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Erforschung einer materialreduzierten Baukeramik für nichttragende Innenwände aus Rezyklat mit niedrigem Anteil 'grauer Energie' und stark vermindertem CO2-Fußabdruck durch den Einsatz von Mikrowellentechnologie, Teilvorhaben: Erforschung Material und Baustoff

Ziel der Fördermaßnahme ist die Erforschung einer materialreduzierten Baukeramik für nichttragende Innenwände mit niedrigem Anteil 'grauer Energie' und stark vermindertem CO2-Fußabdruck. 'Graue Energie' ist als die zur Herstellung eines Produktes aufgewendete Energie definiert. Im Projekt LightCer (Akronym für leichte Keramik) wird durch den hohen Einsatz von mehr als 60 % Baustoff-Rezyklaten in Verbindung mit einer ungefähr 50-%igen Absenkung der Materialrohdichte, die zur Herstellung des neuen Bauproduktes benötigte Energie, um mindestens 30 % zum konventionellen Ziegelprodukt abgesenkt. Die damit einhergehende Einsparung von 30 % Primärenergie aus fossilem Erdgas würde damit zwar symptomatisch einhergehen, allerdings geht der Projektansatz weit darüber hinaus, in dem durch die Elektrifizierung der beiden Hauptverfahrensschritte von Trocknung und Brand mit Hilfe von Mikrowellentechnologie der komplette Verzicht auf den fossilen Energieträger Erdgas verwirklicht und somit der Primärenergiegehalt auf nahezu null gesenkt wird. Neben dem Key Performance Indicator (KPI) der Energieeffizienz sieht Schlagmann einen weiteren in der Reduktion der Treibhausgasemissionen, de facto CO2-Emissionen. Mit der Prämisse der Zurverfügungstellung von regenerativ erzeugtem Strom wird die neue Baukeramik einen einmalig niedrigen CO2-Fußabdruck aufweisen. Vor Projektende stehen Demonstratoren zur Verfügung, die auf ihre bauphysikalischen Gesamteigenschaften wie Statik im Sinne der Eigenlastabtragung, sowie Standsicherheit, aber auch Wärme und Schall geprüft werden. Zur weiteren Verwertung der Forschungsergebnisse wird im Anschluss ein Demonstrationsprojekt mit Bau einer Pilot-Anlage angestrebt, wo die anvisierten Prototypen in signifikanter Zahl für Musterbaustellen bereitgestellt und anschließend auf ihre Praxistauglichkeit untersucht werden.

Einzelvorhaben: Monitoring und Bewertung von Effizienzmaßnahmen im Quartierskontext - Wärmeoptimierung für Nicht-Wohngebäude im Quartier Berlin Adlershof

Für das 420 ha umfassende Gebiet von Deutschlands größtem Wissenschafts- und Technologiequartier Berlin Adlershof besteht das Ziel, 30% Primärenergie -verglichen mit dem 'Business as usual' - trotz weiterem Zubau bis zur Standortauslastung einzusparen. Dieses Ziel wurde seit 2011 erfolgreich durch die Identifizierung und Umsetzung stromfokussierter Maßnahmen verfolgt. Aktuell verlagert sich der Arbeitsschwerpunkt auf wärmeseitige Optimierungsmaßnahmen, die ein unerlässlicher Baustein zur Zielerreichung sind. Ziel dieses Projektes ist es, Effizienzmaßnahmen für das Quartier abzuleiten und hinsichtlich ihrer Energieeffizienz und CO2 Einsparungen zu bewerten. Dafür werden Messdaten im Quartier im Rahmen eines Monitorings aufgenommen und analysiert und Optimierungspotentiale für die Anlagentechnik und den Betrieb der Quartiersgebäude abgeleitet. Hierauf aufbauend wird das Potential zur Nutzung der anfallenden Abwärme im Technologiequartier ermittelt und hinsichtlich technischer und wirtschaftlicher Durchführbarkeit bewertet. Anschließend wird die Interaktion der Gebäude und das Potential zur Lastverschiebung im den Technologiepark Adlershof ermittelt. Hierfür wird ein Quartiersenergiemanagementsystem (QEMS) entwickelt und anhand eines Digitalen Zwillings des Quartiers simulativ angewendet. Die gewonnenen Ergebnisse werden schließlich hinsichtlich der Übertragbarkeit auf andere Quartiere analysiert und deren Umsetzbarkeit mit verschiedenen Standortpartnern diskutiert.

