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Teilvorhaben 3 der Technischen Universität München: Motorische Nutzung

Das Projekt "Teilvorhaben 3 der Technischen Universität München: Motorische Nutzung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Energietechnik, Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen durchgeführt. Der Einsatz von Biokraftstoffen im Transportsektor erfährt gegenwärtig einen beispiellosen Aufschwung, was nicht nur auf die Verknappung fossiler Ressourcen sondern auch auf die sich stetig verschärfende Klimaproblematik zurückzuführen ist. Darüber hinaus müssen immer höhere Anforderungen im Hinblick auf NOx- und Partikelemissionssenkungen erfüllt werden. Gegenwärtig sind insbesondere solche Biokraftstoffe gefragt, die keine aufwändigen Modifikationen sowohl der Motoren als auch des Versorgungsnetzes erfordern. Dies setzt möglichst gleiche physikalisch-chemische Kenngrößen wie die konventioneller, auf Basis von Erdöl gewonnener Kraftstoffe voraus. Wichtige Parameter sind z.B. Siedepunkt, Dampfdruck, Löseeigenschaften, Verunreinigungen, Dichte oder der Heizwert sowie Kenngrößen zur motorischen Verbrennung wie z.B. Zündtemperatur, Oktan- bzw. Cetanzahl. Als Substituenten für Dieselkraftstoffe sind biobasierte Kraftstoffe wie z.B. Fettsäuremethylester (Fatty Acid Methyl Ester, FAME) und hydrierte Pflanzenöle (Hydrogenated Vegetable Oil, HVO) bereits weit verbreitet und finden sich insbesondere in Blends mit konventionellen Dieselkraftstoffen wieder. Eine weitere Option stellt Dimethylether (DME) dar. In seinen Eigenschaften ist DME dem Flüssiggas (Liquefied Petroleum Gas, LPG) sehr ähnlich, weist aber im Gegensatz zu diesem eine sehr hohe Cetanzahl von ca. 55 auf und ist damit als alternativer Dieselkraftstoff geeignet. Mit DME ist eine emissionsarme Verbrennung ohne Rußbildung sowie eine einfache Abgasnachbehandlung möglich, was auf den Sauerstoffgehalt im Kraftstoff zurückgeführt werden kann. Nachteilig ist allerdings, dass DME bei Normalbedingungen als gasförmige Substanz vorliegt, so dass Anpassungen sowohl des Fahrzeugs als auch der Kraftstofflogistik erforderlich sind. Diese Nachteile können umgangen werden, wenn Oxymethylenether CH3O-(CH2O)n-CH3 (OME) mit kurzen Kettenlängen zum Einsatz kommen. Sie leiten sich formal von DME (n = 0) ab und liegen unter Normalbedingungen als Flüssigkeiten vor. Ziel der Arbeit ist die Senkung von NOx- und Partikelemissionen von Dieselmotoren im Hinblick auf die EU VI Norm. Um den sich stetig verschärfenden, gesetzlichen Abgasnormen gerecht zu werden, wird der Ansatz verfolgt den konventionellen Dieselkraftstoff durch 'sauber' verbrennendes OME zu ersetzen. Durch den erhöhten Sauerstoffgehalt wird eine direkte Rußminderung während der Verbrennung und somit eine deutliche Vereinfachung der Abgasnachbehandlung erreicht. Darüber hinaus soll durch solche OME der Luftbedarf des Motors und damit die Ladungswechselarbeit verringert werden, was zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades des Motors führt. Die OME werden am Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen (LVK) der Technischen Universität München (TUM) in Motorentests untersucht. Parallel dazu werden die Anforderungen an OME-geeignete Motoren hinsichtlich des Brennverfahrens durch rechnerische Simulation ermittelt.

Study contract on 'Information exchange on reduction of dioxin emissions from domestic sources'

Das Projekt "Study contract on 'Information exchange on reduction of dioxin emissions from domestic sources'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BIPRO Beratungsgesellschaft für integrierte Problemlösungen GmbH durchgeführt.

