Das Projekt "Modeling of two-phase flow processes in strongly heterogeneous porous media using multi-rate mass transfer approaches" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Strömungsmechanik und Umweltphysik im Bauwesen durchgeführt. Modelling of displacement of one fluid by another immiscible one and mass transfer between the phases is important for many geotechnical applications. An example is the injection of supercritical carbon dioxide into brine. To include the influence of heterogeneous structure that is not resolved by the numerical grid into modelling concepts is a challenge, in particular if parameter contrasts are high. In this proposal we want to derive up scaled model concepts for two-phase flow on large length scales, where we focus on the transition zone between displacing and displaced fluid (the mixing zone) during a displacement problem. The mixing zone is the critical zone, for example, for mass transfer of a dissolved component between the two phases. Based on the models that quantify the mixing zone we want in a second step to analyze the relation between mixing zone volume and interfacial area between the fluids. To derive such model concepts we want to apply multi-rate mass transfer modelling approaches that have been developed to describe solute transport in flow fields with mobile and stagnant flow zones in complexly structured and highly heterogeneous porous media. These approaches have been very successful for linear problems. We want to extend them to the non-linear problem two-phase flow problem.
Project results: Immiscible two phase ï ‚ow processes in highly heterogeneous porous media, such as fractured rock, are important in many geotechnical applications, such as CO2 sequestration or oil recovery. In fractured rock classical modelling approaches are computationally intensive due to the strong contrast in the model parameters. In this project we derived upscaled two phase ï ‚ow models on the macroscale, where the detailed fracture network is no longer described. In fractured rock the fractures are related to fast ï ‚ow processes. Slow exchange of ï ‚uid takes place between the fractures and the rock matrix. For the upscaled model the fractured rock is divided into two zones. The fractures with the fast ï ‚ow processes are the mobile zone and the rock matrix with the slow ï ‚ow processes are the immobile zone. The upscaled ï ‚ow model describes ï ‚ow processes in the mobile zone only. The exchange processes between mobile and immobile zone are modelled with an additional sink-source term. This term is expanded in a way that the model becomes a multi-rate mass-transfer model for two-phase ï ‚ow. With this modelling approach we derived two upscaled models on the macroscale. The ï rst model is for oil recovery from fractured rock. This is an imbibition process, where oil as the nonwetting phase is displaced by water as the wetting phase. The ï ‚ow in the fracture network is dominated by ï ‚ow enforced by boundary conditions and the ï ‚ow in the rock matrix is dominated by capillary counter-current ï ‚ow. The second model is for CO2 storage in deep fractured rock. (abridged text)
Das Projekt "Sub and supercritical water extraction of valuable products from algae" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik (440), Fachgebiet Konversionstechnologie und Systembewertung nachwachsender Rohstoffe (440f) durchgeführt. Microalgae is considered as a promising substitute resource for both energy and human health, as they contain high amount of carbohydrates, proteins and lipids, while not grabbing arable land. The main concept is a hydrothermal bio-refinery. First the valuable substance will be extracted followed by residue converted by hydrothermal liquefaction and the process water treated by aqueous phase reforming. As the last step reaction water with nutrients should be used for the production of algae. In the whole process the reaction medium is water.
Contents: Microalgae is a rich source of carbohydrates, proteins, minerals, vitamins, oils, fats and polyunsaturated fatty acids (FUFAs), which are important food supplements. Production of algal extracts involving toxic organic solvents or aggressive extraction that could deteriorate biologically active compounds. Water in high pressure and temperature condition has a lower dielectric constant, which means it can work as a polar solvent. Sub- and supercritical water (critical point 374?, 22.1MPa) is a feasible green solvent for algal extracts production.
Aims: By optimizing extraction conditions, the highest efficiency should be obtained while maintaining the functional properties of extracts. A selectivity of substance of different polarities will be reached by applying different temperatures and pressures around critical point.
Approach: Pretreatment of selected algae samples - mechanical, ultrasonic, chemical, enzymatically - Extraction process - temperature, pressure, flow rate, modifiers - kinetics of extraction - evaluation of bioactive properties of extracts - other mechanical factors affecting extraction efficiency.
