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Skalierung von Perowskit-Schichtabscheidung für langzeitstabile große Tandem-Solarzellen, Teilprojekt: Inkjet-Abscheidung

Das Projektvorhaben 'SaPerloT' soll drei aussichtsreiche Verfahren für die industrielle Abscheidung von Perowskitschichten auf Silicium-Unterzellen für Silicium-Perowskit Tandemsolarzellen auf ein vorindustrielles Niveau entwickeln. Das Potential von Silicium-Perowskit Tandemsolarzellen konnte jüngst vom Fraunhofer ISE erneut eindrücklich unter Beweis gestellt werden. So wurde gemeinsam mit Oxford PV ein PV-Modul mit einem Wirkungsgrad von 25 % und einer Leistung von 421 Watt demonstriert. In SaPerloT wird für die Applikation des Perowskit-Absorbers ein kombinierter Abscheideansatz bestehend aus Aufdampfen und nasschemischer Aufbringung verfolgt ('Hybridansatz') erarbeitet. In diesem Teilprojekt erfolgt die Abscheidung ausschließlich mit Inkjet, an Stelle von Sprühen und Schlitzdüse. Die Vorteile von Inkjet sind die gerichtete Abscheidung von Dünnfilmen auf jeglicher Drucksubstratform (auch auf pseudoquadratischen PV-Silciumsubstraten) bei höchster Ressourceneffizienz. So wie der industrielle Reifegrad des Verfahrens in der Silicium-Photovoltaik. So wurde das Verfahren bereits erfolgreich für die Integration von selektiven Emittern eingesetzt

Ionenselektive Regelung zur ressourceneffizienten und pflanzenbedarfsgerechten Nährstoffversorgung in re-zirkulierenden, hydroponischen Indoor Vertical Farms, Teilprojekt C

Biobasierte innovative Optimierung von Materialien aus sekundären Stoffströmen im Upcycling Prozess

Zielsetzung: Die Bauwirtschaft steht vor der Herausforderung, nachhaltige und ressourcenschonende Materialien einzusetzen, um den ökologischen Fußabdruck zu verringern und den Anforderungen der Kreislaufwirtschaft gerecht zu werden. Gleichzeitig fallen in der Lebensmittelindustrie große Mengen an biogenen Reststoffen (z. B. Teetreber, Apfel- und Beerentrester) an, die bislang energetisch wenig effizient oder als Abfall entsorgt werden. Ziel des Projekts „BIOMASS-UP“ ist es, ein innovatives Verfahren zu entwickeln und zu validieren, mit dem verschiedene Reststoffbiomassen in hochwertigen, ökologisch vorteilhaften Bau- und Werkstoffplatten verarbeitet werden können. Damit soll ein Beitrag zur Ressourceneffizienz, zur CO2-Reduktion und zur Etablierung einer echten Kreislaufwirtschaft im Bausektor geleistet werden. Des Weiteren schonen wir damit die forstlichen Ressourcen und Wälder, indem wir einen Weg aufzeigen, wie bereits erzeugte Biomasseabfälle zu hochwertigen Werkstoffen für die Baubranche veredelt werden können.

Ideenumsetzung und Demonstration elektrischer Antriebs- und Leistungselektroniklösungen mit einer verbesserten Energie- und Ressourcen-Effizienz

Das Projekt IDEALER nutzt Ergebnisse des Vorprojekts Ide3AL. In dem Vorprojekt wurde grundsätzlich gezeigt, dass ein Schaltschrank-Umrichter mit integriertem Sinusfilter unter Nutzung von schnellschaltenden SiC-Leistungshalbleitern zu einer besseren Energieeffizienz des Antriebssystems führt als ein konventioneller Umrichter mit IGBT-Transistoren. Durch die hohe Schaltfrequenz können die Filtergröße reduziert, die Umrichter-Baugröße kompakt gehalten sowie die umladungsbedingten Verluste in Motorleitung und Motor minimiert werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die technische Motorleitungslängen-Begrenzung durch geschirmte Leitungen von einigen 10 Metern aufgehoben ist, so dass in Zukunft sehr viele bisher ungesteuerte Antriebsanwendungen mit drehzahlgeregelten Antrieben gelöst werden können. Damit ergeben sich zusätzliche Energiesparpotentiale, die bisher nicht wirtschaftlich erschlossen werden konnten. Allerdings hat sich auch gezeigt, dass die hohe Schaltgeschwindigkeit der SiC-Leistungshalbleiter nicht einfach beherrschbar ist. Die elektrischen Felder, die von der Schaltzelle und den Sinusfiltern abgestrahlt bzw. als leitungsgebundene Störaussendung in die Motorleitung eingespeist werden, übertreffen die aktuellen EMV-Grenzwerte für ungeschirmte Motorleitungen. Aus dem gleichen Grund treten noch Zusatzverluste im Motor und seinen Zuleitungen auf, weshalb die gesetzten Effizienzziele nicht vollständig erreicht wurden. Diese Zusatzverluste lassen sich auch mit den normativ vorgegebenen Berechnungsmethoden nicht ermitteln. Weiterhin bestehen elektromagnetische Kopplungen der Filterelemente zwischen Ein- und Ausgang, so dass bisherige Entstörkonzepte auf der Netzseite nicht übertragbar sind.

