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s/thermische-verwertung/Thermische Verwertung/gi

STARK Kompetenzzentrum Laub: Laub als regionaler Rohstoff für energetische und stoffliche Verwertung

Entwicklung, Erprobung und Demonstration einer mobilen Anlage zur energetischen Verwertung methanhaltiger Grubengase

ERA-NET Forest Value: Innovative Verbindungslösungen für Bauteile aus Hartlaubholz (hardwood_joint)

Zielsetzung: Die Ziele des Projektes hardwood-joint, welches die Forschung und Entwicklung von Verbindungslösungen für aus Hartlaubholz-Produkten zusammengesetzte Tragwerke bzw. Holzkonstruktionen zur Aufgabe hat, betreffen wissenschaftliche, wirtschaftliche, sozioökonomische und umweltspezifische Aspekte: Wissenschaftliche Ziele: Die wissenschaftlichen Ziele von hardwood-joint beinhalten im Wesentlichen einerseits die Entwicklung von innovativen Verbindungslösungen für Tragwerke aus Hartlaubholz-Produkten und andererseits die Herleitung und Verifizierung neuer sowie die Weiterentwicklung bestehender Modellansätze für die Bemessung dieser Verbindungslösungen. Weitere wissenschaftliche Ziele sind das Schaffen einer fundierten Grundlage für die Aufnahme dieser Modelle in die Bemessungsnormen sowie die Veröffentlichung der im Rahmen des Projektes gewonnenen Erkenntnisse in begutachteten Fachzeitschriften. Wirtschaftliche Ziele: Die wirtschaftlichen Ziele von hardwood-joint sind das Öffnen neuer, europäischer Märkte für KMUs im Holzbausektor sowie die Steigerung der Wertschöpfung von Hartlaubholzprodukten im Sinne der Vermeidung einer direkten, thermischen Verwertung. Sozioökonomische Ziele: Das übergeordnete, sozioökonomische Ziel von hardwood-joint ist die Steigerung des Absatzes von nachhaltig hergestellten Bauwerken aus Holz, u.a. in Form der Stadtverdichtung mittels Aufstockung bestehender Gebäude durch diese Lösungen des Leichtbaus. Umweltspezifische Ziele: Das umweltspezifische Ziel von hardwood-joint ist die Steigerung der nachhaltigen Nutzung der in Mitteleuropa stetig zunehmenden Hartlaubholzbestände für den Bausektor und damit einhergehend ein sukzessiver Austausch von Baustoffen aus nicht-nachwachsenden Rohstoffen durch solche, welche mit der nachwachsenden Ressource Holz hergestellt werden können. Bedeutung des Projekts für die Praxis: Weltweit wird vom geernteten Holz 52% direkt verbrannt und von den verbleibenden 48% werden 80% für den Baubereich genutzt. Dies beinhaltet die Konstruktion sowie den Innenausbau, wobei insbesondere der Konstruktion selbst ein hoher Anteil zuzusprechen ist. In Folge des hohen Stellenwertes der Verbindungstechnik im Ingenieurholzbau und der Notwendigkeit, in naher Zukunft Hartlaubholz in verstärktem Maße konstruktiv einzusetzen, sind bei erfolgreichem Abschluss leistungsfähige, zuverlässige und wirtschaftliche Lösungen zu erwarten. Die gegenwärtige Situation, dass Hartlaubhölzer für den konstruktiven Baubereich nur bedingt wirtschaftlich abgesetzt werden können, soll durch die erwartbaren Erfolge im Zuge des Projektes und dem Aufzeigen von Möglichkeiten einer Wirtschaftlichkeit im Anschlussbereich verbessert werden. Für die Forstwirtschaft führt dies zu einer positiven Preisentwicklung des Rohmaterials und für die Umwelt zu einer Zunahme von Bauwerken, hergestellt in umweltfreundlicher und nachhaltiger Bauweise mit einem nachwachsenden Rohstoff.

