Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, School of Engineering and Design, Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik durchgeführt. Landwirtschaftliche Abfallströme, die reich am pflanzlichen Zellwandbaustein Pektin sind, sind der Rohstoff für die geplante mikrobielle Biokonversion. Insbesondere Reste aus der Obst- und Gemüseverarbeitung, wie z.B. Apfeltreber und Zuckerrübenschnitzel, eignen sich dafür. Der darin enthaltene Hauptzuckerbestandteil, die D-Galakturonsäure, soll in einem zweistufigen Prozess mit Hilfe optimierter Pilzstämme erst herausgelöst, und dann gezielt zu vielseitig einsetzbaren Plattformchemikalien - sog. Polyhydroxysäuren - funktionalisiert werden. Diese ähneln in ihrer Struktur derzeit konventionell hergestellten Säuerungsmitteln, Stabilisatoren und Backtriebmitteln der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie, versprechen aber neue, funktionelle Eigenschaften zu besitzen und haben durch die nachhaltige Produktionsweise aus nachwachsenden Rohstoffen einen ökologischen Mehrwert. Für die erfolgreiche Umsetzung der Projektidee arbeiten drei universitäre Gruppen mit assoziierten industriellen Partnern zusammen und bündeln ihre Expertisen. Im ersten Schritt sollen die Pektin-abbauenden Enzyme zur Verflüssigung der Biomasse mit Aspergillus niger hergestellt werden, dessen Produktionseffizienz mithilfe gezielter gentechnologischer Modifikation (Crispr/Cas9) optimiert werden soll. Unterstützt wird dies durch Omics-Technologien, um die entsprechenden regulatorischen Netzwerke besser zu verstehen. Die freiwerdenden Zucker sollen dann in einem zweiten Schritt in modifizierten Hefestämmen zu den Zielmolekülen umgebaut werden. Hierzu ist eine innovative Co-Fermentation von Zuckern und Zuckeralkoholen geplant, um eine ausgeglichene Redoxchemie des Stoffwechsels gewährleisten zu können. Diese Stammentwicklungen sind in die Verfahrensentwicklung integriert. Ziel ist der modellgestützte Aufbau einer verfahrenstechnischen Prozesskette von den optimierten biokatalytischen Prozessschritten bis zur Produktaufarbeitung, um die grundlegenden Daten für industrielle Umsetzungen bereit stellen zu können.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Frankfurt am Main, Institut für Molekulare Biowissenschaften durchgeführt. Landwirtschaftliche Abfallströme, die reich am pflanzlichen Zellwandbaustein Pektin sind, sind der Rohstoff für die geplante mikrobielle Biokonversion. Insbesondere Reste aus der Obst- und Gemüseverarbeitung, wie z.B. Apfeltreber und Zuckerrübenschnitzel, eignen sich dafür. Der darin enthaltene Hauptzuckerbestandteil, die D-Galakturonsäure, soll in einem zweistufigen Prozess mit Hilfe optimierter Pilzstämme erst herausgelöst, und dann gezielt zu vielseitig einsetzbaren Plattformchemikalien - sog. Polyhydroxysäuren - funktionalisiert werden. Diese ähneln in ihrer Struktur derzeit konventionell hergestellten Säuerungsmitteln, Stabilisatoren und Backtriebmitteln der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie, versprechen aber neue, funktionelle Eigenschaften zu besitzen und haben durch die nachhaltige Produktionsweise aus nachwachsenden Rohstoffen einen ökologischen Mehrwert. Für die erfolgreiche Umsetzung der Projektidee arbeiten drei universitäre Gruppen mit assoziierten industriellen Partnern zusammen und bündeln ihre Expertisen. Im ersten Schritt sollen die Pektin-abbauenden Enzyme zur Verflüssigung der Biomasse mit Aspergillus niger hergestellt werden, dessen Produktionseffizienz mithilfe gezielter gentechnologischer Modifikation (Crispr/Cas9) optimiert werden soll. Unterstützt wird dies durch Omics-Technologien, um die entsprechenden regulatorischen Netzwerke besser zu verstehen. Die freiwerdenden Zucker sollen dann in einem zweiten Schritt in modifizierten Hefestämmen zu den Zielmolekülen umgebaut werden. Hierzu ist eine innovative Co-Fermentation von Zuckern und Zuckeralkoholen geplant, um eine ausgeglichene Redoxchemie des Stoffwechsels gewährleisten zu können. Diese Stammentwicklungen sind in die Verfahrensentwicklung integriert. Ziel ist der modellgestützte Aufbau einer verfahrenstechnischen Prozesskette von den optimierten biokatalytischen Prozessschritten bis zur Produktaufarbeitung, um die grundlegenden Daten für industrielle Umsetzungen bereit stellen zu können.