Ideenumsetzung und Demonstration elektrischer Antriebs- und Leistungselektroniklösungen mit einer verbesserten Energie- und Ressourcen-Effizienz, Teilvorhaben iFE: EMV-optimale Ein- und Ausgangsfilter mittels 3D-Simulation

Das Projekt IDEALER nutzt Ergebnisse des Vorprojekts Ide3AL. In dem Vorprojekt wurde grundsätzlich gezeigt, dass ein Schaltschrank-Umrichter mit integriertem Sinusfilter unter Nutzung von schnellschaltenden SiC-Leistungshalbleitern zu einer besseren Energieeffizienz des Antriebssystems führt als ein konventioneller Umrichter mit IGBT-Transistoren. Durch die hohe Schaltfrequenz können die Filtergröße reduziert, die Umrichter-Baugröße kompakt gehalten sowie die umladungsbedingten Verluste in Motorleitung und Motor minimiert werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die technische Motorleitungslängen-Begrenzung durch geschirmte Leitungen von einigen 10 Metern aufgehoben ist, so dass in Zukunft sehr viele bisher ungesteuerte Antriebsanwendungen mit drehzahlgeregelten Antrieben gelöst werden können. Damit ergeben sich zusätzliche Energiesparpotentiale, die bisher nicht wirtschaftlich erschlossen werden konnten. Allerdings hat sich auch gezeigt, dass die hohe Schaltgeschwindigkeit der SiC-Leistungshalbleiter nicht einfach beherrschbar ist. Die elektrischen Felder, die von der Schaltzelle und den Sinusfiltern abgestrahlt bzw. als leitungsgebundene Störaussendung in die Motorleitung eingespeist werden, übertreffen die aktuellen EMV-Grenzwerte für ungeschirmte Motorleitungen. Aus dem gleichen Grund treten noch Zusatzverluste im Motor und seinen Zuleitungen auf, weshalb die gesetzten Effizienzziele nicht vollständig erreicht wurden. Diese Zusatzverluste lassen sich auch mit den normativ vorgegebenen Berechnungsmethoden nicht ermitteln. Weiterhin bestehen elektromagnetische Kopplungen der Filterelemente zwischen Ein- und Ausgang, so dass bisherige Entstörkonzepte auf der Netzseite nicht übertragbar sind.

Ideenumsetzung und Demonstration elektrischer Antriebs- und Leistungselektroniklösungen mit einer verbesserten Energie- und Ressourcen-Effizienz, Teilvorhaben: Hocheffizientes Antriebssystem

Das Projekt IDEALER nutzt Ergebnisse des Vorprojekts Ide3AL. In dem Vorprojekt wurde grundsätzlich gezeigt, dass ein Schaltschrank-Umrichter mit integriertem Sinusfilter unter Nutzung von schnellschaltenden SiC-Leistungshalbleitern zu einer besseren Energieeffizienz des Antriebssystems führt als ein konventioneller Umrichter mit IGBT-Transistoren. Durch die hohe Schaltfrequenz können die Filtergröße reduziert, die Umrichter-Baugröße kompakt gehalten sowie die umladungsbedingten Verluste in Motorleitung und Motor minimiert werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die technische Motorleitungslängen-Begrenzung durch geschirmte Leitungen von einigen 10 Metern aufgehoben ist, so dass in Zukunft sehr viele bisher ungesteuerte Antriebsanwendungen mit drehzahlgeregelten Antrieben gelöst werden können. Damit ergeben sich zusätzliche Energiesparpotentiale, die bisher nicht wirtschaftlich erschlossen werden konnten. Allerdings hat sich auch gezeigt, dass die hohe Schaltgeschwindigkeit der SiC-Leistungshalbleiter nicht einfach beherrschbar ist. Die elektrischen Felder, die von der Schaltzelle und den Sinusfiltern abgestrahlt bzw. als leitungsgebundene Störaussendung in die Motorleitung eingespeist werden, übertreffen die aktuellen EMV-Grenzwerte für ungeschirmte Motorleitungen. Aus dem gleichen Grund treten noch Zusatzverluste im Motor und seinen Zuleitungen auf, weshalb die gesetzten Effizienzziele nicht vollständig erreicht wurden. Diese Zusatzverluste lassen sich auch mit den normativ vorgegebenen Berechnungsmethoden nicht ermitteln. Weiterhin bestehen elektromagnetische Kopplungen der Filterelemente zwischen Ein- und Ausgang, so dass bisherige Entstörkonzepte auf der Netzseite nicht übertragbar sind.