Teilvorhaben 1 des Sondervermögens Großforschung beim Karlsruher Institut für Technologie (KIT): Synthese

Das Projekt "Teilvorhaben 1 des Sondervermögens Großforschung beim Karlsruher Institut für Technologie (KIT): Synthese" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Sondervermögen Großforschung, Institut für Katalyseforschung und -technologie durchgeführt. Das geplante Projekt knüpft direkt an die Aktivitäten von KIT-IKFT zur Synthese und Weiterverarbeitung von Methanol (MeOH) bzw. Dimethylether (DME) an. Beide können, letzteres z.B. im bioliq®-Verfahren, aus biomassestämmigem Synthesegas gewonnen werden und es soll ein effizienter Prozess zur Synthese von Oxymethylenethern (OME), ausgehend von MeOH/DME entwickelt werden. OME sind leistungsfähige Dieseladditive zur Rußemissionssenkung. Bei ihrer Erzeugung aus nachwachsenden Rohstoffen verbleibt der ursprünglich in der Biomasse gebundene Sauerstoff weitgehend im Produkt, so dass eine Herstellung mit hoher Energie- und Atomeffizienz möglich ist. Es ist bekannt, dass sich OME durch Reaktion von MeOH/DME mit Trioxan als Formaldehydquelle herstellen lassen. Allerdings sind die Umsätze und Selektivitäten dieser Reaktion nicht befriedigend. Durch systematische Variation von Reaktionsparametern wie z.B. Druck, Temperatur, Stöchiometrie oder Katalysatorverweilzeit sollen hier, begleitet von einem umfassenden Katalysatorscreening, Fortschritte erzielt werden. Hinsichtlich Reaktionstechnik, werden die Versuche zunächst im Batchbetrieb durchgeführt und auf Basis der so gewonnenen Daten wird im nächsten Schritt eine kontinuierlich operierende, heterogen katalysierte Gasphasensynthese entwickelt. Im nächsten Schritt soll der benötigte Formaldehyd unter oxidativen Bedingungen direkt aus MeOH/DME generiert werden, so dass auf den Einsatz einer separaten Formaldehydquelle verzichtet werden kann.

Teilvorhaben 2 der Technischen Universität Kaiserslautern: Verfahrenstechnik

Das Projekt "Teilvorhaben 2 der Technischen Universität Kaiserslautern: Verfahrenstechnik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Lehrstuhl für Thermodynamik durchgeführt. Die Beimischung von Poly(oxymethylen)dimethylethern (OME) zu Dieselkraftstoff führt zur Senkung der Rußentstehung bei der Verbrennung im Motor ohne Modifikationen am Kraftstoffsystem oder der Einspritztechnik. OME können vollständig aus Methanol aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden. In den letzten Jahren wurden am LTD zwei Syntheserouten für OME untersucht: im Vordergrund stand die Synthese von OME aus Methylal und Trioxan, beides Methanol-Derivate. Mittlerweile stehen für diese vielversprechende Route alle benötigten Stoff- und Reaktionsdaten zur Verfügung. Ein Verfahrensentwurf ist auf der Basis eines rigorosen Prozessmodells ausgearbeitet. Diese Arbeiten sind so weit fortgeschritten, dass damit Anlagen ausgelegt werden können. Dies soll im Rahmen des Projekts für eine Pilot Demonstration Unit (PDU) durchgeführt werden, die in einem eventuellen Folgeprojekt gebaut werden könnte. Des Weiteren wurde auch die Synthese von OME in der Flüssigphase aus den Edukten Formaldehyd und Methanol untersucht. Die Schwierigkeiten liegen dabei in der Trennung. Im Prozess tritt unvermeidbar Wasser auf. Die aufzuarbeitenden Mischungen aus Formaldehyd, Wasser, Methanol und OME sind aufgrund von Oligomerisationsreaktionen extrem komplex. Diese Reaktionen sind auch im Aufarbeitungsteil unvermeidlich vorhanden. Ziel ist die Ausarbeitung des Verfahrens auf Basis von Messungen zu Reaktionen und Stoffdaten. Die Arbeitsplanung der sich ergänzenden Partner ist im Antrag genauer erläutert.