Einsatz alternativer Verfahren zur Waermebereitstellung in GDRA

Im Rahmen des Projektes werden die Gestehungskosten fuer die Gasdruckregelung ueber den gesamten Lebenszyklus der GDRA bilanziert und auf der Basis von Messwerten der EVG mbH verifiziert. Das vorgeschlagene Rechenverfahren integriert explizit die Kosten fuer die Gasvorwaermung und greift die Struktur der VDI 2067 bzw. VDI 6025 auf. Neben der Kostenbetrachtung wurde parallel der Bezug zum Primaerenergiebedarf und den Treibhausgasemissionen, bewertet im CO2-Massstab hergestellt. Das Problem der Erdgasvorwaermung wird separat behandelt. Optimierungsmoeglichkeiten im Bereich der Waermebereitstellung werden abgeleitet.

Energy balance for locally-grown versus imported apple fruit

This commentary compares the primary energy requirement for apples (cultivar 'Braeburn'), which wem either imported or locally-grown in Meckenheim, Germany. Imported appies of the same cultivar wem grown in a Southern hemisphere winter in Nelson, Southland, New Zealand, and were picked at the end of March with subsequent 28 d transport by sea for sale in April in Germany. Locally-grown apples (cultivar 'Braeburn') were picked in mid-October and required a primary energy of nearly 6 MJ/kg of fruit including 0.8 MJoule/kg for five months CA storage at 1 degree C during a Northern hemisphere winter until mid-March. This compared favourably with 7,5 MJoule/kg for overseas shipment from New Zealand, i.e. a ca. 27 percent greater energy requirement for these imported fruits. Overall, the primary energy requirement of regional produce, stored several months an-site, partially compensated for the larger energy required to Import fresh fruit from overseas. This result is in marked contrast to reported overestimares of a reported up to 8-fold energy requirement for domestic versus imported apple juice concentrate. Our own findings of km primary energy required for domestic apple fruit is discussed with respect to providing local employment, fruit orchards preserving the countryside, quality assurance systems for local fruit such as QS and EUREP-GAP, networking and other factors favouring regional production.

Nachhaltiges Brenngas für Industrieprozesse, Teilvorhaben: Optimierung und Demonstration der Wasserdampfsauerstoff-Gasifizierung von Klärschlamm zum Einsatz in Hochtemperaturprozessen

In der Industrie werden Hochtemperaturprozesse (800 - 2000°C) zur Produktion von Zementklinker, Kalk oder anderen Produkten eingesetzt. In diesen Prozessen wird meist Erdgas oder Kohle für die Erzeugung von Hochtemperaturprozesswärme eingesetzt. Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines einsatzfähigen Systems für die Konversion von Klärschlamm und anderen biogenen Rest- und Abfallstoffen in ein Brenngas zur direkten Substitution von fossilen Brennstoffen in Hochtemperaturindustrieprozessen. Im Rahmen von NaBI werden folgende Innovationen erforscht und erprobt, um die spezifischen Anforderungen der Hochtemperaturindustrieprozesse zu erfüllen: (1) Flexibilisierung des Gasifizierungsverfahrens bezüglich der Brennstoffqualität durch Optimierung der Wirbelschichtfluidisierung und damit Ermöglichung der Gasifizierung von Klärschlamm wechselnder Qualität sowie von weiteren Rest- und Abfallstoffen für einen breiten Einsatz des NaBI-Ansatzes. (2) Steigerung des Heizwerts des Brenngases durch Einsatz von Sauerstoff: Dadurch wird in gängigen Hochtemperaturprozessen eine weitaus höhere Substitutionsrate von Primärenergie ermöglicht. (3) Optimierung der Qualität der Klärschlammasche als Rohstoff für die Phosphorrückgewinnung durch Einsatz von Additiven. Damit wird die Attraktivität der Asche für Phosphorrückgewinnung erhöht. (4) Untersuchung und Nachweis des Einsatzes von Infrarot-Kamerasystemen für die Prozessüberwachung und -regelung. Bis 2026 wird die Marktreife für die optimierte Brenngasbereitstellung für Industrieprozesse durch Klärschlammgasifizierung erreicht, sodass die erste kommerzielle Anlage bis 2027 realisiert werden kann.

