Das Projekt "Zero Emission Eingine - ZEE" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technologiezentrum Emissionsfreie Antriebe durchgeführt. Der Dampfmotor ZEE ist in seinem Aufbau einem konventionellen Fahrzeugmotor sehr ähnlich, mit dem einzigen Unterschied, dass, wie der Name bereits verrät, als Arbeitsmedium Dampf verwendet wird. Der Dampfmotor funktioniert mit 'äußerer, kontinuierlicher' Verbrennung. Der Porenbrenner erzeugt hierbei die erforderliche Wärmeenergie, um energiereichen, heißen Dampf zu produzieren. Dieser Dampf wird in den Motor geleitet, wo er unter Kraftwirkung auf den Kolben isotherm expandiert und Arbeit verrichtet. Durch die isotherme Prozessführung wird eine wesentliche Erhöhung des Wirkungsgrades gegenüber einem Dampfmotor herkömmlicher Bauart erzielt. Am unteren Totpunkt des Kolbens strömt der abgekühlte Dampf aus dem Zylinder und wird in einem Kondensator erneut zu Wasser verflüssigt. Es handelt sich somit um ein Zweitaktprinzip. Je mehr Dampf eingelassen wird, desto größer ist die Leistung des Motors. Die variable Einlasssteuerung durch Ventile oder so genannte Dampfinjektoren ermöglicht die Regelung des Motors. Im Gegensatz zu konventionellen Dampfmaschinen wird der 'Restdampf', nachdem er seine Arbeit verrichtet hat, nicht ausgestoßen, sondern im Kondensator verflüssigt und steht dem geschlossenen Prozess erneut zur Verfügung. Kernstück der Energieerzeugung ist der Porenbrenner, eine völlig neue Brennertechnologie, mit der das Unterschreiten der härtesten Abgasgrenze ermöglicht wird. Der Porenbrenner ist ein thermischer Reaktor, der aufgrund der vollständigen Verbrennung und der kontrollierten Verbrennungstemperatur kaum noch messbare Abgase erzeugt. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird in eine keramische Porenstruktur geleitet und verbrennt dort nahezu schadstofffrei. Dabei ist der Porenbrenner vielstofffähig: Benzin, Diesel, Erdgas oder Wasserstoff kommen als Kraftstoff in Betracht, ebenso wie gasförmige oder flüssige Biokraftstoffe. Bei einem Einsatz von Wasserstoff als Energieträger entfallen zusätzlich die Kohlendioxidemissionen, die mit jeder Verbrennung fossiler Kraftstoffe unabänderlich verbunden sind. Die Porenbrennertechnik erlaubt also tatsächlich eine emissionsfreie Energieerzeugung.
Das Projekt "Direktangetriebene Spindelpresse zum energie- und materialeffizienten Schmieden von Magnesium" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Weisensee Warmpressteile GmbH durchgeführt. Die Weisensee Warmpressteile GmbH ist ein mittelständisches Unternehmen mit derzeit 95 Mitarbeitern. Sie fertigt Produkte aus Magnesium-, Aluminium- und Kupferlegierungen sowie anderen Werkstoffen für die unterschiedlichsten Industriebereiche, wie Automobilindustrie, Elektroindustrie, Maschinenbau und Luft- und Raumfahrt. Derzeit existiert kein Ressourcen schonendes Produktionsverfahren, das die Serienproduktion von Bauteilen aus Magnesiumlegierungen mit der erforderlichen hohen Festigkeit zulässt. Daher plant das Unternehmen die Errichtung einer energetisch hocheffizienten Schmiedelinie. Dies umfasst die Umsetzung eines neuen Ofenkonzepts im Temperaturbereich bis 500 C. Anstelle des bisher eingesetzten Umluftofens werden künftig Porenbrenner in einem kontinuierlich arbeitenden Durchstoßofen für das schnelle und punktgenaue Erwärmen der Magnesiumrohlinge sorgen. Dadurch reduziert sich der Bedarf an Erdgas um ca. 30 Prozent pro Jahr. Die Magnesiumrohlinge werden in einer hochmodernen direkt angetriebenen Spindelpresse weiterverarbeitet. Ein Teil der dabei benötigten Umformungsenergie kann zurück gewonnen und in Kondensatoren gespeist werden, so dass der Einsatz von elektrischer Energie um ca. 60 Prozent reduziert werden kann. Durch das Vorhaben werden die CO2-Emissionen insgesamt um ca. 111 Tonnen pro Jahr verringert. Die mit diesem innovativen Verfahren produzierten leichten Magnesiumbauteile sind hervorragend für den Einsatz im Automobil- und Flugzeugbau geeignet und können Potenziale zur Treibstoffeinsparung heben.