Einfluss des Bioweinbaus auf die ökologische Nachhaltigkeit am Beispiel der Modellregion Rheingau

Ziel des hier beschriebenen Projektes ist die Quantifizierung des Beitrages des Bioweinbaus zur ökologischen Nachhaltigkeit in der Weinbauregion Rheingau. Hierfür wird in Kooperationen mit verschiedenen Praxispartnern analysiert, wie sich die Umweltwirkung des Weinbaus im Rahmen der Betriebsumstellung von integrierter auf ökologische Bewirtschaftung bezüglich Klima, Biodiversität, Gewässerschutz, Bodenfruchtbarkeit sowie Ressourceneffizienz auswirkt. Dadurch erhoffen sich die Antragsteller eine klare Charakterisierung der Stärken und Schwächen des Bioweinbaus im Rheingau in Bezug auf die ökologische Nachhaltigkeit.

Separation und Ansäuerung nach Fällung von Flüssigmist aus Rinderställen, Teilprojekt A

Ausgehend von den Erkenntnissen des SAFT-Projektes, welches durch die Ansäuerung von Flüssigmist mit Schwefelsäure die Ammoniak- und Methanemissionen deutlich mindert, wird ein Verfahren entwickelt, das auch für die Rinderhaltung geeignet ist. Das Verfahren soll dahingehend optimiert werden, dass der Säureverbrauch deutlich gesenkt wird, was die Kosten- und Ressourceneffizienz erhöht. Durch Einsatz von Calcium-Additiven wird der Carbonatpuffer, der für den Großteil des Säurebedarfs während der Ansäuerung verantwortlich ist, vorab eliminiert und ausgefällt. Eine Separierung des Flüssigmistes in eine flüssige und eine feste Phase reduziert den Säurebedarf zusätzlich und führt zu einer Nährstoffentfrachtung der flüssigen Phase. Unter diesen Umständen wird nach Alternativen zur Schwefelsäure gesucht. Dadurch wird das Verfahren auch im ökologischen Landbau einsetzbar, die Gefahr einer Schwefelüberdüngung nach der Flüssigmistausbringung entfällt, das Problem der Betonkorrosion in Flüssigmistkanälen und Lagerbehältern wird minimiert und die Methangasausbeute beim Einsatz des Flüssigmistes in Biogasanlagen erhöht. In Laborversuchen wird zunächst der Einsatz von Ca-Additiven und der Separation des Flüssigmistes zur Ausfällung des Carbonatpuffers untersucht. Schließlich wird an dem so vorbereiteten Flüssigmist der Säurebedarf bestimmt und der Einsatz von Alternativen zur Schwefelsäure untersucht. An dem so angesäuerten Flüssigmist wird das Biogasbildungspotential bestimmt. Die bereits etablierte Ansäuerungstechnik wird um ein Modul der Carbonatfällung und eine Separationseinheit erweitert. Die Anlage erhält für den praktischen Einsatz eine neu zu entwickelnde volumetrische Carbonatgehaltsbestimmung. Diese soll die anfällige und wartungsintensive pH-Wert-Messung mittels pH-Sonden ersetzen. Am Ende erfolgt eine ökonomische Bewertung der Ansäuerungstechnik unter Berücksichtigung der Methan- und Ammoniakemissionsminderung, des Biogaspotentials und einer Düngebilanzierung.

