Das Projekt "Safety studies with nuclear fuels, 1988-1991" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von European Commission, Joint Research Centre (JRC). Institute for Transuranium Elements (ITU) durchgeführt. Objective: To study mechanisms and properties determining fuel and fission product behaviour during both, base and off-normal conditions. This activity involves unirradiated and irradiated 'classical' and 'improved' fuel samples of various composition and over a wide range of temperatures, up to very high burn-up, and makes use of appropriate computer models. The final aim of the activity is the improvement of the safety of fuel operation in a reactor. General Information: Progress to end 1990. The Laboratory continued its cooperation with the International Fission Gas Release Project Riso III (Dk) by incorporating the extensive experimental data resulting from the programme into the OFT data bank and evaluating them with existing TU fuel performance codes. - The OECD-coordinated activity for analysing fuel and fuel debris of the Three Mile Island (TMI) damaged reactor has been concluded. An apparatus for thermal diffusivity measurements on active specimens with the laser flash technique has been constructed. - Nitride fuels with a 'tailored' structure and heterogeneous fuels (U, Pu)O2 and UN) were fabricated for short-term irradiations in the HFR-reactor. Irradiations of fuels for future reactors to test their behaviour at the beginning of life (BOL) and at the end of life (EOL), NILOC (HFR) and NIMPHE (PHENIX), respectively, have been continued. Out-of-pile tests were performed to study changes in structure and composition of mixed nitride fuel pins in an axial temperature gradient. - Measurements of the heat capacity of UO2 up to 8000K were concluded and the results are being analysed. Radiative properties of oxides (thoria, urania, zirconia) were measured in the solid and the liquid range. A model for the total emissivity of urania was developed. - The code MITRA has been adapted to perform source term calculations. A computer code for the calculation of the thermo chemical equilibrium of fission products was written and a database for fission product compounds has been implemented with interface to the SOLGASMIX/MITRA codes. A shielded Knudsen cell for irradiated UO2 fuel has been assembled. - Work in 1990 on the safety of nuclear fuels has resulted in 33 (status September '90) contributions to conferences, articles in scientific journals, reports and chapters in books; two patents were granted. Detailed description of work foreseen in 1991 (expected results). Riso III results will undergo final evaluation and fuel work will concentrate on MOX fuel and on the structural and chemical changes at local burn-ups of up to 15 per cent . Laboratory work will principally deal with SIMFUEL with 6 and 8 per cent burn-up. Modelling work will continue. Annealing tests will be performed under oxidizing and reducing atmosphere on U02 samples irradiated up to 55 GWd/t, in order to determine fission gas release as a function of O/M . A remotely controlled thermal diffusivity apparatus will be mounted in a hot cell. BOL and EOL irradiations NILOC and ...
Das Projekt "Teilprojekt 2: Oxidische Schichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Euromat GmbH durchgeführt. Ziel der Arbeiten der EUROMAT GmbH innerhalb des Teilprojektes ist es, unter Einsatz der Hochfrequenz- und DV-Sputtertechnoloige, oxidische Schichtsysteme und hier insbesondere Multilayerschichten zu entwickeln und auf ihre Eignung als Trockenschmierstoffschicht hin zu untersuchen. Als Beschichtungsanlage steht eine produktionstaugliche Anlage CC800-RF zur Verfuegung. Als Ausgangspunkt der Entwicklung dient ein Schichtsystem auf der Basis TiAlN und Al2O3. Das Schichtsystem TiAlN/Al2O3 soll in einem ersten Schritt durch die Modifikation von Lagezahlen und den Einbau weicher Zwischenschichten hinsichtlich seiner Eigenschaften fuer die Trockenbearbeitung untersucht und angepasst werden. Zweiter Ansatz ist die Basis ZrO2 bzw. ZrO2+A12O3. ZrO2 zeigt bei hoher Bruchzaehigkeit und Verschleissfestigkeit mit gleichzeitig geringem Reibungskoeffizienten gegenueber Stahl gute Ergebnisse.