Öle und Fette

Pflanzliche Öle werden als energiereiche Reservestoffe in Speicherorgane von Pflanzen eingelagert. Sie sind chemisch gesehen Ester aus Glycerin und drei Fettsäuren. In Deutschland konzentriert sich der Ölsaatenanbau auf Raps, Sonnenblume und Lein. Im Freistaat Sachsen dominiert auf Grund der Standortbedingungen und vor allem der Wirtschaftlichkeit eindeutig der Raps. Der maximal mögliche Anbauumfang von Raps liegt aus anbautechnischer Sicht bei 25 % der Ackerfläche und ist noch nicht ausgeschöpft (Sachsen 2004: 17 %). Für den landwirtschaftlichen Anbau kommen eine Reihe weiterer ölliefernder Pflanzenarten oder spezieller Sorten in Betracht. Interessant sind sie aus der Sicht der Verwertung insbesondere, wenn sie hohe Gehalte einzelner spezieller Fettsäuren aufweisen. Bei der Verarbeitung können dann aufwändige Aufbereitungs- und Trennprozesse eingespart und die Synthesevorleistung der Natur optimal genutzt werden. Der Anbauumfang ist jedoch meist noch sehr gering. Beispiele sind Nachtkerze und Iberischer Drachenkopf, aber auch Erucaraps und ölsäurereiche Sonnenblumensorten. a) stoffliche Verwertung In der stofflichen Verwertung reichen die Einsatzfelder pflanzlicher Öle von biologisch schnell abbaubaren Schmierstoffen, Lacken und Farben, über Tenside, Kosmetika, Wachse bis zu Grundchemikalien, aber auch Bitumen. b) energetische Verwertung Desweiteren können Pflanzenöle in Fahrzeugen, stationären oder mobilen Anlagen energetisch verwertet werden. Für den breiten Einsatz ist derzeit vor allem Biodiesel geeignet. Dieser kommt als reiner Kraftstoff zum Einsatz, seit 2004 auch in Beimischung zu Dieselkraftstoff. Eine weitere Möglichkeit eröffnet sich durch die Verwendung von reinem Rapsöl.

Biomassebefeuertes Heizkraftwerk Warendorf

Holz, einschließlich Altholz, kommt eine wichtige Rolle als erneuerbarer Energieträger zu. Die energetische Nutzung von Biomasse kann wichtige Beiträge zur nachhaltigen Energieversorgung und zum Klimaschutz liefern. In Deutschland werden zur Zeit jährlich ca. 5 Mio. t Altholz ohne weitere stoffliche oder energetische Nutzung deponiert, rund 2 Mio. t werden exportiert. Es werden daher aus heutiger Sicht zusätzliche Kapazitäten zur energetischen Nutzung von Altholz benötigt. Hinzu kommt, dass nach Auslaufen der Übergangsregeln der TA Siedlungsabfall im Jahr 2005 die Deponierung von Altholz nicht mehr gestattet sein wird. Die Bio-Energiewerk Warendorf (BEW) GmbH & Co. KG beabsichtigt, regional anfallendes Aufkommen an unzerkleinertem Industrierestholz und Strauchschnitt in einem neu zu errichtenden 13 MW-Biomasse-Heizkraftwerk energetisch zu verwerten. Das emissionsseitig und energetisch optimierte Heizkraftwerk soll in einem Energieverbund mit dem ortsansässigen Industriebetrieb Warendorfer Hartsteinwerke, einer noch zu errichtenden Klärschlamm- und Strauchschnitttrocknungsanlage und der örtlichen, kommunalen Kläranlage betrieben werden. Das Biomasse-Heizkraftwerk wird die Warendorfer Hartsteinwerke mit Prozesswärme und Strom, die Kläranlage mit Strom und die Trocknungsanlage mit Niedertemperaturwärme versorgen. Überschussstrom wird in das öffentlich Stromnetz eingespeist. Zur Vermeidung von Geruchsemissionen wird die Abluft der Trocknungsanlage im Heizkraftwerk als vorgewärmte Verbrennungsluft genutzt. Der in der Trocknungsanlage behandelte Strauchschnitt wird im Heizkraftwerk als Brennstoff eingesetzt, der getrocknete Klärschlamm wird an das örtliche Klärwerk zurückgeführt und extern verbrannt. Durch die energetische Verwertung von jährlich 27.000 t Industrierestholz und 3.000 t Strauchschnitt in der geplanten, dezentralen Anlage zur gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung sollen ca. 88 Mio. kWh/a fossile Energieträger substituiert und pro Jahr ca. 40.000 t CO2-, 10 t Staub-, 213 t SO2-, 85 t NOx- und 33 t CO-Emissionen vermieden werden. Das Vorhaben wird einen wichtigen Beitrag zur Gestaltung einer nachhaltigen Energieversorgung auf Basis erneuerbarer Energien leisten. Zudem trägt das Projekt zur Verminderung von Treibhausgasemissionen bei. Dabei ist insbesondere auf den vorgesehenen Energieverbund im Sinne einer kooperativen Kraft-Wärme-Wirtschaft hinzuweisen. Das Vorhaben wird durch ein umfangreiches Messprogramm begleitet und somit Erkenntnisse liefern, wie Altholz in feuerungs- und emissionsseitig optimierten, dezentralen Holzheizkraftwerken zur Strom- und Wärmeerzeugung im Verbund mit anderen Anlage genutzt werden kann und mit welcher Wirtschaftlichkeit dies machbar ist.