Nachhaltiges Brenngas für Industrieprozesse, Teilvorhaben: Infrarot-Messungen der Fluidisierungsbedingungen und Bildauswertung

In der Industrie werden Hochtemperaturprozesse (800 - 2000°C) zur Produktion von Zementklinker, Kalk oder anderen Produkten eingesetzt. In diesen Prozessen wird meist Erdgas oder Kohle für die Erzeugung von Hochtemperaturprozesswärme eingesetzt. Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines einsatzfähigen Systems für die Konversion von Klärschlamm und anderen biogenen Rest- und Abfallstoffen in ein Brenngas zur direkten Substitution von fossilen Brennstoffen in Hochtemperaturindustrieprozessen. Im Rahmen von NaBI werden folgende Innovationen erforscht und erprobt, um die spezifischen Anforderungen der Hochtemperaturindustrieprozesse zu erfüllen: (1) Flexibilisierung des Gasifizierungsverfahrens bezüglich der Brennstoffqualität durch Optimierung der Wirbelschichtfluidisierung und damit Ermöglichung der Gasifizierung von Klärschlamm wechselnder Qualität sowie von weiteren Rest- und Abfallstoffen für einen breiten Einsatz des NaBI-Ansatzes. (2) Steigerung des Heizwerts des Brenngases durch Einsatz von Sauerstoff: Dadurch wird in gängigen Hochtemperaturprozessen eine weitaus höhere Substitutionsrate von Primärenergie ermöglicht. (3) Optimierung der Qualität der Klärschlammasche als Rohstoff für die Phosphorrückgewinnung durch Einsatz von Additiven. Damit wird die Attraktivität der Asche für Phosphorrückgewinnung erhöht. (4) Untersuchung und Nachweis des Einsatzes von Infrarot-Kamerasystemen für die Prozessüberwachung und -regelung. Bis 2026 wird die Marktreife für die optimierte Brenngasbereitstellung für Industrieprozesse durch Klärschlammgasifizierung erreicht, sodass die erste kommerzielle Anlage bis 2027 realisiert werden kann.

Nachhaltiges Brenngas für Industrieprozesse, Teilvorhaben: Entwicklung einer optimierten Brenngaserzeugung für die Hochtemperaturindustrie