Das Projekt "Teilprojekt: ZrO2 für die Medizintechnik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BCE Special Ceramics GmbH durchgeführt. Mit dem Projekt ENITEC soll eine deutliche Energieeinsparung (größer 40 Prozent) bei der Herstellung von technischen Keramiken erreicht werden. Im Mittelpunkt steht der energieaufwändigste Herstellungsschritt: die Wärmebehandlung. Das mögliche Energieeinsparpotential soll durch die Entwicklung neuer innovativer Ofenkonzepte mit Hilfe von In-Situ-Meßmethoden und Simulationstechniken realisiert werden. Das Teilziel der BCE Special Ceramics GmbH zur Resourcenschonung bzw. Einsparung beruht auf der Idee, einen ernergieaufwändigen Teilschritt entweder zu eliminieren oder spürbar zu minieren, nämlich die schleifende Nachbearbeitung an keramischen Bauteilen. Durch das gesteigerte Verständnis aller Vorprozesse wie Pressen, Bearbeiten des Pulvers mittels CNC Maschinen, Entbindern, Sintern und Ofeneinfluß kann die Präzision kleiner Bauteile wie z. B. für die Medizintechnik merklich gesteigert werden. Das minimiert die notwendige Schleifarbeit im Idealfalle auf Null. Dazu sollen durch Probekörper, Vermessungen derselben, Simulationen und Abgleich der Modelle mit den gemessenen Körpern oder Bauteilen die Einflußgrößen und Ihre Wirkung auf den Verzug der Bauteile verstanden werden. Durch entsprechende CNC Umsetzung, neue Sinterkurven, optimierte Öfen kann dann dem Verzug durch die Einflußfaktoren so begegnet werden, so dass die Präzision von heute ca. 50 my m auf etwa 15 my m verbessert werden kann.
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von CULTEX Laboratories GmbH durchgeführt. Ziel dieses Vorhabens ist die Reduktion von Tierversuchen im Bereich der akuten Inhalationstoxikologie mittels einer standardisierten in vitro Direktexpositionsmethode zur Untersuchung partikelhaltiger Atmosphären. Bestimmung des zytotoxischen und inflammatorischen Potentials der Teststäube. Die Daten werden zur Beurteilung der Intra- & Inter-Laboratoriumsvariabilität herangezogen und müssen Aufschluss über deren Reproduzierbarkeit, Robustheit und Stabilität geben sowie die Grundlage für die Prävalidierung der Methode liefern. Die Daten fließen in ein Prädiktionsmodell ein, das Aufschluss über die In-vitro-/In-vivo-Korrelation gibt. Zu Projektbeginn werden die experimentellen Voraussetzungen geschaffen, um die prüfungsspezifischen Anforderungen an das In-vitro-System zu realisieren. Gleichzeitig werden Methoden etabliert, die zur Exposition der kultivierten Zellen, der Charakterisierung der Expositionsatmosphäre sowie der Bestimmung der biologischen Endpunkte notwendig sind. Dann werden Expositionen mit ausgewählten Partikeln (DQ12, TiO2-P25, CB14, ZnO, BaSO4, ALOOH I, CeO2, ZrO2, CuO nano und CuO micro) in den 3 Expositionslaboratorien durchgeführt. Die Auswahl der Stoffe richtet sich nach deren Toxizität, Verfügbarkeit, dem Handling und ihrem Status als Referenzsubstanzen für inhalationstoxikologische Untersuchungen. Abschließend erfolgt anhand der ermittelten Datenlage eine Bewertung der In-vitro-Methode (Prävalidierung) und die Erstellung eines Prädiktionsmodells. Im Bereich der Industriechemikalien, aber auch bei Verbraucherprodukten und Umweltstoffen besteht ein erhebliches Interesse an einfachen, aber dennoch aussagekräftigen JPrüfmethoden zur Beurteilung des zytotoxischen Potentialsluftgetragener Substanzen (Partikeln). Hier bieten sich In-vitro-Methoden mit Zellen des Respirationstraktes vom Menschen an, die aufgrund neuer innovativer Expositionstechniken direkt mit den Stoffen im Kontakt gebracht werden und analog zur In-vivo-Situation ihre biologischen Wirkung entfalten können. Unter der Voraussetzung einer positiven Prävalidierung mit sich anschließender Validierungsphase, kann ein solches Verfahren in andere Laboratorien transferiert und der Industie zur Erhebung toxikologisch anerkannter Ergebnisse angeboten werden.