Höhere Wertschöpfung von Betonschalungen durch internes Recycling zur Herstellung von Holzschäumen für Anwendungen bei der Betonfertigteilherstellung, Teilvorhaben 2: Einsatz in der Fertigteilherstellung und Wirtschaftlichkeit

Bei der Herstellung von Betonfertigbauteilen werden Schalungen, z.B. aus Brettschichthölzern verwendet. Diese Schalungen werden nach mehrmaligen Gebrauch kostenpflichtig entsorgt. Auf Grund von Beschichtungen besteht diese aus der thermischen Verwertung, eine höherwertige Nutzung ist bis heute nicht möglich. Zusätzlich zu den Schalungsbrettern werden bei der Herstellung der Fertigbauteile Styrolschäume (EPS) für Aussparungen in den Betonwänden eingesetzt, die ebenfalls nach einmaliger Verwendung kostenpflichtig entsorgt werden müssen. Am Fraunhofer WKI wurde ein Verfahren entwickelt, mittels denen sich Holz und andere Lignocellulosen gezielt zu Schaumstoffen verarbeiten können. Das Material kann hinsichtlich der mechanischen Stabilität, der Porenstruktur und der Dichte gezielt eingestellt werden und besteht vollständig aus Holz. Positive Eigenschaften des entwickelten Holzschaumes wie geringes Gewicht, geringe Wärmeleitfähigkeit, hohe Schallabsorption und gute mechanische Festigkeiten zeigen, dass vielfältige Einsatzmöglichkeiten, wie Dämmung oder Verpackung möglich sind. Durch den Herstellungsprozess ist der Holzschaum vollständig recyclebar und kann anschließend erneut zu Holzschäumen verarbeitet werden. Da auch Rest- und Altholz für die Herstellung von Holzschaum genutzt werden kann, bietet sich die Nutzung von Holzschaum in der Fertigbauteilherstellung an: Zum einen können die Schalungsbretter direkt verarbeitet und zum anderen kann der daraus gewonnene Holzschaum als Ersatz für EPS-Aussparungskörper genutzt werden. Die kostenintensive Entsorgung beider Materialien entfällt. Für eine Optimierung der Fertigung werden zunächst einzelne Prozessschritte betrachtet. Zusammen mit dem Projektpartner werden unterschiedliche Möglichkeiten der Faserherstellung aus den Schalungsbrettern, der Aufschäumung als auch der Nutzung als Aussparungskörper betrachtet. Die Wirtschaftlichkeit einer Pilotanlage im Unternehmen soll anhand der Prozessschritte konzipiert werden.

Höhere Wertschöpfung von Betonschalungen durch internes Recycling zur Herstellung von Holzschäumen für Anwendungen bei der Betonfertigteilherstellung, Teilvorhaben 1: Herstellung Holzschaum und EPS-Ersatz

Bei der Herstellung von Betonfertigbauteilen werden Schalungen, z.B. aus Brettschichthölzern verwendet. Diese Schalungen werden nach mehrmaligen Gebrauch kostenpflichtig entsorgt. Auf Grund von Beschichtungen besteht diese aus der thermischen Verwertung, eine höherwertige Nutzung ist bis heute nicht möglich. Zusätzlich zu den Schalungsbrettern werden bei der Herstellung der Fertigbauteile Styrolschäume (EPS) für Aussparungen in den Betonwänden eingesetzt, die ebenfalls nach einmaliger Verwendung kostenpflichtig entsorgt werden müssen. Am Fraunhofer WKI wurde ein Verfahren entwickelt, mittels denen sich Holz und andere Lignocellulosen gezielt zu Schaumstoffen verarbeiten können. Das Material kann hinsichtlich der mechanischen Stabilität, der Porenstruktur und der Dichte gezielt eingestellt werden und besteht vollständig aus Holz. Positive Eigenschaften des entwickelten Holzschaumes wie geringes Gewicht, geringe Wärmeleitfähigkeit, hohe Schallabsorption und gute mechanische Festigkeiten zeigen, dass vielfältige Einsatzmöglichkeiten, wie Dämmung oder Verpackung möglich sind. Durch den Herstellungsprozess ist der Holzschaum vollständig recyclebar und kann anschließend erneut zu Holzschäumen verarbeitet werden. Da auch Rest- und Altholz für die Herstellung von Holzschaum genutzt werden kann, bietet sich die Nutzung von Holzschaum in der Fertigbauteilherstellung an: Zum einen können die Schalungsbretter direkt verarbeitet und zum anderen kann der daraus gewonnene Holzschaum als Ersatz für EPS-Aussparungskörper genutzt werden. Die kostenintensive Entsorgung beider Materialien entfällt. Für eine Optimierung der Fertigung werden zunächst einzelne Prozessschritte betrachtet. Zusammen mit dem Projektpartner werden unterschiedliche Möglichkeiten der Faserherstellung aus den Schalungsbrettern, der Aufschäumung als auch der Nutzung als Aussparungskörper betrachtet. Die Wirtschaftlichkeit einer Pilotanlage im Unternehmen soll anhand der Prozessschritte konzipiert werden.