Das Projekt "Höchsttemperatur- und korrosionsbeständige hochporöse (Faser)-Keramiken für energieeffiziente Verbrennungsprozesse - HÖCKER" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Walter E. C. Pritzkow Spezialkeramik durchgeführt. Das Kernziel des beantragten Vorhabens ist die Entwicklung verbesserter poröser (Faser)-Keramiken zur Erhöhung der Temperaturwechselfestigkeit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer von energieeffizienten Gasverbrennungsanlagen (z. B. Porenbrenner), um damit deren breiteren Einsatz zu forcieren. Durch Erschließung neuer Anwendungsfelder für diese Technologie und die neu entwickelten Hochleistungswerkstoffe soll neben einer Reduktion von Energieverbrauch und Schadstoffabgabe der Wirtschaftsstandort Deutschland gestärkt werden. Papier-basierte Keramik-Strukturen sowie die Entwicklung von filzbasierten und faserverstärkten Keramiken (CMC, OCCMC) werden entwickelt. Nanostrukturierte keramische Partikel sollen zur Erhöhung der Bruchzähigkeit oder bei der Entwicklung des Oxidationsschutzes eingesetzt werden. Bei erfolgreicher Entwicklung und Testung der Komponenten beabsichtigt Pritzkow Spezialtechnik nach Ende des Projektes die Bauteile zu vermarkten. Die Ergebnisse sollen in Fachzeitschriften und durch Workshops und Konferenzen publiziert werden.
Das Projekt "Höchsttemperatur- und korrosionsbeständige hochporöse (Faser)-Keramiken für energieeffiziente Verbrennungsprozesse - HÖCKER" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Erlangen-Nürnberg, Department für Chemie- und Bioingenieurwesen, Lehrstuhl für Strömungsmechanik durchgeführt. Seit Jahren beschäftigt sich der LSTM-Erlangen mit der Porenbrennertechnik. Die am häufigsten eingesetzten Keramiken für die Verbrennungszone des Porenbrenners sind SiSiC-Schäume, welche in Verbrennungsatmosphäre zum oxidieren neigen. Speziell bei der aktiven Oxidation entstehen gasförmige Reaktionsprodukte, was zu Materialverlusten und Schädigungen führt. Die Entwicklung von Keramiken mit einer deutlich höheren Temperaturgrenze dieser aktiven Oxidation (zurzeit 1450 Grad Celsius, geplant 1600 Grad Celsius) ist ein wichtiges Ziel in diesem Projekt. Darüber hinaus hat der Einsatz von oxidischen Keramiken wie ZrO2 ein großes Potential für den Porenbrenner, da diese nicht weiter oxidiert werden. Bisher verwendete Schäume aus ZrO2 zeigten jedoch eine geringere Thermoschockbeständigkeit als SiSiC-Schäume. Der LSTM-Erlangen wird experimentelle Untersuchungen zum Oxidations- bzw. Korrosionsverhalten bereits erhältlicher und neu entwickelter Keramiken für den Einsatz im Porenbrenner durchführen. Ferner wird ein neuer Brenner konstruiert, mit dem die Langzeitstabilität der Keramiken und deren Fassungen für industrielle Anwendungen getestet werden, da insbesondere die Temperaturspannungen ein Versagen der keramischen Materialien bewirken. Transiente Simulationen, die am LSTM-Erlangen durchgeführt werden, ergeben detaillierte Temperatur-, Geschwindigkeits- und Spezies-Verteilungen innerhalb der Keramiken, welche wichtige Informationen für die Weiterentwicklung darstellen.