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Institut für Pathologie durchgeführt. Ziel dieses Vorhabens ist die Reduktion von Tierversuchen im Bereich der akuten Inhalationstoxikologie durch Einsatz einer standardisierten in vitro Direktexpositionsmethode zur Untersuchung partikelhaltiger Atmosphären und Bestimmung des zytotoxischen und inflammatorischen Potentials der betreffenden Teststäube. Die Daten werden zur Beurteilung der Intra- und Inter-Laboratoriumsvariabilität herangezogen und müssen sowohl Aufschluss über deren Reproduzierbarkeit, Robustheit und Stabilität geben, als auch die Grundlage für die Prävalidierung der Methode liefern. Zu Projektbeginn werden die experimentellen Voraussetzungen geschaffen, um die unter den prüfungsspezifischen Bedingungen notwendigen Anforderungen an das In-vitro-System zu realisieren. Gleichzeitig werden Methoden etabliert und evaluiert, die zur Exposition der kultivierten Zellen mit Partikeln, der Charakterisierung der Expositionsatmosphäre sowie der Bestimmung der biologischen Endpunkte notwendig sind. Im nächsten Schritt werden Expositionen mit ausgewählten Partikeln (DQ12, TiO2-P25, CB14, ZnO, BaSO4, ALOOH I, CeO2, ZrO2, CuO nano und CuO micro) in den 3 Expositionslaboratorien durchgeführt. Die Auswahl der Stoffe richtet sich nach deren Toxizität, Verfügbarkeit, dem Handling und ihrem Status als Referenzsubstanzen für inhalationstoxikologische Untersuchungen. Abschließend erfolgt anhand der ermittelten Datenlage eine Bewertung der In-vitro-Methode (Prävalidierung) und die Erstellung eines Prädiktionsmodells.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Entwicklung von Sol-Gel-Systemen zur Herstellung keramischer Membranen fuer die Nanofiltration" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Keramische Werkstoffe durchgeführt. Keramische Membranen zeichnen sich gegenueber anderen Membranwerkstoffen durch eine hoehere thermische, chemische und mechanische Stabilitaet aus. Dies ermoeglicht die Anwendung der Filtertechnik auch unter extremen Bedingungen. Innerhalb dieses Vorhabens sollen erstmalig Nanofiltrationsmembranen (NF) aus ZrO2 und TiO2 mit Poren kleiner 5 nm erzeugt werden. Die Herstellung der keramischen Membranen erfolgt durch die schrittweise Abscheidung von immer feinporigeren Schichten auf einem keramischen, hochporoesen Traeger der Fa. PoroCer GmbH. Die eigentliche NF-Schicht soll duch eine Sol-Gel-Technik abgeschieden und durch Trocknung und Sinterung verfestigt werden. Da eine Erzeugung von festen Solpartikeln mit einem Durchmesser von 10 nm nicht moeglich erscheint, ist der Bereich der kolloidalen Sole zu verlassen und ein neuartiges Sol-Gel-System zu entwickeln. Ausgehend von einem metallionenhaltigen Alkoholat soll versucht werden: - Die Metallionen mit organischen Additiven zu komplexieren - Das Alkoholat nur teilweise zu hydratisieren und anschliessend zu polymerisieren. Der Verfahrensweg zur Herstellung von NF-Membranen im Labormassstab ist durch das Hermsdorfer Institut fuer Technische Keramik e.V. auf industriell anwendbare Dimensionen zu uebertragen.