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung, Umwelt - Holzforschung München, Professur für Holz- und Bioprozesse durchgeführt. Landwirtschaftliche Abfallströme, die reich am pflanzlichen Zellwandbaustein Pektin sind, sind der Rohstoff für die geplante mikrobielle Biokonversion. Insbesondere Reste aus der Obst- und Gemüseverarbeitung, wie z.B. Apfeltreber und Zuckerrübenschnitzel, eignen sich dafür. Der darin enthaltene Hauptzuckerbestandteil, die D-Galakturonsäure, soll in einem zweistufigen Prozess mit Hilfe optimierter Pilzstämme erst herausgelöst, und dann gezielt zu vielseitig einsetzbaren Plattformchemikalien - sog. Polyhydroxysäuren - funktionalisiert werden. Diese ähneln in ihrer Struktur derzeit konventionell hergestellten Säuerungsmitteln, Stabilisatoren und Backtriebmitteln der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie, versprechen aber neue, funktionelle Eigenschaften zu besitzen und haben durch die nachhaltige Produktionsweise aus nachwachsenden Rohstoffen einen ökologischen Mehrwert. Für die erfolgreiche Umsetzung der Projektidee arbeiten drei universitäre Gruppen mit assoziierten industriellen Partnern zusammen und bündeln ihre Expertisen. Im ersten Schritt sollen die Pektin-abbauenden Enzyme zur Verflüssigung der Biomasse mit Aspergillus niger hergestellt werden, dessen Produktionseffizienz mithilfe gezielter gentechnologischer Modifikation (Crispr/Cas9) optimiert werden soll. Unterstützt wird dies durch Omics-Technologien, um die entsprechenden regulatorischen Netzwerke besser zu verstehen. Die freiwerdenden Zucker sollen dann in einem zweiten Schritt in modifizierten Hefestämmen zu den Zielmolekülen umgebaut werden. Hierzu ist eine innovative Co-Fermentation von Zuckern und Zuckeralkoholen geplant, um eine ausgeglichene Redoxchemie des Stoffwechsels gewährleisten zu können. Diese Stammentwicklungen sind in die Verfahrensentwicklung integriert. Ziel ist der modellgestützte Aufbau einer verfahrenstechnischen Prozesskette von den optimierten biokatalytischen Prozessschritten bis zur Produktaufarbeitung, um die grundlegenden Daten für industrielle Umsetzungen bereit stellen zu können.
Das Projekt "Teilprojekt: Materialentwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Sasol Germany GmbH durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung thermischer Energiespeicher auf der Basis von Latentspeichermaterialien (auch engl. Phase Change Material, PCM) für den Einsatz im Temperaturbereich von 100 °C bis etwa 200 °C. In diesem Temperaturbereich stehen derzeit nur sehr wenige PCMs zur Verfügung, so dass ihre Anwendung stark beschränkt ist. Als PCM sollen organische PCM in Form von Zuckeralkoholen, langkettigen Paraffinen und Alkoholen, Amiden sowie Polymeren mit Schmelztemperaturen zwischen 100 und 200 °C entwickelt und eingesetzt werden. Zur Wärmespeicherung mit diesen PCMs wird ein neues Wärmeübertragerkonzept basierend auf durchströmbaren Platten entwickelt. Das Projekt gliedert sich in 4 Arbeitspakete: I) Projektmanagement, II) Entwicklung Latentspeichermaterialien, II) Auslegung, Simulation, Zielkostenanalyse und IV) Wärmeübertrager, Konzepte, Konstruktion und Tests. In AP II werden neue PCM synthetisiert, modifiziert und/oder mittels Additiven ihre thermischen Eigenschaften verbessert, um sie als Speichermaterial nutzbar zu machen. In AP III) werden Anlagen aus dem solaren und dem konventionellen Prozesswärmebereich auf ihre Eignung für die Nutzung von PCM analysiert. Simulationsmodelle des Wärmeübertagers und des Speichers werden erstellt und mit Messdaten aus AP IV validiert. Mittels Simulationen wird die Anordnung der Platten und die hydraulische Verschaltung thermisch optimiert. Systemsimulationen dienen zur Entwicklung eines geeigneten Betriebskonzeptes für den Einsatz des PCM-Speichers in ausgewählten Prozesswärmeanlagen. Im AP IV wird das neue Wärmeübertragerkonzept auf Basis der durchströmbaren Platten für die Be- und Entladung von PCM im Speichertank entwickelt. Hierzu werden Speicher und Wärmeübertrager im Labormaßstab aufgebaut und verschiedene Anordnungen der Platten und unterschiedliche hydraulische Verschaltungen experimentell untersucht. Im Anschluss wird ein Demonstrationsspeicher konstruiert, gebaut und an einem Speicherprüfstand charakterisiert.
