Das Projekt "Teilprojekt 5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Umwelt & Energie, Technik & Analytik e.V. durchgeführt. Das Projekt hat drei Schwerpunkte 1) Die Bewertung und der Vergleich von Analyseverfahren für Submikrometer-Plastikpartikel (teilw. inkl. adsorbierter Spurenstoffe) an definierten Referenzpartikeln im Labor, in Laborkläranlagen und in Umweltproben. 2) Bewertung der Auswirkungen der Partikel auf aquatische Umwelt und menschliche Gesundheit. 3) Problemwahrnehmungen und Bewältigungsstrategien in Bezug auf Submikropartikel in der Umwelt in Gesellschaft und Politik sowie Einbindung der Ergebnisse in Rechtssetzungsprozesse. In AP 1 erfolgt zunächst die Festlegung der benötigten Referenzpartikel (Größe, Material, Markierung). Die unterschiedlichen Partikel werden aus Makroplastik durch Kryomahlen mit anschließender Größenfraktionierung hergestellt. Uniformität und Größenverteilung werden durch mikroskopische Untersuchungen sichergestellt. Verfügbare Referenzmaterialien werden mit den selbst hergestellten Materialien verglichen. Aufbauend auf den etablierten manuellen und halbautomatischen Probenahmemethoden werden diese in AP 2 so weiterentwickelt, dass eine Detektion von kleineren Partikeln nach automatisierter Probenahme ermöglicht wird. Voruntersuchungen erfolgen zunächst im Labor mit synthetischen Wässern. Dazu werden Suspensionen mit verschieden großen Plastikpartikeln und Plastikarten hergestellt und charakterisiert. Hiermit soll auch die Eignung der dynamischen und elektrophoretischen Lichtstreuung untersucht werden. Mikroplastikmenge und -identität werden mittels Pyrolyse GC-MS bestimmt. Die finale Validierung der entwickelten Probenahme und Messmethoden erfolgt mit realen Umweltproben. Eintragspfade und Verbleib von Submikropartikeln in verschiedenen Umgebungen und Prozessen werden in AP 4 untersucht. Das in AP2 entwickelte Probenahmesystem wird dabei evaluiert und mit klassischen Probenahmesystemen verglichen. Abschließend erfolgt mit den anderen Partnern eine Bewertung der unterschiedlichen Behandlungsstufen im labor- und großtechnischen Maßstab.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Mainz, Institut für Physikalische Chemie durchgeführt. ETOS strebt die Etablierung eines interdisziplinären Innovationsnetzwerkes für die Elektrifizierung technisch relevanter Synthesen zur Herstellung von organischen Wertstoffen und Chemikalien an (Power-to-Chemicals). Die Elektrosynthese komplexer organischer Chemikalien ist bisher eine Nischentechnologie, wird jedoch durch die voranschreitende Energie- und Rohstoffwende und die durch den Klimawandel notwendige Defossilierung und erweiterte Nutzung elektrischer Energie (Sektorenkopplung zur Elektrifizierung der Chemikalienproduktion) zu einer Schlüsseltechnologie für die Chemieindustrie. Die direkte Nutzung von Strom als Reagenz ist besonders attraktiv, da es keine direkten Reagenzabfälle erzeugt, milde Synthesebedingungen erlaubt und inhärent sicher ist. Entscheidende Schlüsselergebnisse aus der Wissenschaft sind das elektrosynthetische Screening und Kapillarspaltzellen zur energieeffizienten Umsetzung, die zu kürzeren Synthesewegen und dem Ersatz von umweltschädlichen Verfahren, gefährlichen Reagenzien sowie kritikalen, fossilen Ressourcen führen. Für eine großskalige, disruptive Einführung der Elektrosynthese in der chemischen Industrie benötigt das Feld eine Revolutionierung hin zu modernen und kompetitiven Prozessen und Produktionsanlagen, wie Anfang des 20. Jahrhunderts die chemische Industrie. ETOS wird die erste große Technologieplattform sein, die sich mit dem Transfer organischer, elektrochemischer Synthesen vom Labor- in den industriellen Maßstab beschäftigt und Lösungsvorschläge und Schlüsseltechnologien, u.a. neue Systeme für KI-basierte Screening- und Elektrosyntheseverfahren und die technische Konzeption modular anpassbarer Kapillarspaltreaktoren für verschiedene Größenskalen, für nachhaltige, robuste und zukunftsfähige Prozesse und Produkte generieren wird. Zu den akademischen Partnern zählen federführend die JGU Mainz und das Karlsruher Institut für Technologie.