In der Industrie werden Hochtemperaturprozesse (800 - 2000°C) zur Produktion von Zementklinker, Kalk oder anderen Produkten eingesetzt. In diesen Prozessen wird meist Erdgas oder Kohle für die Erzeugung von Hochtemperaturprozesswärme eingesetzt. Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines einsatzfähigen Systems für die Konversion von Klärschlamm und anderen biogenen Rest- und Abfallstoffen in ein Brenngas zur direkten Substitution von fossilen Brennstoffen in Hochtemperaturindustrieprozessen. Im Rahmen von NaBI werden folgende Innovationen erforscht und erprobt, um die spezifischen Anforderungen der Hochtemperaturindustrieprozesse zu erfüllen: (1) Flexibilisierung des Gasifizierungsverfahrens bezüglich der Brennstoffqualität durch Optimierung der Wirbelschichtfluidisierung und damit Ermöglichung der Gasifizierung von Klärschlamm wechselnder Qualität sowie von weiteren Rest- und Abfallstoffen für einen breiten Einsatz des NaBI-Ansatzes. (2) Steigerung des Heizwerts des Brenngases durch Einsatz von Sauerstoff: Dadurch wird in gängigen Hochtemperaturprozessen eine weitaus höhere Substitutionsrate von Primärenergie ermöglicht. (3) Optimierung der Qualität der Klärschlammasche als Rohstoff für die Phosphorrückgewinnung durch Einsatz von Additiven. Damit wird die Attraktivität der Asche für Phosphorrückgewinnung erhöht. (4) Untersuchung und Nachweis des Einsatzes von Infrarot-Kamerasystemen für die Prozessüberwachung und -regelung. Bis 2026 wird die Marktreife für die optimierte Brenngasbereitstellung für Industrieprozesse durch Klärschlammgasifizierung erreicht, sodass die erste kommerzielle Anlage bis 2027 realisiert werden kann.

Erforschung einer materialreduzierten Baukeramik für nichttragende Innenwände aus Rezyklat mit niedrigem Anteil 'grauer Energie' und stark vermindertem CO2-Fußabdruck durch den Einsatz von Mikrowellentechnologie

Ziel der Fördermaßnahme ist die Erforschung einer materialreduzierten Baukeramik für nichttragende Innenwände mit niedrigem Anteil 'grauer Energie' und stark vermindertem CO2-Fußabdruck. 'Graue Energie' ist als die zur Herstellung eines Produktes aufgewendete Energie definiert. Im Projekt LightCer (Akronym für leichte Keramik) wird durch den hohen Einsatz von mehr als 60 % Baustoff-Rezyklaten in Verbindung mit einer ungefähr 50-%igen Absenkung der Materialrohdichte, die zur Herstellung des neuen Bauproduktes benötigte Energie, um mindestens 30 % zum konventionellen Ziegelprodukt abgesenkt. Die damit einhergehende Einsparung von 30 % Primärenergie aus fossilem Erdgas würde damit zwar symptomatisch einhergehen, allerdings geht der Projektansatz weit darüber hinaus, in dem durch die Elektrifizierung der beiden Hauptverfahrensschritte von Trocknung und Brand mit Hilfe von Mikrowellentechnologie der komplette Verzicht auf den fossilen Energieträger Erdgas verwirklicht und somit der Primärenergiegehalt auf nahezu null gesenkt wird. Neben dem Key Performance Indicator (KPI) der Energieeffizienz sieht Schlagmann einen weiteren in der Reduktion der Treibhausgasemissionen, de facto CO2-Emissionen. Mit der Prämisse der Zurverfügungstellung von regenerativ erzeugtem Strom wird die neue Baukeramik einen einmalig niedrigen CO2-Fußabdruck aufweisen. Vor Projektende stehen Demonstratoren zur Verfügung, die auf ihre bauphysikalischen Gesamteigenschaften wie Statik im Sinne der Eigenlastabtragung, sowie Standsicherheit, aber auch Wärme und Schall geprüft werden. Zur weiteren Verwertung der Forschungsergebnisse wird im Anschluss ein Demonstrationsprojekt mit Bau einer Pilot-Anlage angestrebt, wo die anvisierten Prototypen in signifikanter Zahl für Musterbaustellen bereitgestellt und anschließend auf ihre Praxistauglichkeit untersucht werden.