Separation und Ansäuerung nach Fällung von Flüssigmist aus Rinderställen

Ausgehend von den Erkenntnissen des SAFT-Projektes, welches durch die Ansäuerung von Flüssigmist mit Schwefelsäure die Ammoniak- und Methanemissionen deutlich mindert, wird ein Verfahren entwickelt, das auch für die Rinderhaltung geeignet ist. Das Verfahren soll dahingehend optimiert werden, dass der Säureverbrauch deutlich gesenkt wird, was die Kosten- und Ressourceneffizienz erhöht. Durch Einsatz von Calcium-Additiven wird der Carbonatpuffer, der für den Großteil des Säurebedarfs während der Ansäuerung verantwortlich ist, vorab eliminiert und ausgefällt. Eine Separierung des Flüssigmistes in eine flüssige und eine feste Phase reduziert den Säurebedarf zusätzlich und führt zu einer Nährstoffentfrachtung der flüssigen Phase. Unter diesen Umständen wird nach Alternativen zur Schwefelsäure gesucht. Dadurch wird das Verfahren auch im ökologischen Landbau einsetzbar, die Gefahr einer Schwefelüberdüngung nach der Flüssigmistausbringung entfällt, das Problem der Betonkorrosion in Flüssigmistkanälen und Lagerbehältern wird minimiert und die Methangasausbeute beim Einsatz des Flüssigmistes in Biogasanlagen erhöht. In Laborversuchen wird zunächst der Einsatz von Ca-Additiven und der Separation des Flüssigmistes zur Ausfällung des Carbonatpuffers untersucht. Schließlich wird an dem so vorbereiteten Flüssigmist der Säurebedarf bestimmt und der Einsatz von Alternativen zur Schwefelsäure untersucht. An dem so angesäuerten Flüssigmist wird das Biogasbildungspotential bestimmt. Die bereits etablierte Ansäuerungstechnik wird um ein Modul der Carbonatfällung und eine Separationseinheit erweitert. Die Anlage erhält für den praktischen Einsatz eine neu zu entwickelnde volumetrische Carbonatgehaltsbestimmung. Diese soll die anfällige und wartungsintensive pH-Wert-Messung mittels pH-Sonden ersetzen. Am Ende erfolgt eine ökonomische Bewertung der Ansäuerungstechnik unter Berücksichtigung der Methan- und Ammoniakemissionsminderung, des Biogaspotentials und einer Düngebilanzierung.

Separation und Ansäuerung nach Fällung von Flüssigmist aus Rinderställen, Teilprojekt C

Ausgehend von den Erkenntnissen des SAFT-Projektes, welches durch die Ansäuerung von Flüssigmist mit Schwefelsäure die Ammoniak- und Methanemissionen deutlich mindert, wird ein Verfahren entwickelt, das auch für die Rinderhaltung geeignet ist. Das Verfahren soll dahingehend optimiert werden, dass der Säureverbrauch deutlich gesenkt wird, was die Kosten- und Ressourceneffizienz erhöht. Durch Einsatz von Calcium-Additiven wird der Carbonatpuffer, der für den Großteil des Säurebedarfs während der Ansäuerung verantwortlich ist, vorab eliminiert und ausgefällt. Eine Separierung des Flüssigmistes in eine flüssige und eine feste Phase reduziert den Säurebedarf zusätzlich und führt zu einer Nährstoffentfrachtung der flüssigen Phase. Unter diesen Umständen wird nach Alternativen zur Schwefelsäure gesucht. Dadurch wird das Verfahren auch im ökologischen Landbau einsetzbar, die Gefahr einer Schwefelüberdüngung nach der Flüssigmistausbringung entfällt, das Problem der Betonkorrosion in Flüssigmistkanälen und Lagerbehältern wird minimiert und die Methangasausbeute beim Einsatz des Flüssigmistes in Biogasanlagen erhöht. In Laborversuchen wird zunächst der Einsatz von Ca-Additiven und der Separation des Flüssigmistes zur Ausfällung des Carbonatpuffers untersucht. Schließlich wird an dem so vorbereiteten Flüssigmist der Säurebedarf bestimmt und der Einsatz von Alternativen zur Schwefelsäure untersucht. An dem so angesäuerten Flüssigmist wird das Biogasbildungspotential bestimmt. Die bereits etablierte Ansäuerungstechnik wird um ein Modul der Carbonatfällung und eine Separationseinheit erweitert. Die Anlage erhält für den praktischen Einsatz eine neu zu entwickelnde volumetrische Carbonatgehaltsbestimmung. Diese soll die anfällige und wartungsintensive pH-Wert-Messung mittels pH-Sonden ersetzen. Am Ende erfolgt eine ökonomische Bewertung der Ansäuerungstechnik unter Berücksichtigung der Methan- und Ammoniakemissionsminderung, des Biogaspotentials und einer Düngebilanzierung.

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