrennung und chemischer Reaktion in Mehrkomponentensystemen ein sehr komplexes Verfahren mit einem hohen Optimierungspotential dar. Dies gilt insbesondere für die im Rahmen des Forschungsprojektes zu untersuchende Ammoniak-Schwefelwasserstoff-Kreislaufwäsche zur Reinigung von Kokereiabgasen. Bei diesem industriell relevanten und hier exemplarisch ausgewählten Prozess basiert der konventionelle Betrieb integrierter Kolonnensysteme auf der vorherigen Auslegung für einen konstanten Betriebspunkt. In der Realität ändern sich jedoch die Randbedingungen, so dass die Prozesse am vorgegebenen Betriebspunkt nicht optimal betrieben werden können. Hier liegt die besondere wissenschaftliche Herausforderung bezüglich der Online-Optimierung, die Umweltrestriktionen sowie alle Produktanforderungen unter den gegebenen Anlagenbegrenzungen und den sich ändernden Echtzeit-Randbedingungen zur Minimierung der Betriebskosten gleichzeitig einzuhalten. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird eine Methodik zur Online Optimierung entwickelt und an einer realen Anlage (AS-Kreislaufwäsche) im Pilotmaßstab erprobt und bewertet. Als Ergebnis ist ein effizientes robustes Online-Optimierungssystem zur Ermittlung optimaler Prozessführungsstrategien für dynamische nichtlineare große Systeme unter Echtzeit-Randbedingungen zu erwarten. Die zu entwickelnde Methodik der Online-Optimierung ist allgemeingültig und soll für die Optimierung anderer Prozesse übertragbar sein.

Heizwert und Sauerstoffbedarf von Flüchtigen inklusive Teer

Der thermischen Nutzung fester biogener Brennstoffe kommt heutzutage eine wesentliche Bedeutung für die Bereitstellung von Energie zu. Weiters werden Abfallstoffe (zB Kunststoffe) zunehmend thermisch entsorgt bzw. genutzt, nicht zuletzt wegen der neuen Deponieverordnung in Österreich. Daher ist es von entscheidender Bedeutung diese Anlagen möglichst effizient und umweltfreundlich zu betreiben. Einerseits wird dadurch ein möglichst hoher Energiegewinn erzielt, andererseits eine möglichst geringe Umweltbelastung durch die entstehenden Abgase angestrebt. Die Kenntnis über den Ort der Energiefreisetzung und den Sauerstoffbedarf abhängig vom Pyrolysefortschritt bzw. vom Ort sind daher von großer Bedeutung. Die Pyrolyse spielt bei jeder thermischen Umwandlung fester Brennstoffe eine entscheidende Rolle, insbesondere bei Biomasse, da Biomasse einen hohen Anteil an Flüchtigen (zum Beispiel Fichte mit ca.85 Prozent Flüchtige, davon ca. 70 Prozent Teere) aufweist, welche bei der Pyrolyse freigesetzt werden und daher den Verbrennungsablauf besonders beeinflussen. Da der Heizwert von Flüchtigen (inklusive Teer) und der Sauerstoffbedarf derselbigen von Bedeutung für die Prozessführung von Vergasungs- und Verbrennungsanlagen sind, sollen diese Parameter eingehender untersucht werden. In Vorprojekten wurde bereits auf den Einfluss von zum Beispiel Partikelgröße und Feuchtegrad von Biomasse auf die Flüchtigenausbeute bei der Pyrolyse eingegangen. In der Praxis bereiten vor allem die Teere immer wieder Probleme und sollen daher in dieser Arbeit eingehender untersucht werden. Die Untersuchung ihrer Zusammensetzung ist auf Grund der komplexen chemischen Struktur sehr aufwendig und teuer. Die in diesem Projekt vorgestellte, neu konzipierte Versuchsanlage, welche eine Kombination einer thermogravimetrischen Apparatur und eines differentiellen Durchfluss-Kalorimeters darstellt, ermöglicht es den Heizwert und den Sauerstoffbedarf der Teere und der Flüchtigen zu untersuchen, ohne deren Zusammensetzung analysieren zu müssen. Dadurch wird eine einfache, rasche und kostengünstige Möglichkeit geschaffen, den Heizwert der Flüchtigen und des Teers abhängig von der Zeit bzw. des Umwandlungsfortschritts experimentell zu ermitteln und somit auch Rückschlüsse auf die Crackreaktionen ermöglicht. usw.