Das Projekt "Höchsttemperatur- und korrosionsbeständige hochporöse (Faser)-Keramiken für energieeffiziente Verbrennungsprozesse - HÖCKER" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ingenieurbüro Issendorff durchgeführt. Das Kernziel des beantragten Vorhabens ist die Entwicklung verbesserter poröser (Faser)-Keramiken zur Erhöhung der Temperaturwechselfestigkeit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer von energieeffizienten Gasverbrennungsanlagen (z.B. Porenbrenner), um damit deren breiteren Einsatz zu forcieren. Für Einsatztemperaturen bis 1600 C in oxidierender Atmosphäre sind im beantragten Vorhaben folgende Materialentwicklungen vorgesehen: Weiterentwicklung von porösen Keramiken (ZrO2, SiC), Erprobung und Anpassung von Papier-basierten Keramik-Strukturen sowie die Entwicklung von filzbasierten und faserverstärkten Keramiken (CMC, OCMC). Der Entwicklungsaufwand soll insbesondere durch die Einbeziehung von Werkstoffsimulationen zur Beschreibung und Verbesserung des Schädigungs- und Versagensverhaltens der keramischen Strukturen stark reduziert werden. Die konstruktive Umsetzung, d.h. Anfertigung technischer Zeichnungen, etc. wird vom Ingenieurbüro Issendorff übernommen. Bereits in einem frühen Stadium des Projektes wird Issendorff einen geeigneten Prüfstand für den LSTM entwerfen und zu großen Teilen fertigen, der zur Untersuchung einzelner Bauteile eingesetzt wird. Issendorff wird gemeinsam mit Evonik einen geeigneten Testreaktor aufbauen. Die Leistung seitens Issendorff wird hierbei im Wesentlichen das Engineering, d.h. Auslegung und Konstruktion des Reaktors, betreffen.
Das Projekt "Höchsttemperatur- und korrosionsbeständige hochporöse (Faser)-Keramiken für energieeffiziente Verbrennungsprozesse - HÖCKER" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Schunk Kohlenstofftechnik GmbH durchgeführt. 1. Vorhabenziel Das Kernziel des beantragten Vorhabens ist die Entwicklung verbesserter poröser (Faser)-Keramiken zur Erhöhung der Temperaturwechselfestigkeit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer von energieeffizienten Gasverbrennungsanlagen (z. B. Porenbrenner), um damit deren breiteren Einsatz zu forcieren. Durch Erschließung neuer Anwendungsfelder für diese Technologie und die neu entwickelten Hochleistungswerkstoffe soll neben einer Reduktion von Energieverbrauch und Schadstoffabgabe der Wirtschaftsstandort Deutschland gestärkt werden. 2. Arbeitsplanung Papier-basierte Keramik-Strukturen sowie die Entwicklung von filzbasierten und faserverstärkten Keramiken (CMC, OCMC) werden entwickelt. Nanostrukturierten keramischen Partikeln sollen zur Erhöhung der Bruchzähigkeit oder bei der Entwicklung des Oxidationsschutzes eingesetzt werden.