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Angewandte Materialien - Elektrochemische Technologien durchgeführt. ETOS strebt die Etablierung eines interdisziplinären Innovationsnetzwerkes für die Elektrifizierung technisch relevanter Synthesen zur Herstellung von organischen Wertstoffen und Chemikalien an (Powerto-Chemicals). Die Elektrosynthese komplexer organischer Chemikalien ist bisher eine Nischentechnologie, wird jedoch durch die voranschreitende Energie- und Rohstoffwende und die durch den Klimawandel notwendige Defossilierung und erweiterte Nutzung elektrischer Energie (Sektorenkopplung zur Elektrifizierung der Chemikalienproduktion) zu einer Schlüsseltechnologie für die Chemieindustrie. Die direkte Nutzung von Strom als Reagenz ist besonders attraktiv, da es keine direkten Reagenzabfälle erzeugt, milde Synthesebedingungen erlaubt und inhärent sicher ist. Entscheidende Schlüsselergebnisse aus der Wissenschaft sind das elektrosynthetische Screening und Kapillarspaltzellen zur energieeffizienten Umsetzung, die zu kürzeren Synthesewegen und dem Ersatz von umweltschädlichen Verfahren, gefährlichen Reagenzien sowie kritikalen, fossilen Ressourcen führen. Für eine großskalige, disruptive Einführung der Elektrosynthese in der chemischen Industrie benötigt das Feld eine Revolutionierung hin zu modernen und kompetitiven Prozessen und Produktionsanlagen, wie Anfang des 20. Jahrhunderts die chemische Industrie. ETOS wird die erste große Technologieplattform sein, die sich mit dem Transfer organischer, elektrochemischer Synthesen vom Labor- in den industriellen Maßstab beschäftigt und Lösungsvorschläge und Schlüsseltechnologien, u.a. neue Systeme für KI-basierte Screening- und Elektrosyntheseverfahren und die technische Konzeption modular anpassbarer Kapillarspaltreaktoren für verschiedene Größenskalen, für nachhaltige, robuste und zukunftsfähige Prozesse und Produkte generieren wird. Zu den akademischen Partnern zählen federführend die JGU Mainz und das Karlsruher Institut für Technologie.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Herstellung und Optimierung des Zementklinkers" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IBU - tec advanced materials AG durchgeführt. Einen maßgeblichen Anteil an den gesamten anthropogenen CO2-Emissionen hat mit ca. 20% der Sektor Industrie, wobei ca. 5% auf die Zementindustrie entfallen. Letztgenannte Emissionen haben ihre Ursache zum einen im prozessbedingten Verbrauch von Brennstoffen und Energie (ca. 40%), vor allem aber im Einsatz von primärem Kalkstein bei der Herstellung des Zementklinkers (ca. 60%). Ein Material, das bisher als Rohmehlkomponente und potentiellem Ersatz für primären Kalkstein kaum Beachtung fand, ist der hydratisierte, erhärtete Zementstein in Altbeton, sogenannter RCP (Recycled Concrete Paste). Das Verbundvorhaben K4 hat sich zum Ziel gesetzt, diesen Rohstoff zur Herstellung kalkarmer belitischer Klinker und darauf basierender Zemente nutzbar zu machen. Die hierbei erzielten Minderungen der CO2-Emissionen wären beachtlich und würden zusätzlich zur Primärressourceneinsparung einen substantiellen Beitrag der Zementindustrie zur direkten Vermeidung von CO2 (Carbon Direct Avoidance) liefern. Es ist weiterhin zentrales Anliegen von K4, durch optimierte Betontechnologie das hohe CO2-Aufnahmepotential dieser bereits CO2-armen belitischen Zemente bei der groß-industriellen Herstellung von karbonatisierungsgehärteten Betonsteinprodukten maximal auszunutzen. Somit würde die Verwendung von RCP als Kalksteinsubstitut nicht nur dazu beitragen die CO2-Emissionen bei der Klinkerherstellung zu verringern, sondern als karbonatisierungsaffine Zementkomponente auch noch dazu, das emittierte CO2 als thermodynamisch stabiles Kalziumkarbonat dauerhaft einzubinden. Durch seine Weiterentwicklung aus dem Labor- in den großtechnischen Maßstab legt K4 den technologischen Grundstein für eine Umsetzung des Konzepts in marktreife Lösungen mit signifikant gesteigerter Produktivitätsrate.