Errichtung einer Anlage zur Beheizung der Gewächshäuser einer Gärtnerei mittels erdgasbetriebener Wärmepumpen, die im Grundwasser gespeicherte Erdwärme nutzbar machen

Bei dem Pilotvorhaben der OCER Energie GmbH im niedersächsischen Zetel (Kreis Friesland/Niedersachsen), wird die im Grundwasser gespeicherte Erdwärme genutzt, um Gewächshäuser einer Gärtnerei ganzjährig, kontinuierlich mit Wärme zu versorgen. Damit kann im Vergleich zu einer herkömmlichen Erdgasheizung rund die Hälfte des Brennstoffs eingespart werden. Der Ausstoß an klimaschädlichem Kohlendioxid wird um rund 368 Tonnen pro Jahr verringert. Die im Rahmen des Vorhabens benötigte Wärmeenergie soll mittels erdgasbetriebener Wärmepumpen Brunnenwasser aus rund 30 Meter Tiefe, das ganzjährig ca. 10 Grad Celsius warm ist, gewonnen werden. Zusätzlich soll auch die Abwärme der Gasmotoren genutzt werden. Da an sonnenscheinreichen Tagen eine Beheizung der Gewächshäuser nicht nötig ist, wird die Wärme in dieser Zeit in Wassertanks gespeichert und je nach Bedarf zugeführt. Das Vorhaben kann ein Modell für eine Vielzahl von anderen Gärtnereien und Einrichtungen sein, bei denen die benötigte Energie oft die größten Kosten verursacht und Grundwasser in ausreichender Menge zur Verfügung steht.

Demonstrationsanlage zur Aufbereitung von Oberflaechenwaessern

Durch den Bau und den Betrieb der Demonstrationsanlage soll der Funktionsnachweis einer neuartigen Verfahrenskombination zur Aufbereitung von Weserwasser nachgewiesen werden. Das Verfahrenskonzept besteht im wesentlichen aus einer zweistufigen Membrananlage, wobei in der ersten Stufe mit einer Ultrafiltration ungeloeste Wasserinhaltsstoffe und Bakterien abgetrennt werden sollen. Mit einem zweiten Verfahrensschritt soll das Wasser mit einer Umkehrosmose-Anlage entsalzt werden. Die derzeit hohen Kosten zur Aufbereitung von Weserwasser sollen durch den Einsatz eines modernen/innovativen Verfahrens normalisiert werden, um den Wettbewerbsnachteil gegenueber anderen Stahlerzeugern zu verringern. Die Salzfracht des in den Vorfluter abzuleitenden Abwassers wird durch den Einsatz der Membrantechnologie drastisch reduziert. Weiterhin wird der Chemikalieneinsatz drastisch gesenkt.

Betriebliches Abfallmanagement in der Pharmaindustrie

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Untersuchung und die Weiterentwicklung von Konzepten fuer das betriebliche Abfallmanagement in der chemischen Industrie. Die Erfahrungen in mehreren internationalen Standorten eines Pharmaunternehmens werden ausgewertet. Die Konzepte werden in einer Anzahl von Schritten zerlegt: Ist-Analyse, Schwachstellenanalyse, Entwicklung von Sollkonzepten, Entwicklung von Standardanweisungen usw. Die Erfahrungen zeigen, dass das Abfallmanagement eine besondere Stellung im Umweltmanagement einnimmt. Es setzt lange vor der Entstehung des Abfalls an, z.B. beim Einkauf und bei der FuE, und schafft die notwendige Transparenz, um die Umwelt zu schonen und Kosten zu sparen.