Das Projekt "Höchsttemperatur- und korrosionsbeständige hochporöse (Faser)-Keramiken für energieeffiziente Verbrennungsprozesse - HÖCKER" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Papiertechnische Stiftung München durchgeführt. Ziel der Projektarbeit der PTS im geplanten Vorhaben ist die Entwicklung geeigneter keramischer sinterfähiger Papiere und Papierstrukturen für die Herstellung von Porenbrennerkomponenten. Die Optimierung der Meso- und Mikrostruktur der Papierabgeleiteten Keramik zur Verbesserung der thermomechanischen Eigenschaften insbesondere der Schadenstoleranz steht im Zentrum der Projektarbeit. Zudem sollen die Möglichkeiten papiertechnologischer Formgebungstechnik für die Herstellung geeigneter Brennzonenstrukturen untersucht und effektive Verfahren abgeleitet werden. Ausgehend von den Kennwerten verfügbarer papierabgeleiteter Keramik werden die präkeramischen Sinterpapiere systematisch für die Anwendung in der Porenbrennertechnik weiterentwickelt. Eine effektive Verbesserung der thermo-mechanischen Eigenschaften Papierabgeleiteter Keramik soll durch den Einsatz nanoskaliger keramischer Pulver, durch Schichtaufbau, durch Einstellen einer heterogenen biogenen Mikrostruktur sowie durch den Einsatz anorganischer Kurzfasern erreicht werden. Ein weiterer Arbeitsschwerpunkt stellt die Entwicklung Papierabgeleiteter Funktionsstrukturen dar. Hierfür werden Riffelungsverfahren zur Herstellung gewellter Papierstrukturen angepasst und eine geeignete Fügetechnik entwickelt. Variationsmöglichkeiten der Funktionsstruktur ergeben sich durch die Variation der Papierdicke, durch Stanzung/Nadelung der Papiere, durch Variation des Wellentyps der Papierwelle (A, B, C, E-Welle) sowie durch die Variation der Ausrichtung der einzelnen Wellenlagen. Die PTS wird ihren intensiven Kontakt zur deutschen Papierindustrie (Papierhersteller und Verarbeiter) nutzen, um Partner für die Übertragung der Herstellung der entwickelten Spezialpapiere und Papierstrukturen vom Technikumsmaßstab auf Industrieniveau zu gewinnen. Keramische sinterfähige Spezialpapiere stellen ein variables Halbzeug für die Keramikindustrie dar. Ausgehend von den Projektergebnissen wird die PTS zusätzliche Anwendungsbereiche erschließen
Das Projekt "Höchsttemperatur- und korrosionsbeständige hochporöse (Faser)-Keramiken für energieeffiziente Verbrennungsprozesse - HÖCKER" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Evonik Industries AG durchgeführt. Das Vorhabenziel ist die Entwicklung verbesserter Hochleistungskeramiken zur Erhöhung der Temperaturbelastbarkeit, Temperaturwechselbeständigkeit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer von energieeffizienten Verbrennungsanlagen (Porenbrenner) und Hochtemperaturbrennkammern, gekennzeichnet durch reduzierte Energieverbräuche und Schadstoffabgabe, um damit deren breiteren Einsatz auch in neuen Anwendungsfeldern zu forcieren. Zunächst werden das erforderliche Anforderungsprofil und die dafür geeigneten Materialvarianten, abgeleitet aus den Erfahrungen und den Erfordernissen der Industriepartner, erarbeitet. Durch gezieltes Materialdesign, beginnend bei der Auswahl geeigneter nanoskaliger Pulver-, Faser- und Matrixmaterialien über numerische Simulation des Werkstoffverhaltens, die Entwicklung anwendungsoptimierter Bauteilarchitektur bis zur Applikation von Hochtemperaturschutzschichten, werden Hochleistungsverbundwerkstoffe mit maßgeschneiderten Eigenschaften entwickelt. Über den Ansatz des virtuellen Werkstoffdesigns werden umfangreiche Parameterstudien erfolgen, um zeit- und kostensparend zu thermomechanisch stabilen keramischen Strukturen (CMC, OCMC, keramisch Papiere, Schäume) und Verbundbauteilen zu gelangen. Die aussichtsreichsten Material- und Bauteilvarianten sollen schließlich gefertigt und in Versuchsständen erprobt werden.