Das Projekt "Entwicklung einer verkokungsresistenten und oxidationsstabilen Anode für die oxidkeramische Brennstoffzelle (SOFC)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Hintergrund: Brennstoffzellen sind Energiewandler, die sich derzeit in der Markteinführung befinden. Zu den wichtigsten Anwendungen zählen die Stromversorgung für mobile, portable und stationäre Anwendungen. Brennstoffzellen zeichnen sich durch einen hohen elektrischen Wirkungsgrad, geringe Emissionen und einen flexiblen bzw. modularen Aufbau aus. Als Nachteile sind die hohen Kosten und die noch unzureichende Lebensdauer zu nennen. Weltweit werden erhebliche Anstrengungen unternommen, um Brennstoffzellensysteme zu optimieren. Motivation / Strategie: Vor dem Hintergrund der angestrebten stärkeren Nutzung regenerativer Energiequellen für die Stromerzeugung kommt der energieeffizienten Gewinnung von elektrischem Strom aus Biogas auch im kleinen Leistungsbereich daher eine große Bedeutung zu. Im Gegensatz zu Wind- und Solarenergie steht Biogas rund um die Uhr zur Verfügung, wenn auch mit saisonalen Schwankungen. Brennstoffzellen erreichen höhere Wirkungsgrade als Gasmotoren, vor allem bei kleiner Leistung, da sie anders als thermodynamische Kreisprozesse keiner Beschränkung durch den Carnot-Wirkungsgrad unterliegen. Die oxidkeramische Brennstoffzelle (SOFC) eignet sich besonders für die Nutzung von Erdgas und Biogas als Brennstoff: zum einen, da sie die höchsten elektrischen Wirkungsgrade verspricht, etwa 45-60%, und zum anderen, weil sie prinzipiell auch Kohlenwasserstoffe direkt umsetzen kann und CO2 toleriert. Stand der Technik: SOFCs heutiger Bauart sind in der Regel mit einer keramisch-metallischen Anode (Cermet) ausgestattet, die Ni als Elektronen leitende, metallische Komponente und Yttriumstabilisiertes Zirkondioxid (YSZ) als Ionen leitende, keramische Komponente enthält. In kohlenstoffhaltiger Atmosphäre ist Ni allerdings sehr anfällig gegenüber Verkokung. Eine Minderung der Verkokung wurde durch Zusatz von Elementen der Gruppe IV (z. B. Sn und Pb) und Gruppe V (z.B. Sb und Bi) an Ni beobachtet (I. Ul-Haque and D.L. Trimm, Catalyst for steam reforming of hydrocarbons, DK/09.08.09/DK 1898/90 (1991). Padeste et al. (C. Padeste, D. L. Trimm, Characterization of Sn doped Ni/Al2O3 steam reforming catalysts by XPS, Catalysis. Letters 17, (1993), 333-339) untersuchten die Aktivität vom Sn-dotierten Ni/Al2O3-Katalysator für Biogas und stellten fest, dass kleine Beimengen an Sn (kleiner als 1%) eine selektive Vergiftung der Kohlenstoffbildung bewirken. Als mögliche Ursache für die Inhibierung der Verkokung wurde eine geringere Löslichkeit des Kohlenstoffs in das mit Sn modifizierte Ni-Material postuliert. Durch intensive Untersuchungen der mechanistischen Ursachen von 'metal dusting' am DECHEMA Forschungsinstitut (DFI) wird auch die Änderung der Gitterparameter von Nickel durch die Legierung mit Zinn als inhibierender Faktor angenommen (D. J. Young, J. Zhang, C. Geers, M. Schütze,Materials and Corrosion 62 (2011) 7-28).