Energy Savings 2020: How to triple the impact of energy saving policies in Europe?

Europe needs to triple the impact of its energy efficiency policies to achieve its 2020 targets set last year, according to a new study written by Ecofys and the Fraunhofer ISI. The study reveals that the potential exists to reach the 20 percent energy saving by 2020 goal cost-efficiently, cutting energy bills by € 78 billion for European consumers and businesses annually by 2020. However, current EU policy is delivering only one-third of the potential cost-effective savings measures. Increased energy savings will also warrant easier and less expensive achievement of a 20 percent share of renewables in the EU energy mix in 2020. The study was commissioned jointly by the European Climate Foundation (ECF) and the Regulatory Assistance Project (RAP).

Optoelektronische Methode der Blickregistrierung zur objektiven Bewertung der Demontagegerechtheit von Bauteilen und Produkten

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Das Aufkommen an Elektro(nik)-Altgeräten wird in der EU für die Jahre 1998/99 auf 8 Mio. Mg geschätzt, wobei 90 Prozent deponiert, verbrannt bzw. verwertet werden, ohne dass eine Schadstoffentfrachtung stattfindet. Bei der Verwertung dieser Geräte ergänzen sich heute die Bereiche der manuellen Demontage und die der verfahrenstechnischen Aufbereitung. Voraussetzung für ein ökologisch hochwertiges Recycling ist vielfach die Demontage, die jedoch erhebliche Kosten verursachen kann. Zum einen hat das Vorhaben die Zielsetzung, ein Screening über die bei den Verwertern anfallenden Alt-Produkte zu erzeugen, anhand dem eine Bewertung der Produkte aus ökologischer und ökonomischer Sicht durchgeführt werden kann und eine Entscheidung getroffen werden kann, ob eine Demontage nötig bzw. sinnvoll ist. Zum anderen werden Demontageuntersuchungen sowohl im Labor als auch verstärkt bei Verwertern mit Hilfe einer Blickregistrierungskamera durchgeführt. Aus den Analysen dieser Untersuchungen werden Konstruktionskriterien für eine schnellere Demontage abgeleitet. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Im ersten Teil des Projektes wird mit Hilfe von Umweltverträglichkeitsuntersuchungen die Einteilung der beim Verwerter anfallenden Produkte vorgenommen. Ausgehend von einer Musterzerlegung werden die Einzelfraktionen der Geräte bestimmt, ihre Umweltrelevanz untersucht und die bestehenden Verwertungsalternativen zusammengestellt. Diese Ergebnisse werden unter Betrachtung aller wirtschaftlichen und ökologischen Teilaspekte möglicher Gesamtentsorgungsalternativen wie z.B. Shredder, Verbrennung bzw. Deponierung gegenübergestellt. Im zweiten Teil werden Demontageuntersuchungen mit Hilfe der Blickregistrierung durchgeführt, deren Analyse aufzeigt, welche Konstruktionskriterien eine einfache Erkennbarkeit der Baustruktur und der Verbindungselemente zulässt. Fazit: In diesem Projekt konnte durch eine Öko-Bilanzierung gezeigt werden, dass eine vertiefte Demontage ökologische Vorteile gegenüber der verfahrenstechnischen Aufbereitung beim Recycling von Elektronik-Geräten aufweist. Weiterhin wurde erstmals die Blickregistrierung bei der Demontage von Elektro(nik)-Geräten eingesetzt. Der Einsatz dieser Methode in diesem Bereich hat sich als effektiv erwiesen. Der Demontageanalyseprozess wurde soweit optimiert, dass er jetzt standardmäßig als Dienstleistung angeboten werden kann. Bei der Umsetzung der mit der Blickregistrierung ermittelten Konstruktionskriterien lassen sich bei gleichen Demontagekosten deutliche ökologische Vorteile erzielen. Für die Weiterführung des Projektes sind im nächsten Schritt entwicklungsbegleitende Untersuchungen notwendig, um die Ergebnisse zu bestätigen und umzusetzen.