Das Projekt "Teilprojekt 5: Umsetzung im Industriellen Maßstab" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Lithonplus GmbH & Co. KG durchgeführt. Einen maßgeblichen Anteil an den gesamten anthropogenen CO2-Emissionen hat mit ca. 20% der Sektor Industrie, wobei ca. 5% auf die Zementindustrie entfallen. Letztgenannte Emissionen haben ihre Ursache zum einen im prozessbedingten Verbrauch von Brennstoffen und Energie (ca. 40%), vor allem aber im Einsatz von primärem Kalkstein bei der Herstellung des Zementklinkers (ca. 60%). Ein Material, das bisher als Rohmehlkomponente und potentiellem Ersatz für primären Kalkstein kaum Beachtung fand, ist der hydratisierte, erhärtete Zementstein in Altbeton, sogenannter RCP (Recycled Concrete Paste). Das Verbundvorhaben K4 hat sich zum Ziel gesetzt, diesen Rohstoff zur Herstellung kalkarmer belitischer Klinker und darauf basierender Zemente nutzbar zu machen. Die hierbei erzielten Minderungen der CO2-Emissionen wären beachtlich und würden zusätzlich zur Primärressourceneinsparung einen substantiellen Beitrag der Zementindustrie zur direkten Vermeidung von CO2 (Carbon Direct Avoidance) liefern. Es ist weiterhin zentrales Anliegen von K4, durch optimierte Betontechnologie das hohe CO2-Aufnahmepotential dieser bereits CO2-armen belitischen Zemente bei der groß-industriellen Herstellung von karbonatisierungsgehärteten Betonsteinprodukten maximal auszunutzen. Somit würde die Verwendung von RCP als Kalksteinsubstitut nicht nur dazu beitragen die CO2-Emissionen bei der Klinkerherstellung zu verringern, sondern als karbonatisierungsaffine Zementkomponente auch noch dazu, das emittierte CO2 als thermodynamisch stabiles Kalziumkarbonat dauerhaft einzubinden. Durch seine Weiterentwicklung aus dem Labor- in den großtechnischen Maßstab legt K4 den technologischen Grundstein für eine Umsetzung des Konzepts in marktreife Lösungen mit signifikant gesteigerter Produktivitätsrate.