Das Projekt "Teilprojekt: PCM-Charakterisierung und Wärmeübertragerentwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Ziel des Projekts ist die Entwicklung thermischer Energiespeicher auf Basis von Latentmaterialien bzw. Phasenwechselmaterialien (engl. Phase Change Material, PCM) für Prozesswärmesysteme. PCM speichern hohe Energiemengen im Phasenwechsel fest-flüssig bei nahezu konstanter Temperatur. Dies bietet Vorteile, wenn über mehrere Stunden eine geringe Temperaturdifferenz zwichen Be- und Entladung des Speichers gefordert wird. Über 100 °C können diese Speicher im Vergleich zu Wasserspeichern drucklos betrieben werden. Da es im Temperaturbereich zwischen 100 und 220 °C nur eine begrenzte Auswahl an PCM gibt, werden im Projekt neue PCM für diesen Bereich entwickelt. Zur Be- und Entladung dieser PCM mit hoher Leistung wird ein neues Wärmeübertragerkozept entwickelt. Zur Definition von Speicheranforderungen werden Anlagen aus dem solaren und konventionellen Prozesswärmebereich auf ihre Eignung für die Nutzung von PCM analysiert. Systemsimulationen dienen zur Entwicklung eines geeigneten Betriebskonzeptes für den Einsatz von PCM-Speichern in ausgewählten Prozesswärmeanlagen. Als Speichermaterialien werden neue PCM in Form von Zuckeralkoholen, langkettigen Paraffinen und Alkoholen, Amiden sowie Polymeren untersucht oder synthetisiert. Durch Modifikationen werden ihre thermischen Eigenschaften verbessert, um sie als Speichermaterialien nutzbar zu machen. Diese Materialien weisen im Vergleich zu anderen PCMs hohe Speicherdichten auf. Parallel wird ein Wärmeübertragerkonzept auf Basis von durchströmbaren Platten für die Be- und Entladung der PCM im Speichertank entwickelt. Hierzu werden Speicher und Wärmeübertrager im Labormaßstab aufgebaut. Verschiedene Anordnungen und hydraulische Verschaltungen der Platten werden experimentell untersucht. Im Anschluss wird ein Demonstrationsspeicher konstruiert und an einem Speicherprüfstand charakterisiert. Flankiert werden diese Arbeiten durch die Simulation des Speicherkonzeptes. Hierfür werden Modelle für den Wärmeübertrager und den Speicher erstellt und mit Messdaten validiert. Mittels Simulationen wird die Anordnung der Platten und die hydraulische Verschaltung unter Berücksichtigung des thermischen Verhaltens der PCM optimiert. Hauptarbeiten am Fraunhofer ISE sind die Entwicklung von PCMs auf Basis von Zuckeralkoholen und des Wärmeübertragers sowie deren Charakterisierung, sowie die Entwicklung der Simulationsmodelle zur Durchführung von Simulationsstudien auf Komponeneten- und auf Systemebene.