Entwicklung von preiswerten, schalldaemmenden Wandelementen (Fensterelemente, Trennwaende, Maschinenkapselungen)

Ziel: Schalldaemmende Wandelemente (wie Trennwaende und Raumteiler, ferner Kapselungen von lauten Maschinen, sowie Fensterelemente, bestehend aus Fenster, Tuer, Luefter, Rollkasten) mit einem preiswerten Schalldaemmwert, das heisst optimales dB/Preis-Verhaeltnis. Der Nachteil der handelsueblichen Elemente ist ihr hoher Preis, ferner keine Abstimmung zwischen den Teilelementen, so dass 'schwache' und 'starke' Elemente nebeneinander eingesetzt werden. Die Fahrerkabinen von LKW und Baumaschinen sind nicht ausreichend vom Motor und Getriebe schallisoliert. Vorliegende Ergebnisse: Preiswerter Schallschutz mit neuen Rolladen-Fenster-Elementen.

Entfernung von toxischen Schwermetallen aus industriellen Abwässern unter Verwendung immobilisierter Makroalgenbiomasse

Mit dem Projekt wird das Ziel verfolgt, ein wirtschaftlich einsetzbares Verfahren zur Schwermetallentfernung auf der Grundlage von Algenbiomasse zu entwickeln. Die Grundlage für die Antragstellung bilden die Ergebnisse, die zur Abtrennung von Schwermetallen aus der wässrigen Phase im Sonderforschungsbereich 193 der Deutschen Forschungsgemeinschaft 'Biologische Behandlung industrieller und gewerblicher Abwässer' an der Technischen Universität Berlin in der 3. und 4. Förderphase von 1997 bis 2001 unter Verwendung von Mikroalgenbiomasse erreicht wurden. Mit dem Forschungsvorhaben soll versucht werden, dem Problem der Bereitstellung preiswerter Biomasse näher zu kommen. Hierzu können marine Makroalgen, die aus dem Meer gewonnen werden oder die bereits zur Wertstoffgewinnung verwendet werden, dienen. Bisher sind in den Teilprojekten F2 und F3 des Sonderforschungsbereichs 193 der Deutschen Forschungsgemeinschaft 30 verschiedene Mikroalgen aus unterschiedlichen Bezugsquellen eingesetzt worden. Der gegenwärtige Stand der Untersuchungen im Hinblick auf Aufnahmekapazität und -geschwindigkeit der Schadstoffe lässt Rückschlüsse auf eine erfolgversprechende technische Anwendungsmöglichkeit zu. Voraussetzung dafür ist die Lösung des Problems des durch die Kultivierungsbedingungen für die Mikroalgen noch zu hohen Preises für die Biomasse. Zeigen Makroalgen im Vergleich zu den Mikroalgen ähnliche positive Eigenschaften im Hinblick auf die Aufnahmefähigkeit (Kapazität, Selektivität) für Schwermetallionen, so könnten Immobilisate auf der Basis von Makroalgenbiomasse eine Alternative darstellen. Neben den bereits im Sonderforschungsbereich 193 eingesetzten Metallen Blei, Nickel, Cadmium, Zink und Kupfer ist die Ausdehnung der Untersuchungen auf weitere Metalle geplant, die als Kontaminationen in der Abwasseraufbereitung unterschiedlicher Herkunftsquellen eine wichtige Rolle spielen. Vorgesehen ist eine Erweiterung auf die Metalle Chrom (Cr+3) und Arsen (As). Der Schwerpunkt der Untersuchungen sollte auf industriell nutzbaren preiswerten Makroalgen liegen, die in großer Menge als Biomassenquelle vorhanden sind und leicht beschafft werden können.

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