Das Projekt "Teilvorhaben: 'Entwicklung und Test einer Groß- und Hochtemperaturwärmepumpe für die Einbindung in das Berliner Fernwärmenetz'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens Energy Global GmbH & Co. KG durchgeführt. In dem Projekt Qwark3 (Quartiers-Wärme-Kraft-Kälte-Kopplung) werden Vattenfall und Siemens die Wärmebereitstellung für Fernwärmenetze auf Basis von Abwärme und Strom aus Erneuerbaren Energien mittels einer neuartigen Groß- und Hochtemperaturwärmepumpe erstmals realisieren, demonstrieren und erproben. Demonstration und Erprobung erfolgen in einem praxisrelevanten großtechnischen Maßstab und sollen belastbare Aussagen zu dem technisch-wirtschaftlichen Potential von Groß- und Hochtemperaturwärmepumpen im Kontext der Wärmewende erlauben. Die Hochtemperaturwärmepumpe soll in dem Projekt einerseits den Rückkühlkreislauf der Vattenfall-Kältezentrale am Potsdamer Platz in Berlin entlasten und anderseits das Temperaturniveau der Abwärme bedarfsgerecht auf Temperaturen zwischen 85 Grad Celsius und circa 120 Grad Celsius anheben und so im Fernwärmenetz Berlins nutzbar machen. Im Rahmen des von Siemens durchzuführenden Teilvorhabens wird die Maßstabsübertragung vom Labor- auf den großtechnischen Maßstab erarbeitet und nach Bau und Inbetriebnahme der Anlage Daten in einer Betriebsversuchs- und Monitoringphase erheben und auswerten, sowie einen Digitalen Zwilling zur Betriebsoptimierung entwickeln.
Das Projekt "Teilprojekt 6: Prüfung und Bewertung der Produktleistungsfähigkeit inkl. ökologische und ökonomische Lebenszyklusanalysen." wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Ingenieurfakultät Bau Geo Umwelt, Lehrstuhl für Werkstoffe und Werkstoffprüfung im Bauwesen durchgeführt. Einen maßgeblichen Anteil an den gesamten anthropogenen CO2-Emissionen hat mit ca. 20% der Sektor Industrie, wobei ca. 5% auf die Zementindustrie entfallen. Letztgenannte Emissionen haben ihre Ursache zum einen im prozessbedingten Verbrauch von Brennstoffen und Energie (ca. 40%), vor allem aber im Einsatz von primärem Kalkstein bei der Herstellung des Zementklinkers (ca. 60%). Ein Material, das bisher als Rohmehlkomponente und potentiellem Ersatz für primären Kalkstein kaum Beachtung fand, ist der hydratisierte, erhärtete Zementstein in Altbeton, sogenannter RCP (Recycled Concrete Paste). Das Verbundvorhaben K4 hat sich zum Ziel gesetzt, diesen Rohstoff zur Herstellung kalkarmer belitischer Klinker und darauf basierender Zemente nutzbar zu machen. Die hierbei erzielten Minderungen der CO2-Emissionen wären beachtlich und würden zusätzlich zur Primärressourceneinsparung einen substantiellen Beitrag der Zementindustrie zur direkten Vermeidung von CO2 (Carbon Direct Avoidance) liefern. Es ist weiterhin zentrales Anliegen von K4, durch optimierte Betontechnologie das hohe CO2-Aufnahmepotential dieser bereits CO2-armen belitischen Zemente bei der großindustriellen Herstellung von karbonatisierungsgehärteten Betonsteinprodukten maximal auszunutzen. Somit würde die Verwendung von RCP als Kalksteinsubstitut nicht nur dazu beitragen, die CO2-Emissionen bei der Klinkerherstellung zu verringern, sondern als karbonatisierungsaffine Zementkomponente auch noch dazu, das emittierte CO2 als thermodynamisch stabiles Kalziumkarbonat dauerhaft einzubinden. Durch seine Weiterentwicklung aus dem Labor in den großtechnischen Maßstab legt K4 den technologischen Grundstein für eine Umsetzung des Konzepts in marktreife Lösungen mit signifikant gesteigerter Produktivitätsrate.
