Ausgangslage: Die Ökodesign-Richtlinie 2009/125/EG und die Energieverbrauchskennzeichnungs-Richtlinie 2010/30/EU sind zentrale Instrumente des produktbezogenen Umweltschutzes in der EU, welche wesentlich zur Verbesserung der Energie- und Ressourceneffizienz sowie zur Minderung der von energieverbrauchsrelevanten Produkten verursachten Umweltbelastungen und zur Verbraucherinformation beitragen können. Die Kommission hat 2016 ihr drittes Arbeitsprogramm vorgelegt, welches im Zeitraum bis 2019 umgesetzt wird. Eine wissenschaftlich fundierte Unterstützung für die Beteiligung des Umweltbundesamtes am Ausgestaltungsprozess ist erforderlich, um die Vielzahl der im Regelprozess befindlichen Produktgruppen bearbeiten zu können. Ziel ist es, hohe ökologische Standards, die sowohl die Energieeffizienz, als auch weitere relevante Umweltwirkungen und vor allem die Ressourceneffizienz in umfassendem Sinne adressieren, in den Durchführungsmaßnahmen zu verankern. Zielsetzung/Methoden: 1) Begleitung und Kommentierung von Vorstudien für Produktgruppen im dritten Arbeitsprogramms basierend auf einer bereits entwickelten Prüfliste; 2) Kurzexpertisen und ad-hoc Beratung für Produktgruppen für Konsultationsforum und Regelungsausschuss, Prüfung der Anforderungen für Energieeffizienz und weitere Umweltwirkungen, vor allem Aspekte der Ressourceneffizienz; 3) Begleitung von Selbstregulierungsinitiativen der Industrie; 4) Informationen für Akteure: Erstellung von Produktdatenblättern für erlassene Verordnungen, Fortführung des Ökodesign-Kalenders und einer Übersicht zu den Einsparpotentialen; 5) Kurzexpertise zu Qualitätseigenschaften von LED, speziell Lebensdauer und Austauschbarkeit sowie Ableitung von Empfehlungen für die Weiterentwicklung; 6) Durchführung von Fachgesprächen.
Das SIMON-Projekt knüpft an das erfolgreiche SITEF-Projekt an. In SITEF wurde die Anwendbarkeit des silicon-basierten Wärmeträgerfluids (SHTF) HELISOL® 5A im Zusammenspiel mit den für den Betrieb erforderlichen Komponenten (vor allem Receiver und Rotation and Expansion Performing Assembly, REPA) in der Größenordnung eines Parabolrinnen-Loops bei Temperaturen von 425 °C demonstriert. Während das SITEF-Projekt auf die Demonstration der Machbarkeit ausgerichtet war, zielt das SIMON-Projekt auf die Unterstützung und Beschleunigung der Markteinführung durch die Absenkung identifizierter Hindernisse.
SIMON demonstriert neben der Fluidstabilität des neu entwickeltem SHTFs HELISOL® XA auch die Langzeitstabilität von Komponenten wie REPAs mittels zyklischer Lebensdauertests in einem spezifischen REPA-Teststand sowie der von Receiver Rohren und Pumpe im technischen Maßstab mit der PROMETEO Anlage (auf der Plataforma Solar de Almería, Spanien). Ferner werden für den Betrieb der Fluide erforderliche Pflege- und Aufarbeitungskonzepte demonstriert, um einerseits einen Betrieb über 25 Jahre bei begrenztem Anstieg der Viskosität von HELISOL® 5A und HELISOL® XA bei 425 °C zu ermöglichen. Andererseits soll eine für die silicon-basierten Wärmeträger geeignete Leichtsiederabtrennung entwickelt und demonstriert werden, um die sich langsam bildenden unerwünschten Zersetzungsprodukte wie Wasserstoff, Methan und alkylierte Silane in geeigneter Form abzutrennen.
Im Rahmen von SIMON sollen die neuen Fluide weitergehend charakterisiert und die Untersuchungsmöglichkeiten der physikalisch-chemischen Eigenschaften der Wärmeträger bei hohen Temperaturen erweitert werden. Für die Wärmeleitfähigkeitsmessung bei hohen Temperaturen soll ein Laborgerät und für die Viskosität eine Sonde weiterentwickelt werden, die auch zum Monitoring des Alterungsverhaltens eingesetzt werden könnte. Ziel ist jeweils die Bereitstellung zuverlässiger Daten, die zur Auslegung von Kraftwerken und zur wirtschaftlichen Optimierung benötigt werden.