Das Projekt "Charakterisierung und Abscheidung von Ölnebeln" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Technische Thermodynamik und Kältetechnik (ITTK) durchgeführt. Ölnebel sind Aerosole bestehend aus einem Trägergas und kondensierbaren Komponenten, die abhängig von ihrem thermodynamischen Zustand sowohl als feinste Tröpfchen, als auch dampfförmig vorliegen können. Die Charakterisierung und die Abscheidung von Ölnebeln kann durch eine Verschiebung der Stofffracht zwischen den Phasen erheblich erschwert werden. Am Beispiel von Kühlschmierstoffnebeln aus der Metallbearbeitung wurde ein neues Verfahren untersucht, das dem ambivalenten Charakter von Ölnebeln gerecht wird und die Prozessschritte Filtration und Absorption in einem Apparat kombiniert. Als Absorptionsmittel wurde gekühlter, schwerflüchtiger Kühlschmierstoff verwendet, mit dem eine Reduzierung der Dampfemission um ca. 15Prozent bis 25Prozent erreicht werden konnte. Ein neu entwickeltes hydrostatisches Flüssigkeitsdosiersystem für einen Aerosolgenerator gewährleistet eine zeitlich konstante Zusammensetzung des Ölnebels. Eine Abreicherung des Flüssigkeitsreservoirs an Leichtersiedern, wie sie in herkömmlichen Aerosolgeneratoren auftritt, wird dadurch vermieden. Kühlschmierstoffe auf Mineralölbasis sind typische Vertreter von Nichtgleichgewichtsaerosolen, da lange Verweilzeiten nötig sind, bis ein annähernd thermodynamisches Gleichgewicht zwischen der Tropfenphase und der Dampfphase erreicht wird. Es wurde das Simulationspro-gramm AerSolve entwickelt, mit dem das Aerosolverhalten bei Entstehung, Transport, Abscheidung, Probenahme und Messung von Nichtgleichgewichtsaerosolen berechnet werden kann. Durch ein neuartiges HTU-NTU-Konzept für Aerosole lässt sich eine einheitliche Dar-stellung der Simulationsergebnisse erreichen. Durch Experimente und durch Simulationsrechnungen mit AerSolve wurde gezeigt, dass sowohl die Messung von Fraktionsabscheidegradverläufen, als auch die Messung der Dampfabscheidegrade durch Verdunstungseffekte erheblich beeinflusst werden kann. AerSolve erlaubt die Festlegung geeigneter Betriebsbedingungen für den Einsatz einer Absorptionsstufe.
Das Projekt "Bentho-pelagischer Transport methanotropher Mikroorganismen über Gasblasen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Ostseeforschung durchgeführt. Gasblasenfreisetzende Seep-Gebiete sind äußerst bedeutende Methanquellen in aquatischen Systemen. Einen wesentlichen Beitrag zur Kontrolle der Methanemission in die Atmosphäre liefern methanotrophe Mikroorganismen, die sowohl im Sediment als auch in der Wassersäule in der Umgebung dieser Seeps angesiedelt sind. Im Vergleich zum Hintergrundwasser sind im Nahfeld dieser Seeps die Abundanz und die Aktivität dieser Organismen in der Wassersäule stark erhöht. Unsere Pilotstudie im DFG Projekt Transport Methan-oxidierender Mikroorganismen aus dem Sediment in die Wassersäule über Gasblasen (Bubble Shuttle) an einer Seep Lokation im Coal Oil Point Seep Gebiet (Kalifornien, USA) konnte erstmals zeigen, dass methanotrophe Bakterien über Gasblasen vom Sediment in die Wassersäule transportiert werden können. Das übergeordnete Ziel des hierauf aufbauenden Projektes besteht darin, die Bedeutung dieses Transportprozesses für den pelagischen Methanumsatz an diesen Seep-Gebieten einzuschätzen. Dafür sollen uns multidisziplinäre Studien an verschiedenen Seep Gebieten in Santa Barbara (Kalifornien, USA) und der Nordsee ermöglichen, die Umweltfaktoren zu diskutieren, die auf die Effizienz des bentho-pelagischen Gasblasentransports einwirken. Durch laborbasierte Inkubationsexperimente planen wir die Aktivität benthischer methanoxidierender Bakterien, die wir an verschiedenen Seep-Gebieten beprobt haben, in pelagischer Umgebung zu untersuchen. Zusammen mit molekularbiologischen Untersuchungen wollen wir zusätzlich Antworten auf die Frage erhalten, ob der Gasblasentransport einen bentho-pelagischen Austauschprozess darstellt, der einen Einfluss auf die Diversität der pelagischen methanotrophen Gemeinschaft im Umfeld von Seep-Gebieten nimmt. Durch Feldstudien an einer Blowout Lokation in der Nordsee und der Einbindung ozeanographischer Messungen und Modelle wollen wir letztlich ein Budget für pelagische methanotrophe Bakterien in der Umgebung eines Seeps erstellen, mit dessen Hilfe wir die Bedeutung des bentho-pelagischen Gasblasentransports auf die Abundanz methanotropher Bakterien und den pelagischen Methanumsatz abschätzen können.
Das Projekt "Industrial scale PET chemical recycling plant based on innovative glycolysis process (ChemPET)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Garbo SRL durchgeführt.