Die Arbeiten zum Verhalten der Reaktoranlage bei Stoerungen und Systemausfaellen werden fortgefuehrt und vertieft. Aus dem Stoerfallspektrum werden schwerpunktartig transiente Vorgaenge und Nachwaermeabfuhrprobleme sowie die Spaltproduktfreisetzung und -transportmechanismen untersucht. Zur Ermittlung der Eintrittswahrscheinlichkeiten von Stoerfaellen werden mit der Methodik der Zuverlaessigkeitsanalyse einzelne Teilsysteme der Reaktoranlage unterrsucht. Dazu werden Stoerfallablaeufe analysiert, Ereignis- und Fehlerbaeume erstellt und Zuverlaessigkeitsdaten der beteiligten Komponenten gesammelt. Rechenprogramme zur Berechnung transienter fluid- und thermodynamischer Zustaende in HTR-Cores und der transienten Freisetzung und des Transportes von Spaltprodukten werden entwickelt.
Die Hecking Deotexis GmbH ist ein 150 Jahre altes, mittelständisch geprägtes Textilunternehmen am Standort Neuenkirchen. Das Unternehmen stellt Oberbekleidungsstoffe für Damen und Herren her. Es verfügt über eine Weberei, Färberei und Ausrüstung. So werden u. a. Baumwolle und Elastomerfäden mit Reaktivfarbstoffen und Pigmenten gefärbt. Eine Besonderheit ist die Indigo-Kettfärbeanlage für Jeans. Die Firma plant die Errichtung einer neuen Anlage, wo die konzentrierten Abwässer aus der Färberei von Baumwollwebware mit Hilfe eines Ozonungsverfahren entfärbt und praktisch vollständig wieder verwendet werden sollen. Dazu sollen die konzentrierten Farbabwässer aus den verschiedenen Behandlungsstufen zusammengeführt und in einem Reaktor mit Ozon entfärbt werden. Die Ozonungsanlage wird in eine neue betriebliche Anlage integriert. Die Wiederverwendung des entfärbten Abwassers kann allerdings wegen der Aufkonzentrierung der Salze nicht im kompletten Kreislauf stattfinden. Die eine Hälfte soll als Waschwasser wieder in die Farbnachwäsche gehen, d.h. im eigentlichen Färbeprozess wieder eingesetzt werden, die andere Hälfte soll für innerbetriebliche Prozesse wie das Reinigen von Gefäßen und Ansatzbehältern genutzt werden. Dieses hat eindeutige Vorteile gegenüber den herkömmlichen Verfahren. So ist kein Einsatz zusätzlicher Chemikalien notwendig, es erfolgt eine Verringerung der anfallenden Klärschlammmenge und eine Einsparung von über 5000 Kubikmeter Frischwasser pro Jahr. Auch die kommunale Kläranlage, in die die Färbeabwässer bislang ungeklärt eingeleitet wurden, wird deutlich entlastet. Allerdings liegt der Energiebedarf bei der Ozonung höher, soll aber durch eine Optimierung des Verfahrens gesenkt werden.
reTURN wird ein Verfahren zur Herstellung CO2-neutraler synthetischer Kraftstoffe demonstrieren. Dieses beinhaltet nicht nur das Potenzial signifikanter CO2-Reduktionen, sondern auch das Erzielen einer wesentlichen Effizienzsteigerung in der Produktion synthetischer Kraftstoffe und damit eine drastische Kostenreduktion. Im Verfahren werden drei etablierte Prozessschritte erstmalig in einem skalierbaren Einzelreaktor integriert, um auf Basis von rezykliertem CO2 und Biomethan aus organischen landwirtschaftlichen/ städtischen Restabfällen Synthesegas herzustellen: (1) Plasma-Verfahren mittels Biomethanpyrolyse, (2) Boudouard-Reaktion, (3) heterogene Wassergas-Shift-Reaktion mit anschließendem Quenching. Diese Kombination ermöglicht eine flexible Zusammensetzung des entstehenden Synthesegases, sodass nachfolgend verschiedene Konversionstechnologien als vierter Schritt des reTURN Verfahrens eingesetzt und damit verschiedene klimafreundliche Kraftstoffe oder Grundchemikalien produziert werden können. Das Projekt verwendet die Fischer-Tropsch-Synthese, um die gesamte Prozesskette bis hin zu den Endprodukten in einer Testanlage zu erforschen und zu erproben sowie einen Nachweis der technischen Machbarkeit und Massenmarkttauglichkeit zu erbringen. Schwerpunkte von reTURN sind der Bau und Testbetrieb des neuartigen Reaktors, begleitet von verschiedenen Forschungen am Reaktor, wie bspw. Messkampagnen und einer ökologischen Nachhaltigkeitsbetrachtung mit dem Fokus auf CO2 Äquivalenten. reTURN bietet vielfältige Verwertungsmöglichkeiten, insb. neue Geschäftsmodelle für CAPHENIA und Betreiber von Biogas- bzw. Fermentationsanlagen. Mit dem Einsatz erneuerbarer Energie entsteht zudem ein wesentliches Potenzial für eine nachhaltige Sektorenkopplung des Verkehrs- und Stromsektors. Damit stellt reTURN nicht nur ein Vehikel zur Stärkung der nationalen Vorreiterrolle im Nachhaltigkeitskontext bereit, sondern leistet auch einen entscheidenden Beitrag zum weltweiten Klimaschutz.
Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Bereitstellung einer effizienten, verfahrenstechnischen Lösung zur Herstellung von hochwertigem Kraftersatzstoff für den Flugbetrieb (SAF) aus nachhaltigen Quellen. Mit dem Entwurf und der Implementierung einer innovativen Umwandlungstechnologie sollen Stoffkreisläufe geschlossen und bekannte Prozesse in neuartigen, auf dem 'Plug and Play' Prinzip basierten Mikroreaktoren, umgesetzt werden. Die zu entwickelnde innovative Technologie kombiniert das Verfahren der Fischer-Tropsch-Synthese (FTS) mit dem Prozess des Hydrocrackens (HCR) in einem Mikroreaktorsystem. Für die Bereitstellung des Synthesegases (Hauptbestandteile CO und H2) werden verschiedene Quellen genutzt, sodass lokale Reststoffkreisläufe (z.B. Alt- oder Restholz) mit einer Wasserstoffeinspeisung geschlossen und kombiniert werden, wobei der Wasserstoff aus dem Betrieb von Wind- oder Solaranlagen gewonnen wird. Die Vielfältigkeit der Einsatzstoffe aus denen das Synthesegas bereitgestellt wird, macht es notwendig, spezifische auf den Umwandlungsprozess abgestimmte Katalysatoren ein-zusetzen. Bisherige Hemmnisse wie die Größe solcher Anlagen und die damit einhergehende Wirtschaftlichkeit sollen durch Prozessanpassung des Konversionsprozesses überwunden werden, so dass dezentrale Anlagen rentabel betrieben werden können. Folgende Bearbeitungsschwerpunkte sind geplant: a) die Entwicklung eines innovativen Mikrokanalreaktors (MCR) und Überführung in den Pilotmaßstab in dem sowohl das FTS-Verfahren als auch der HCR-Prozess integriert sind. Damit wird eine deutliche Reduzierung der für den Prozess notwendigen Reaktionsräume ermöglicht. b) Aufbau und Implementierung sowie Testbetrieb des Reaktors (Miniplant-Anlage) und anschließender Aufbau der Anlage beim Projektpartner (Pilotanlage) um das Verfahren hinsichtlich seiner Stabilität, Einsatzstoffflexibilität und Robustheit unter realen Bedingungen zu bestätigen, zu testen, und zu validieren.
Das Biofilmwachstum in Biofilmreaktoren wird hauptsächlich durch den Abtragprozess reguliert. Den Abtragprozess zu kontrollieren ist daher ein wichtiges Anliegen für den stabilen Betrieb eines Bioreaktors. Zur Kontrolle des Reaktors und um die größte Effizienz zu erreichen sind mathematische (bzw. numerische) Modelle, die den Abtragsprozess darstellen, hilfreich. Solche Modelle können möglicherweise sogar für den Entwurf von Biofilmreaktoren nützlich zu sein. In diesem Projekt soll ein multidimensionales, poroviskoleastisches Biofilm Modell entwickelt werden, das den Abtragsprozess abbildet. Dabei soll auch der Abtrag durch das Auslösen von größeren Stücken ('sloughing'), das durch die Schubspannungen an der Biofilm Grenzfläche und durch das Spannungsfeld im Biofilm entsteht, erfasst werden. Das Modell für den Abtrag soll basierend auf den Schubspannungen an der Grenzfläche und dem Spannungsfeld im Biofilm formuliert werden. Das Modell wird mit experimentellen Beobachtungen kalibriert und validiert. Biofilm Modelle, die für Reaktoren verwendet werden, sind in der Regel eindimensional (1D). Aus diesem Grund soll in diesem Projekt mittels Modellrechnungen mit dem validierten multi-dimensionalen Abtragmodell ein vereinfachtes ('upscaled') 1D Modell entwickelt werden.