Geologische und verfahrenstechnische Möglichkeiten der Erdwärmenutzung am Standort der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH)

Für die Medizinische Hochschule Hannover hat das GeothermieZentrum Bochum gemeinsam mit der GeoDienste GmbH (Garbsen) im Zeitraum von August 2007 bis März 2008 eine Vorstudie zur Einbindung der Geothermie in das Energiekonzept des Klinikums erstellt. Im Anschluss an diese Vorstudie wurde eine Wirtschaftlichkeitsanalyse erstellt, welche die petrothermale und hydrothermale Versorgung betrachtete. Vorstudie: Die Medizinische Hochschule Hannover (MHH) wird derzeit von den Stadtwerken Hannover mit den Medien Gas, Strom und Fernwärme zur Erzeugung ihrer dreigliedrigen Energieversorgung, bestehend aus Dampf, Raumwärme und Klimakälte, versorgt. Aufgrund der hydrogeologischen Situation am Standort der MHH in Hannover wird eine Einbindung der Geothermie sowohl in den Heizkreislauf (direkte Integration über Wärmetauscher) als auch in den Kälteklimakreislauf (modular betriebene Absorptionskältemaschinen) vorgeschlagen. Ziel der Einbindung ist es konventionelle, preislich fluktuierende und primärenergetisch nachteilige Energieträger, wie in erster Linie elektrischen Strom und nachrangig Fernwärme oder Gas, durch den Einsatz der Geothermie vollständig, oder im Rahmen der Leistungsfähigkeit des geothermischen Reservoirs teilweise, zu ersetzen. Wirtschaftlichkeit, CO2-Bilanz und Versorgungssicherheit stehend dabei im Vordergrund. Die Grundlastfähigkeit der Geothermie wird in der vorgeschlagenen Anlagenkonfiguration vollständig ausgenutzt. Im Bereich der Spitzenlastdeckung spielt die Geothermie daher keine Rolle. Die geothermisch unterstützte Dampferzeugung findet im betrachteten Szenario keinen Eingang. Dies liegt in der internen Wärmerückgewinnung im Dampferzeuger durch den Economizer zur Vorwärmung des Speise- und Verbrauchswassers begründet. Da die Geothermie bei der Dampfherstellung nur einen geringen energetischen Beitrag leisten kann und Investitionen für ihre Anbindung an das Dampferzeugersystem entstehen, wird von der Betrachtung dieser Systeme abgesehen. Übersteigt die Bereitstellung von geothermischer Energie im Heiz- oder Kühlfall die Energienachfrage, lassen sich Pufferspeicher integrieren um diese überschüssig Energie effizient zu speichern. Bei Lastspitzen kann die Energie zurückgewonnen werden. Somit erhöht sich der geothermische Anteil an der Gesamtenergiebereitstellung. Wirtschaftlichkeitsanalyse: Hier wurden 9 verschiedene Szenarien untersucht, welche sich aufgrund ihrer Art (petrothermal / hydrothermal), der Bohrtiefe (4500 / 3000 m), ihrer Schüttung (15-50 l/s), Temperatur (115 / 160 Grad C) oder Bereitstellung (Wärme / Strom+Wärme) unterscheiden. Die höheren Investitionskosten für die petrothermalen Systeme werden durch die höhere Energieausbeute (Schüttung und Temperatur) abgefangen und diese somit wirtschaftlicher als die hydrothermalen Systeme, welche sich in der Amortisationsrechnung nur aufgrund der steigenden Energiepreise nach einigen Jahren rechnen.

Optimierung der Abwaermenutzung in einer Aluminiumgiesserei

Beim Schmelzen von Aluminium werden grosse Rauchgasmengen erzeugt. Der Chargenbetrieb der Schmelzoefen hat Schwankungen der Rauchgastemperatur und des -volumenstroms zur Folge. In Zusammenarbeit mit der Hamburger Aluminiumwerk GmbH wurde fuer diese Rauchgase ein optimales Abwaermenutzungskonzept erarbeitet, das einen Dampfkreislauf bestehend aus Dampferzeuger, Turbogenerator und Kondensator vorsieht. Der Turbogenerator ist in der Lage, einen betraechtlichen Teil zur elektrischen Stromversorgung der Aluminiumelektrolyse beizutragen, was indirekt ueber eine Einsparung von Primaerenergie zu einer Reduzierung des CO2-Ausstosses fuehrt.

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