Das Projekt "Teilprojekt: Entwicklung Speichertank" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von WätaS Wärmetauscher Sachsen GmbH - Abteilung Forschung und Entwicklung durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung thermischer Energiespeicher auf der Basis von Latentspeichermaterialien (auch engl. Phase Change Material, PCM) für den Einsatz im Temperaturbereich von 100 °C bis etwa 220 °C. In diesem Temperaturbereich stehen derzeit nur sehr wenige PCMs zur Verfügung, so dass ihre Anwendung stark beschränkt ist. Als PCM sollen organische PCM in Form von Zuckeralkoholen, langkettigen Paraffinen und Alkoholen, Amiden sowie Polymeren mit Schmelztemperaturen zwischen 100 und 200 °C entwickelt und eingesetzt werden. Zur Wärmespeicherung mit diesen PCMs wird ein neues Wärmeüberträgerkonzept basierend auf durchströmbare Platten entwickelt. Das Projekt gliedert sich in 4 Arbeitspakete: I) Projektmanagement, II) Entwicklung Latentspeichermaterialien, II) Auslegung, Simulation, Zielkostenanalyse und IV) Wärmeüberträger, Konzepte, Konstruktion und Tests. In AP II werden neue PCM synthetisiert, modifiziert und/oder mittels Additiven ihre thermischen Eigenschaften verbessert um sie als Speichermaterial nutzbar zu machen. In AP III) werden Anlagen aus dem solaren und dem konventionellen Prozesswärmebereich auf ihre Eignung für die Nutzung von PCM analysiert. Simulationsmodelle des Wärmeübertägers und des Speichers werden erstellt und mit Messdaten aus AP IV validiert. Mittels Simulationen wird die Anordnung der Platten und die hydraulische Verschaltung thermisch optimiert. Systemsimulationen dienen zur Entwicklung eines geeigneten Betriebskonzeptes für den Einsatz des PCM-Speichers in ausgewählten Prozesswärmeanlagen. Im AP IV wird das neue Wärmeübertragerkonzept auf Basis der durchströmbaren Platten für die Be- und Entladung von PCM im Speichertank entwickelt. Hierzu werden Speicher und Wärmeübertrager im Labormaßstab aufgebaut und verschiedene Anordnungen der Platten und unterschiedliche hydraulische Verschaltungen experimentell untersucht. Im Anschluss wird ein Demonstrationsspeicher konstruiert, gebaut und an einem Speicherprüfstand charakterisiert.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung der Herstellungs-, Befüll- und Verkapselungstechnologie metallverkapselter Hochtemperatur-PCM und deren thermische Charakterisierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, Institutsteil Dresden durchgeführt. Die Entwicklung effektiver thermischer Speichertechnologien stellt einen wichtigen Baustein zur Umsetzung des im Jahre 2011 verabschiedeten Energiekonzeptes der Bundesregierung dar. Neben der Erhöhung des Anteils regenerativer Energien an der Primärenergieversorgung muss der Fokus ebenfalls auf der Erschließung energetischer Einsparpotenziale liegen. Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz bieten sich besonders im Bereich der Prozesswärmenutzung an, die im Jahr 2008 rund 23 % der Endenergie in Deutschland ausmachte (552 Mrd. kWh). Ein großer Teil dieser Prozesswärme steht nach dem technologischen Prozess als Abwärme zur Verfügung. Wärmespeicher erlauben die örtlich und vor allem zeitlich versetzte Nutzung dieser Abwärme und damit die Erschließung dieses enormen energetischen Potenzials. Eine Möglichkeit zur Speicherung thermischer Energie im Temperaturbereich zwischen 130 °C und 350 °C sind Phasenwechselmaterialien (PCM - phase change materials, Wärmespeicherung beim Phasenübergang fest-flüssig). Übliche PCM-Speicherelemente sind jedoch gekennzeichnet durch einen begrenzten Wärmeübergang zwischen Wärmeträger und PCM sowie die schlechte Wärmeleitung im PCM, beide Effekte beschränken die Wärmeleistung entscheidend. In den vergangenen Jahren wurde wiederholt die Forderung nach einem mechanisch stabilen 'PCM-Schüttgut' laut, welches gut durchströmbar ist und damit insbesondere bei Gasen einen effektiven Wärmetransport gewährleistet. PCM-gefüllte metallische Hohlkugeln im Millimeter-Durchmesserbereich sollen die Funktion dieses Schüttgutes übernehmen. Anwendungsmöglichkeiten sind vorrangig die Aus-/Einkopplung von Abwärme aus/in Gasströmungen (z. B. heiße Abgase einer Verbrennung) bzw. die Verbesserung der Effektivität von Katalysatoren durch eine Vergleichmäßigung von deren Arbeitstemperatur. Ein weiterer Ansatz besteht darin, die meist geringe Wärmekapazität von Wärmeträgerflüssigkeiten für den Hochtemperaturbereich (z. B. Thermoöle) durch Zugabe der PCM-Kapseln deutlich zu steigern. Die Arbeiten umfassen die Auswahl geeigneter PCM (Salze/-mischungen, Zuckeralkohole, Hydroxide ) nach der Temperatur des Phasenüberganges, der Schmelzenthalpie und besonders bezüglich der korrosiven Wechselwirkung mit den porösen Schalen der als Kapseln dienenden metallischen Hohlkugeln. Neben der Fertigung der metallischen Hohlkugeln stehen das Befüllen mit PCM (die Infiltration) sowie das zuverlässige Aufbringen einer Versiegelung und - falls erforderlich - einer katalytischen Beschichtung im Fokus. Der Einsatz als pumpbare Wärmekapazität in Thermoölen erfordert optimierte mechanische Eigenschaften der PCM-Kapseln. Aktuelle Projektarbeiten umfassen die Auswahl und wärmetechnische Charakterisierung geeigneter PCM sowie die Auswahl der Werkstoffe für die metallischen Hohlkugeln bzw. deren Versiegelung. Ebenfalls in Entwicklung befindet sich die Infiltrationstechnologie der Kugeln im Labormaßstab.