Nach Vorgabe der EG Wasserrahmenrichtlinie sollen Ufersicherungen ein möglichst durch die Verwendung von Pflanzen natürlich gestaltet werden. Im Rahmen des Projektes soll dazu ein neuartiger biologisch abbaubarer Geotextilfilter aus nachwachsenden, einheimischen Rohstoffen entwickelt werden. Die Filter sollen das Anwachsen der Pflanzen in technisch-biologischen Ufersicherungen ermöglichen und sich sequentiell vollständig biologisch abbauen. Der Arbeitsplan sieht vor Geotextilprototypen aus Polymer- und Naturfasern herzustellen. Vor der Polymerfaserherstellung erfolgt eine gezielte Werkstoffentwicklung hinsichtlich der Schmelzspinnbarkeit und biologischen Abbaubarkeit. Die Geotextilprototypen werden Tests zur biologischen Abbaubarkeit im Labor und zu mechanischen Eigenschaften unterzogen, um eine Auswahl für einen Freilandversuch zu treffen. Dieser Freilandversuch wird an einer Wasserstraße erfolgen und hat zum Ziel die Filterstabilität und die mechanischen Eigenschaften über einen Zeitraum von drei Jahren festzustellen. Der Zeitraum entspricht der kritischen Anwuchsphase von Pflanzen und daher wird parallel die Durchwurzelbarkeit untersucht. Nach einer Evaluierung der dreijährigen Testphase werden Optimierungskonzepte abgeleitet und dementsprechend angepasste Geotextilfilter hergestellt und abschließend den im Labor stattfindenden Test zur biologischen Abbaubarkeit und der mechanischen Eigenschaften unterzogen.
Die gegenwärtige Problematik direkteinspritzender und turboaufgeladener Downsizing-Ottomotoren ist die Emission von Partikeln. Dies steht im Kontext mit der Einführung der neuen Abgasgesetzgebung EURO 6, die die Limitierung der Masse und Anzahl von Partikeln erstmalig bei Ottomotoren festlegt. Darüber hinaus ist eine Verschärfung der Emissionsgesetzgebung durch die Einführung der Erfassung der Fahrzeugemissionen im realen Fahrbetrieb vorgesehen. Dies erfordert weitere technologische Verbesserungen des Verbrennungsmotors. Die gleichzeitige Reduzierung von Emissionen und Kraftstoffverbrauch stellt einen Zielkonflikt dar. Eine Lösung des Zielkonfliktes infolge einer weiteren Optimierung der Abgasnachbehandlung ist nicht zielführend, da dadurch wiederum Verbrauchs- und Kostensteigerungen entstehen. Der Ansatz liegt im eigentlichen Verbrennungsprozess, in dessen Rahmen die Entstehung der Rohemissionen reduziert werden muss, um eine weitere Kostenerhöhung im Rahmen der Abgasreinigung zu vermeiden und das Emissionsniveau über die Fahrzeuglebensdauer weiterhin sicherzustellen sowie den Verbrauch zu reduzieren. In dem Zusammenhang stellt die Reduzierung der Partikelemission durch die Kombination eines effizienten BDE-Ottomotors und einer Einspritztechnologie, die eine Partikelminimierung bei hohen Motorlasten im realen Fahrbetrieb um 50% senkt, das Projektziel dar.
Für die Entwicklung einer Einspritztechnologie, die eine Partikelreduzierung in diesem Umfang ermöglicht, ist eine physikalische Beschreibung des Übergangs von der Injektor-Innenströmung zum Kraftstoffspray erforderlich, da diese die anschließende Gemischbildung und Verbrennung maßgeblich beeinflusst und gegenwärtig eine Wissenslücke darstellt. Hierzu ist die Entwicklung eines messtechnischen Zugangs in Form einer mobilen Spraykammer vorgesehen, mittels dieser sowohl röntgentechnologische als auch optische Untersuchungen simultan und anwendungsnah durchgeführt werden können. Mittels entsprechender Messmethoden sollen die Tröpfchendichte und Austrittsgeschwindigkeit während des Einspritzvorganges analysiert werden. Anhand dieser Messergebnisse ist die Weiterentwicklung der Simulation zur Schließung der Lücke vorgesehen.
Abschließend soll eine auf der Basis der Mess- und Simulationsergebnisse optimierte Auslegung der Düsen erfolgen und am Demonstrationsmotor bzw. -fahrzeug der Nachweis zur Reduktion unter realen Fahrbedingungen erbracht werden.