Detaillierte kinetische Modellierung, Identifikation und Analyse des Tricarbonsäurezyklus und der Atmungsketten in E. coli

Das Projekt "Detaillierte kinetische Modellierung, Identifikation und Analyse des Tricarbonsäurezyklus und der Atmungsketten in E. coli" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Systemdynamik durchgeführt. In diesem Projekt wird die detaillierte Modellierung des Tricarbonsäurezyklus und der Atmungsketten in E. coli durchgeführt. Diese Stoffwechselmodule werden ein bereits existierendes und experimentell validiertes Modell der Kohlenhydrataufnahme und -metabolismus vervollständigen und insbesondere Sauerstoff-abhängige Regulationsprozesse umfassen. Das Modell wird dabei basierend auf Literaturdaten und experimentellen Daten der Projektpartner entwickelt und validiert. Es wird hierzu eine systemtheoretische Analyse der Identifizierbarkeit, sowie dann eine optimierungsbasierte Schätzung der sensitiven Reaktionsparameter durchgeführt. Das validierte Gesamtmodell erlaubt eine Analyse der Kohlenhydrat- und Elektronenflüsse bei verschiedener Sauerstoffversorgung. Es sollen relevante Schlüsselenzyme identifiziert, sowie die Regulationsstrategien von E. coli bezüglich Sauerstoff untersucht werden. Für die fermentative Kultivierung (z.B. bei industrieller Anwendung) spielt das Verständnis der Gesamtreaktion des Stoffwechsels auf verschiedene O2-Versorgung, wie vom Modell geleistet, eine wichtige Rolle. Die systemtheoretischen Werkzeuge können auch für weitere sysbiol. Projekte eingesetzt werden.

Herstellung, Charakterisierung und anwendungstechnische Untersuchung neuer polymerer Materialien aus der Spaltung pflanzlicher Öle mit Hilfe neuer Enzymsysteme (NOEL) - Teilvorhaben 2: Enzymproduktion

Das Projekt "Herstellung, Charakterisierung und anwendungstechnische Untersuchung neuer polymerer Materialien aus der Spaltung pflanzlicher Öle mit Hilfe neuer Enzymsysteme (NOEL) - Teilvorhaben 2: Enzymproduktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von AB Enzymes GmbH durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Enzym-gestützten Technologien zur Aufwertung von ungesättigten Fettsäuren zu funktionalen Oleochemikalien, die dann als Beschichtung, Schmiermittel oder Kunststoffe eingesetzt werden können. Im Einzeln sollen i) neue Lipoxygenasen (LOX) isoliert und hergestellt werden, die in der Lage sind, ungesättigte Fettsäuren in die korrespondierenden Hydroperoxide umzuwandeln, ii) Methoden entwickelt werden, diese enzymatisch hergestellten Hydroperoxide in Fettsäurealkohole, Fettsäurealdehyde oder Fettsäuredimere umzuwandeln, iii) von den Lipid-Zwischenprodukten anschließend funktionale Oleochemikalien hergestellt werden, und iv) eine technische und wirtschaftliche Evaluierung der entwickelten Prozesse durchgeführt werden. Bei diesem grenzüberschreitenden Projekt soll nicht nur über Ländergrenzen hinweg zusammengearbeitet werden, sondern es steht hier auch die Kooperation zwischen traditioneller chemischen Industrie und Biotechnologie im Vordergrund. Dieses Projekt stärkt somit sowohl die chemische Industrie in Europa wie auch die weiße Biotechnologie und die Firmen, die in großtechnischem Maßstab Enzyme produzieren. Zudem leistet das Projekt einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Nutzung der vorhandenen Biomasse, in dem die Nutzung von natürlich vorkommenden Ölen um ein Vielfaches effektiver wird. Das Projekt soll dazu beitragen, dass die Nutzbaren Rohstoffe für die chemische Industrie signifikant erweitert werden. Die Entwicklung von neuen und umweltfreundlichen Technologien zur effizienteren Nutzung von natürlich vorkommenden Ölen hat jetzt und in der Zukunft ein großes wirtschaftliches Potential. Die Ergebnisse dieses Projektes werden sein i) neue Lipoxygenasen (LOX) aus mikrobiellen und pflanzlichen Quellen, ii) effiziente Systeme zur Herstellung dieser Enzyme im großtechnischen Maßstab, iii) neue, Enzym-basierende Prozesse zur Herstellung von funktionalen Lipiden und Feinchemikalien aus natürlichen Rohstoffen (z.B., Leinsamenöl)