Das Projekt "Optimierung niedrig schmelzender Zucker-Harnstoff-Salz-Gemische zur Verwendung als Lösemittel für chemische Prozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Regensburg, Institut für Organische Chemie durchgeführt. Gemische der richtigen Zusammensetzung aus Zucker oder Zuckeralkoholen, Harnstoff und anorganischen Salzen bilden bereits bei niedrigen Temperaturen stabile Schmelzen. Die Eigenschaften dieser Schmelzen entsprechen in vielen Parametern polaren organischen Lösemitteln. Die Anwendung dieser Schmelzen als Reaktionsmedium, zur lösemittelfreien Zuckerderivatisierung, als Reinigungsmittel oder zur spezifischen Adsorption soll erprobt und etabliert werden. An ersten Beispielen konnte gezeigt werden, dass in den Schmelzen organische Reaktionen durchgeführt werden können. Nun wird die Zusammensetzung der Schmelzen im Bezug auf Stabilität und möglichst niedrige Schmelztemperatur optimiert. Exemplarisch wird dann die Anwendungsbreite der Schmelzen als Lösemittel für chemische Prozesse und simple Reinigungsverfahren gezeigt. Die Zucker-Harnstoff-Salz-Schmelzen (ZHS) stellen eine ökologisch und ökonomisch interessante Alternative zu organischen Lösemitteln dar und sind auch in vielen Aspekten ionischen Flüssigkeiten überlegen. Die Projektergebnisse eröffnen ökonomische Wege der Feinchemikalienherstellung aus dem nachwachsenden Rohstoff Zucker.
Das Projekt "Teilprojekt: PCM-Modifikation und Charakterisierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Luft- und Kältetechnik gemeinnützige Gesellschaft mbH durchgeführt. Thema des Verbundprojektes ist die Entwicklung eines Latent-Prozesswärmespeichers auf Basis neuer organischer Latentspeichermaterialien (PCM). Das Teilvorhaben des Instituts für Luft- und Kältetechnik (ILK) Dresden sieht die Untersuchung, Entwicklung und Optimierung organischer PCM (HD-PE (High Density Polyethylen) und Zuckeralkohole) mit Schmelztemperaturen zwischen 100 und 200 °C vor. Angestrebt werden die Verbesserung der Kristallinität/Wärmespeicherdichte und die Verringerung des oxydativen Abbaus des HD-PE sowie die chemisch reaktive Verkapselung optimierter Zuckeralkohole. Mit den Arbeiten zur Verkapselung soll die Möglichkeit eines alternativen Wärmetauscherkonzeptes nachgewiesen werden. Das Verbundprojekt gliedert sich in 4 Arbeitspakete: I. Projektmanagement, II. Entwicklung von Latentspeichermaterialien, III. Auslegung, Simulation, Zielkostenanalyse, IV. Wärmeübertrager, Konzepte, Konstruktion und Tests. Die Arbeiten des ILK Dresden ordnen sich ins Arbeitspaket II ein. Zur Erhöhung der Kristallinität werden Keimbildner und zur Verbesserung der chemischen Stabilität Antioxidantien in das HD-PE eingebracht. Anschließend erfolgen Untersuchungen zu erreichbaren Speicherdichten und zur Langzeitstabilität. Für die Verkapselung werden mesoporöse Füllkörper mit optimierten Zuckeralkoholen infiltriert und das Speichermaterial an der Oberfläche mit Isocyanaten zu Polyurethan umgesetzt. Abschließend werden Untersuchungen zur Medien-, Temperatur- und Zyklenstabilität durchgeführt.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 9 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 9 |
| License | Count |
|---|---|
| open | 9 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 9 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 1 |
| Webseite | 8 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 8 |
| Lebewesen & Lebensräume | 7 |
| Luft | 2 |
| Mensch & Umwelt | 9 |
| Wasser | 1 |
| Weitere | 9 |