Das Projekt "Untersuchung der Abbauwege von eiweiss- und fetthaltigen Hauptverschmutzungskomponenten der Abwaesser aus der Nahrungsmittelindustrie bei der anaeroben Abwasserreinigung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hannover, Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik durchgeführt. Die anaerobe Behandlung von konzentrierten Abwaessern der Nahrungsmittelindustrie findet ein vermehrtes Interesse. Fuer einige kohlenhydrathaltige Abwaesser liegen heute erweiterte Kenntnisse ueber das Abbauverhalten vor, so dass fuer z.B. Zuckerfabrikabwasser die empirische Ermittlung von Bemessungsparametern grosstechnischer Anlagen erleichtert ist. Es ist das Ziel der laufenden Versuche, im Labormassstab insbesondere die Hydrolyse und Versaeuerung von Fetten und Eiweissen zu untersuchen, um dem Abbauverhalten entsprechende Abwasserreinigungsverfahren entwickeln zu koennen. Sofern die Hydrolyse und Versaeuerung sich in aehnlicher Art optimieren liesse wie die bei z.B. Staerke, so wuerde sich z.B. eine zweistufige Reinigung anbieten. In einem separaten Reaktor findet dann die Versaeuerung statt. Der Ablauf wird in einem zweiten Reaktor geteilt, in dem dann der Abbau zum Methan stattfindet.
Das Projekt "IDEEL - Implementation of Laser Drying Processes for Economical & Ecological Lithium Ion Battery Production" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Coatema Coating Machinery GmbH durchgeführt. Im Bereich der Elektrodenfertigung werden die Kosten maßgeblich durch den Produktionsschritt der Elektrodentrocknung aufgrund des hohen Energie- und Flächenbedarfs bestimmt. Konventionell erfolgt die Trocknung der Elektroden mittels Heißlufttrocknern. Das Forschungsvorhaben IDEEL hat zum Ziel, die Lasertrocknung vom Labor-Maßstab in den Pilotlinien-Maßstab zu skalieren. Hierfür sind ineinandergreifende Untersuchungen auf Material- sowie Prozessebene notwendig. Mit dem Projekt IDEEL soll eine signifikante Reduktion im Flächen- und Energiebedarf des Trocknungsschritts bei gleichbleibender Qualität in der Elektrodenfertigung realisiert werden. Dies erlaubt es Investitions- und Betriebskosten einzusparen. Ziel des Teilvorhabens Coatemas ist es auf der Basis von Simulationen maßgeschneiderte Breitschlitzdüsen für die neuen Materialien entwickeln, diese qualifizieren und die Prozessparameter für die kontinuierliche und intermittierende Beschichtung erarbeiten. Zur Umsetzung des Projektdemonstrators und Skalierung der Lasertrocknungsanlage auf Pilotlinien-Maßstab wird Coatema in Zusammenarbeit mit den anderen Partnern eine speziell auf die Lasertrocknung ausgerichtete modulare Prototypentrocknungseinheit entwickeln, diese qualifizieren und gegen anderen Trocknungstechnologien benchmarken.
Das Projekt "Teilvorhaben: Co-Simulation und Entwicklung einer softwaregestützten Betriebsoptimierung, IEA-HPT Annex 57, IEA-EBC Annex 81" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik durchgeführt. Das Gesamtvorhabenziel ist es, im Zuge der notwendigen Transformation der Fernwärmeversorgung die Möglichkeiten der Betriebsoptimierung von Wärmenetzen als Teil eines hybriden Energiesystems aufzuzeigen und zu demonstrieren. Das Teilvorhabenziel des Fraunhofer IEE besteht in der Analyse und Aggregation bestehender Transformationsstrategien sowie die Entwicklung eines Co-Simulationsmodells zur Untersuchung der lokalen Sektorkopplung. Im Fokus steht die Validierung der erarbeiteten Betriebsführungs- und Regelungsstrategien durch die experimentelle Untersuchung an den Versuchseinrichtungen des Fraunhofer IEE für Strom- und Wärmeversorgung (DistrictLAB, SysTec). Durch eine Kopplung der Versuchsstände können Hybrid-Netzstrukturen im Labor-Maßstab abgebildet und hinsichtlich der zeitlich aufgelösten Strom-Wärme-Interaktion analysiert werden. Die Ergebnisse werden durch einen nationalen Industrie-Begleitkreis, einem internationalen Advisory Board sowie durch Mitarbeit am IEA EBC ANNEX 81 und IEA HPT Annex 57 mit nationalen und internationalen Experten diskutiert und durch einen praxisorientierten Leitfaden in die Branche übertragen.
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