Höhere Wertschöpfung von Betonschalungen durch internes Recycling zur Herstellung von Holzschäumen für Anwendungen bei der Betonfertigteilherstellung

Bei der Herstellung von Betonfertigbauteilen werden Schalungen, z.B. aus Brettschichthölzern verwendet. Diese Schalungen werden nach mehrmaligen Gebrauch kostenpflichtig entsorgt. Auf Grund von Beschichtungen besteht diese aus der thermischen Verwertung, eine höherwertige Nutzung ist bis heute nicht möglich. Zusätzlich zu den Schalungsbrettern werden bei der Herstellung der Fertigbauteile Styrolschäume (EPS) für Aussparungen in den Betonwänden eingesetzt, die ebenfalls nach einmaliger Verwendung kostenpflichtig entsorgt werden müssen. Am Fraunhofer WKI wurde ein Verfahren entwickelt, mittels denen sich Holz und andere Lignocellulosen gezielt zu Schaumstoffen verarbeiten können. Das Material kann hinsichtlich der mechanischen Stabilität, der Porenstruktur und der Dichte gezielt eingestellt werden und besteht vollständig aus Holz. Positive Eigenschaften des entwickelten Holzschaumes wie geringes Gewicht, geringe Wärmeleitfähigkeit, hohe Schallabsorption und gute mechanische Festigkeiten zeigen, dass vielfältige Einsatzmöglichkeiten, wie Dämmung oder Verpackung möglich sind. Durch den Herstellungsprozess ist der Holzschaum vollständig recyclebar und kann anschließend erneut zu Holzschäumen verarbeitet werden. Da auch Rest- und Altholz für die Herstellung von Holzschaum genutzt werden kann, bietet sich die Nutzung von Holzschaum in der Fertigbauteilherstellung an: Zum einen können die Schalungsbretter direkt verarbeitet und zum anderen kann der daraus gewonnene Holzschaum als Ersatz für EPS-Aussparungskörper genutzt werden. Die kostenintensive Entsorgung beider Materialien entfällt. Für eine Optimierung der Fertigung werden zunächst einzelne Prozessschritte betrachtet. Zusammen mit dem Projektpartner werden unterschiedliche Möglichkeiten der Faserherstellung aus den Schalungsbrettern, der Aufschäumung als auch der Nutzung als Aussparungskörper betrachtet. Die Wirtschaftlichkeit einer Pilotanlage im Unternehmen soll anhand der Prozessschritte konzipiert werden.

Errichtung eines mit Altholz befeuerten Biomasse-Heizkraftwerks mit optimierter Wärmenutzung