Teilprojekt: Membranforschung und Mambranentwicklung

Das Projekt "Teilprojekt: Membranforschung und Mambranentwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Chemische Verfahrenstechnik, Arbeitsgruppe Polymer- und Membrantechnik durchgeführt. Ziel des Teilprojekts ICVT ist die Forschung an und die Entwicklung von einer alternativen Membran mit hoher Ionenleitfähigkeit bei moderaten Temperaturen (kleiner 50 Grad C), einer niedrigen Wasser-Diffusion und einem stark reduzierten MeOH-Crossover. Aufteilung in 4 Arbeitspakete (AP): (APO) Herstellung von Homopolymer-PBI-Blendmembranen aus bereits am ICVT erforschten und entwickelten Homo-Ionomeren aus Aryl-Hauptkettenpolymeren (Polyether, Polythioether, Polysulfone, Polyetherketone, Polyphenylphosphinoxide), um von Anfang an MEA-Herstellung durch die anderen Projektpartner zu ermöglichen; (AP1) Präparation neuartiger nanoseparierter Block-Arylionomere mit exzellenter chemischer/mechanischer Stabilität und hoher H+-Leitfähigkeit und niedrigem MeOH- und H2O-Durchtritt; (AP2) Legierung dieser Polymere mit PBI zur weiteren Reduktion der Quellung und Erhöhung von H+-Leitfähigkeit und chemischer Stabilität; (AP3) Kombination der Membranen aus AP2 mit niedermolekularen Verbindungen zur weiteren Optimierung der Nano-Kanalstruktur der Ionomermembranen. (III) Ergebnisverwertung: Patentierung, Publikationen, Kommerzielle Verwertung durch ICVT und die anderen Projektpartner ist beabsichtigt.

Entwicklung geeigneter Kennzahlen und Korrelationen für die Charakterisierung von Ottokraftstoffen sowie alternativen Kraftstoffen mit Bioanteilen zur Beschreibung abnormaler Verbrennungsphänomene

Das Projekt "Entwicklung geeigneter Kennzahlen und Korrelationen für die Charakterisierung von Ottokraftstoffen sowie alternativen Kraftstoffen mit Bioanteilen zur Beschreibung abnormaler Verbrennungsphänomene" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Fakultät 4 Maschinenwesen, Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen durchgeführt. Hauptziele dieses Forschungsvorhabens sind ein Vorschlag für ein industriell genormtes Verfahren zur Bestimmung einer Kennzahl, die das Vorentflammungs- und Glühzündungsverhalten von Kraftstoffen beschreibt sowie die Ableitung empirischer Berechnungsansätze zur Vorausberechnung von Vorentflammungskennzahlen insbesondere für Kraftstoffe mit hohen Oxygenatanteilen (wie z.B. Ethanol oder ETBE). Der flächendeckende Einsatz eines komplett neuen motorischen Verfahrens mit ebenfalls neuem Versuchsträger in Raffinerien zur Kraftstoffqualitätskontrolle ist eher unrealistisch, da kaum mit angemessenem Aufwand umsetzbar. Die industriell einzig realistische Möglichkeit bleibt die Umsetzung eines motorischen Verfahrens auf einem CFR-Triebwerk. Die Umsetzung der Projektziele erfolgt an zwei angepassten Einzylindermotoren, einem Vollmotor sowie einem schnellen Einhubtriebwerk für eine umfangreiche Kraftstoffmatrix bestehend aus konventionellen Kohlenwasserstoffen und alternativen Kraftstoffen. Zunächst werden durch Aufbau von Kinetik- und Motorenprüfstanden die Grundlagen für experimentelle Untersuchungen an den Kraftstoffen geschaffen. Begleitend werden numerische Untersuchungen für ausgewählte Kraftstoffe durchgeführt. Im Anschluss erfolgt die Entwicklung von empirischer Berechnungsansätze unter Nutzung der experimentellen Versuchsdaten sowie der Simulationsergebnisse.

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