Das Projekt "Erster großtechnischer Einsatz eines energieeffizienten Herdwagenofens" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Edelstahlwerke Schmees GmbH durchgeführt. Der Antragsteller plant den ersten großtechnischen Einsatz eines energieeffizienten Herdwagenofens für gegossene Edelstahlprodukte, die durch, dem Gießen nachgestaltete, definierte Glühprozesse ihre gewünschten Materialeigenschaften erhalten. Dieser Ofen soll, statt mit konventionellen Gasbrennern, mit flammenlosen Porenbrennern bestückt werden. Dadurch ergeben sich Verbesserungen bezüglich der homogenen Erwärmung des Gutes (Vermeidung lokaler Überhitzung oder zu niedriger Temperaturen) und damit ein effizienterer Energieeinsatz bei einer Verbesserung der Produktqualität.
Das Projekt "Untersuchung der Luftansaugung eines atmosphaerisch betriebenen Injektorbrenners mit unterschiedlichen poroesen Brennerkopfmaterialien und grosser Belastungsvariation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gaswärme-Institut e.V. durchgeführt. Die heutigen haushaltlichen Gasgraete nutzen Brenner mit verschiedenartigen Flammenformen. Dreidimensional ausgebildete, kegelfoermige Flammen des 'Bunsentypus' bei atmosphaerischen Injektorbrennern und praktisch eindimensional ausgerichtete Flammen bei Flaechenbrennern charakterisieren die jetzige Brennertechnik. Mit der Verbrennung von Gasgemischen in poroesen Medien ist eine weitere Moeglichkeit der Reaktionsfuehrung hinzugekommen. Innerhalb eines solchen 'loechrigen' Stoffes treten keine freien Flammen auf. Groessere Gebiete im Innern des Brennermaterials werden zu Oxidationszonen, wo die Verbrennungsvorgaenge stattfinden. Der Reaktionsablauf in solchen Materialien wird derzeit wissenschaftlich untersucht. Diese Entwicklung ist allerdings schon in Prototypen umgesetzt worden. Gegenueber bewaehrten Brennerkonzepten sind mit diesen Porenbrennern sehr grosse Modulationen in der Belastung moeglich. Die Schadstoffemissionen sind vor allem bei sehr hohen Primaerluftzahlen (n groesser 1,5) niedrig. Des weiteren wird eine kompakte Bauweise des Brenners erreicht. Zur Umsetzung dieser Verbrennungstechnik in einem poroesem Medium in die praktische Anwendung bietet sich insbesondere das Injektorprinzip an. Die Medien, die sich fuer den Einsatz als Brennerkopf eignen, sind vergleichsweise teuer. Die Kombination mit dem einfachen und somit kostenguenstigen Aufbau eines Injektorbrenners verspricht eine wirtschaftlich vertretbare Loesung fuer die Gasgeraeteindustrie. Die Berechnung der Luftansaugung von Einfachinjektoren unter dem Einfluss der Brennererwaermung wurde in dem AiF-Forschungsvorhaben Nr. 9967 erarbeitet. Die wichtigste Zielgroesse bei der rechnerischen Auslegung von Injektorbrennern ist die Primaerluftzahl. Eine wesentliche Einflussgroesse im Hinblick auf die Luftansaugung ist die Austrittsflaeche. Mit einem poroesen Stoff als Brennerkopf stellen sich andere Verhaeltnisse ein, die nicht mit der bisherigen Berechnungsmethode abgebildet werden koennen. Die Erweiterung des Berechnungsverfahrens zur Einbeziehung eines derart gestalteten Brenneraustritts macht theoretische und experimentelle Parameterstudien erforderlich. Die Luftansaugung atmosphaerisch betriebener Injektorbrenner mit unterschiedlichen poroesen Brennerkopfmaterialen soll an einem Versuchsbrenner unter dem Einfluss verschiedener Duesengroessen, des Duesenvordruckes und unterschiedlichen Treibgasen in Form von Konzentrationsmessungen experimentell untersucht und theoretisch beschrieben werden.
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