Das Projekt "Optimierte Erzeugung von hochkonzentrierten Partikel-Dispersionen aus keramischen Nanokristallen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Justus-Liebig-Universität Gießen, Physikalisch-Chemisches Institut durchgeführt. Ausgangspunkt der Forschung war die nasschemische Herstellung (Abwandlung des Sol-Gel-Verfahrens) von Titanoxid und auch Zinkoxid als amorphe oder kristalline Metalloxid-Nanopartikel und deren optionale Weiterverarbeitung in konzentrierten Dispersionen unter Einsparung von Lösungsmitteln. Die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Smarsly konnte dabei in den vergangenen Jahren u.a. bemerkenswerte Fortschritte hinsichtlich der Mikrowellensynthese von Zirkoniumdioxid-Teilchen erreichen und die Ausbeuten erheblich steigern, so dass Produktionsmengen bis in den Kilogramm-Bereich / die Produktion im kg-Bereich im Labor möglich geworden ist (sind). An sich ist die Synthese auch noch weiterhin bis zu einem industriellen Level hochskalierbar, so dass die Produktion nicht nur im kg-Bereich, sondern zukünftig auch im Tonnen-Maßstab ermöglicht wird. Wesentliche Ziele sind die Nutzbarmachung des Mikrowellen-gestützten ZrO2-Syntheseverfahrens für weitere Partikel und Erzeugung von Nanokeramikschutzschichten auf unterschiedlichen Oberflächen. Weiterhin wird die Entwicklung eines Konzepts für das Recycling nicht verbrauchter Lösungsmittel nach einer Mikrowellensynthese fokussiert. Das Gesamtprojekt ist auf eine Laufzeit von 12 Monaten ausgelegt und gliedert sich in die folgenden zwei Projektabschnitte, welche jeweils die Hälfte der Projektdauer einnehmen werden: 1. Übertragung des Mikrowellen-gestützten ZrO2-Syntheseverfahrens auf ATO, GeO2, TiO2, YSZ 2. Herstellung hochreiner, kristalliner (ultra-)dünner Nanokeramikschutzschichten auf Basis von ZrO2/YSZ-Dispersionen auf verschiedenen Model-Substraten wie Aluminium, Messing, Stahl, Kunststoff (PC, PE, PP usw.).
Das Projekt "Teilvorhaben 9" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Fritz-Haber-Institut, Abteilung Anorganische Chemie durchgeführt. Ziel der Aktivitäten in AP 3 ist die Entwicklung und wissensbasierte Optimierung eines hochaktiven und langzeitstabilen Katalysatorsystems. Die Katalysatorproben für Dry Reforming und für RWGS werden umfassend bezüglich ihrer Mikrostruktur und ihrer Zusammensetzung u.a. mittels hochauflösender Elektronenmikroskopie und (in situ-) Röntgenphotoemissionsspektroskopie am FHI untersucht. Dies bezieht sich auf Proben in den verschieden Stadien der Präparation sowie auf den arbeitenden Katalysator im frischen und desaktiverten Zustand (in-situ-XPS und Abbruchexperimente, RUB). Die erhaltenen Ergebnisse werden genutzt, um die Grenzflächenwechselwirkungen der Multikomponenten-Katalysatoren und die Mechanismen der Desaktivierung besser zu verstehen. Eine Verknüpfung mit den Syntheseparametern wird zur iterativen Optimierung von Aktivität und Stabilität ausgewählter Katalysatorsysteme beitragen. In diesem Arbeitspaket soll für die Entwicklung eines RWGS-Katalysators in einem systematischen Ansatz verschiedene Kombination von 'reduzierbaren' Oxiden (ZnO, ZrO2, CeO2, Fe3O4, ...) und Metallen der Gruppen 8-10 durch Co-Fällung und kontrollierte thermische Behandlung präpariert und untersucht werden. Auf Basis von Trends in den katalytischen Eigenschaften (RUB) werden vielversprechende Systeme ausgewählt und anhand der Ergebnisse aus mikrostruktureller (FHI) und in-situ spektroskopischer (LIKAT) Charakterisierung iterativ optimiert.
Das Projekt "Herstellung von poroesen keramischen Schichten fuer die Ultrafiltration aus Oxiden und Nichtoxiden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Keramische Werkstoffe durchgeführt. Ueber ein besonderes Verfahren, den Sol-Gel-Prozess, werden Ultrafiltrationsmembranen mit Poren groesser 5 nm hergestellt. Es gelang, im Labormassstab derartige Membranen aus den thermisch und chemisch besonders stabilen keramischen Systemen ZrO2, TiO2 und TiN zu entwickeln. Tests mit den neuartigen keramischen Filtern ergaben, dass das Separieren von Dextranmolekuelen mit einer Molmasse von 110.000 g/mol aus Wasser moeglich ist.
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