Das Unternehmen wird in Dresden-Niedersedlitz ein mit Altholz befeuertes Biomasse-Heizkraftwerk errichten. Stündlich werden dort etwa 6 Tonnen Altholz aus dem städtischen Altholzaufkommen, den Altholzfraktionen des Sperrmüllaufkommens und dem örtlichen Bauabbruchholzes eingesetzt werden. Die Anlage ist so konzipiert, dass sie auf den Altholzanfall der Stadt Dresden zugeschnitten ist. Unnötige Transporte über größere Strecken unterbleiben. Die Energieerzeugung erfolgt in Kraft-Wärme-Kopplung. Der erzeugte Strom soll auf Basis des Erneuerbare-Energien-Gesetz ins Stromnetz des örtlichen Netzbetreibers eingespeist werden. Fernwärme wird für ein Industrie- und Gewerbegebiet und für das Stadtgebiet von Heidenau ausgekoppelt. Der Modellcharakter der Anlage besteht darin, dass die Errichtung des Biomasseheizkraftwerks und die Sanierung des bestehenden (Alt-)Wärmenetzes ein energetisches Gesamtkonzept darstellen. Dadurch soll der spezifische Energiebedarf für die Wärmebereitstellung um 35 Prozent gesenkt werden. Kraft-Wärme-Kopplung spielt bisher bei Altholzanlagen vergleichbarer Größenordnung außerhalb der Holzwerkstoffindustrie i.d.R. eine untergeordnete oder gar keine Rolle. Mit dem Vorhaben soll erstmals in Deutschland in einem Altholzheizkraftwerk eine Rostfeuerung mit einem Horizontalkessel errichtet werden. Die vorgesehene Bauart verspricht deutlich höhere Verfügbarkeit als bei herkömmlichen Anlagen mit vertikal aufgesetztem Kessel und höhere Nutzungsgrade. Eine ebenfalls erstmals für Holzfeuerung eingesetzte spezielle Bauart der Rostfeuerungstechnik ermöglicht es, Holzstücke mit einer Kantenlänge von bis zu 500 mm zu verwenden. Dies reduziert den energetischen Aufwand für die Zerkleinerung des eingesetzten Holzes sowie die Staub- und Lärmbelastung. Mittels aufwendiger Simulationsrechnungen konnten Feuerraumgeometrie sowie Luftdüsenanordnung optimiert und dadurch die Entstehung von Stickoxiden und Kohlenmonoxid reduziert werden. Durch die Nutzung von jährlich 47.000 Tonnen Altholz können 32.000 Tonnen CO2-Emissionen pro Jahr vermieden werden. Daher trägt das Vorhaben insbesondere zur Erreichung des im nationalen Klimaschutzprogramm der Bundesregierung formulierten CO2-Minderungsziels und des dort festgeschriebenen Verdopplungsziels für den Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung und am Energiemix bis 2010 bei. Darüber hinaus kann ein ansonsten anfallender Frischwasserbedarf von etwa 250.000 m3 und ein Abwasseranfall von etwa 150.000 m3 durch ein Luftkühlerkonzept eingespart werden. Der erforderliche Strombedarf wird durch die eingesetzte Technik minimal gehalten.

Entwicklung und Erprobung biogener Brennstoffe als Ersatz für Braunkohle in der Staubfeuerung, Teilvorhaben: Auswahl und Bewertung organsicher Reststoffe sowie analytische Begleitung Mahlung, Rauchgasreinigung und Verbrennung

Eine der größten Herausforderungen im Rahmen der Energiewende ist die CO2-neutrale Versorgung von Industrie und Gewerbe mit Prozesswärme und -kälte. Eine besondere strategische Relevanz gewinnt BioBrauS dadurch, dass nicht nur biogene Reststoffe, die einen überschüssigen und in der Regel unvermeidbaren Stoffstrom darstellen, einer weitergehenden energetischen Verwertung zugänglich gemacht werden, sondern auch der Verbrauch der fossilen Primärressource Braunkohle mit hohen CO2-Aussstoß reduziert wird. Ziel ist die Entwicklung eines Brennstoffes aus aufbereiteten organischen Reststoffen, wie Gärprodukten oder Geflügelmist, mit abgestimmter Verbrennungstechnologie auf Basis der Stabfeuerung zu verwerten. Hierfür soll das Verfahren des Impulsbrenners evaluiert und an die Verbrennung diese Stoffsysteme adaptiert werden. Mit der Auswahl und Bewertung von Gärresten und Geflügelmist als Brennstoff für die Staubfeuerung soll der Grundstein für den Ersatz von Braun- und Steinkohle gelegt werden. Im Fokus stehen deshalb die experimentelle Verfahrensevaluation und Optimierung von Verbrennungseigenschaften und Prozessparameter der Staubfeuerung für den Einsatz landwirtschaftlicher Reststoffe, wie Gärrest und Geflügelmist als Ersatz des bisherigen Energieträgers Braunkohle für Bestands- und Neuanlagen. Auch die biogenen Inputsubstrate sollen für den Einsatz in der Staubfeuerung angepasst (Mahlung, Siebung) und optimiert werden. Schwerpunkt ist die Reduktion von Schad- und Störstoffen sowie die Verbesserung der Brennstoffeigenschaften. Die Entwicklungen sollen dann im technischen Maßstab getestet und bewertet werden. Außerdem soll ein Gesamtkonzept zur technischen Umsetzung und Einsatz der Technologien erarbeitet werden, welches die Logistik der Energie- und Stoffströme sowie deren Verwertung für Bestands- und Neuanlagen beinhaltet. Abschließend wird eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und LCA mit Ökobilanzierung für den kommerziellen Maßstab durchgeführt.

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