Das Projekt "Teilprojekt 2: Rückführung von Eisen aus Roheisenentschwefelungsschlacke in den Hüttenprozess" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ThyssenKrupp MillServices & Systems GmbH durchgeführt. Ziel von RESycling ist es, durch die vollständige Aufbereitung und Verwertung der bisher ungenutzten Roheisenentschwefelungsschlacke (RES) klimarelevante Prozessemissionen in drei relevanten Industriebranchen - namentlich der Stahl-, Zement- und Düngemittelindustrie - zu senken. Für die erfolgreiche Realisierung sollen in RESycling innovative Technologien zu einer wirksamen und branchenübergreifenden Prozesskette kombiniert werden. Zunächst soll mittels elektrodynamischer Fragmentierung (EDF) das in der RES enthaltene metallische Eisen zurückgewonnen und als Erz- und Schrottersatz dem Hüttenkreislauf zugeführt werden, um so Emissionen bei der Herstellung von Stahl zu senken. Mittels einer zweistufigen chemischen Behandlung des verbleibenden mineralischen Materials sollen anschließend sekundäre Rohstoffe für die Düngemittel- und Zementindustrie gewonnen werden, um auch hier Prozessemissionen zu reduzieren. Nach der erfolgreichen Ausarbeitung der Prozesskette im Labormaßstab soll auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse eine Technikumsanlage konzipiert und gebaut werden, welche zukünftig zur Weiterentwicklung der Verwertung von RES und ähnlichen Materialien verwendet werden soll. Durch die enge Einbindung industrieller Unternehmen aus der Stahl- und Zementindustrie soll dabei die Prozessentwicklung unter Berücksichtigung industrierelevanter Bedingungen sichergestellt werden und RESycling so nachhaltig zu reduzierten treibhauswirksamen Prozessemissionen beitragen. Um die positiven Effekte einer vollständigen Aufbereitung und Verwertung abschließend quantifizieren zu können, wird parallel zur technischen Projektarbeit eine Ökobilanzierung (life cycle assessment, LCA) und eine techno-ökonomische Analyse des entwickelten Verfahrens durchgeführt.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Entwicklung/Skalierung eines Aufbereitungsverfahrens, Konzipierung/Aufbau Technikumsanlage, Ökobilanzierung und Verbundkoordination" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Bauphysik, Institutsteil Holzkirchen durchgeführt. Ziel von RESycling ist es, durch die vollständige Aufbereitung und Verwertung der bisher ungenutzten Roheisenentschwefelungsschlacke (RES) klimarelevante Prozessemissionen in drei relevanten Industriebranchen - namentlich der Stahl-, Zement- und Düngemittelindustrie - zu senken. Für die erfolgreiche Realisierung sollen in RESycling innovative Technologien zu einer wirksamen und branchenübergreifenden Prozesskette kombiniert werden. Zunächst soll mittels elektrodynamischer Fragmentierung (EDF) das in der RES enthaltene metallische Eisen zurückgewonnen und als Erz- und Schrottersatz dem Hüttenkreislauf zugeführt werden, um so Emissionen bei der Herstellung von Stahl zu senken. Mittels einer zweistufigen chemischen Behandlung des verbleibenden mineralischen Materials sollen anschließend sekundäre Rohstoffe für die Düngemittel- und Zementindustrie gewonnen werden, um auch hier Prozessemissionen zu reduzieren. Da RES als nahezu klimaneutraler Reststoff gilt, ist das Einsparpotenzial von Energie und Treibhausgasen enorm. Jährlich entstehen alleine in Deutschland rund 450 Tsd. Tonnen RES, die zusammen mit RES-Deponiebeständen einer Verwendung zugeführt werden könnten. Die Primärproduktion der substituierbaren Materialien in Stahl-, Zement- und Düngemittelindustrie weist dabei Prozessemissionen von rund 470 Tsd. Tonnen CO2-Äquivalenten jährlich auf, was zuzüglich der noch nicht mit eingerechneten RES-Deponiebestände die Klimaschutzpotenziale von RESycling aufzeigt. Für die exakte Bewertung der Klimaschutzwirkung müssen die Prozessemissionen der Aufbereitung erfasst und gegenübergestellt werden. Es ist jedoch davon auszugehen, dass hierbei nur ein Bruchteil an Prozessemissionen anfällt.
Das Projekt "MEO-TBCs - Multikomponentige äquiatomare Oxide als Hochleistungsmaterialien für zukünftige Wärmedämmschichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Flugzeuge werden auch in der mittelfristigen Zukunft mit Turbinen angetrieben werden, da alternative Antriebstechnologien noch weit entfernt von der Marktreife sind. Zwar können durch den Einsatz von synthetischen Kraftstoffen (sog. SynFuels) die Ressourcen geschont und eine CO2 neutrale Bilanz geschaffen werden, jedoch wird der weltweite Flugverkehr durch die wachsende Bevölkerung sowie den weltweiten Handel weiter ansteigen. Durch die Steigerung der Effizienz der Triebwerke kann das größte Einsparpotenzial im Treibstoffverbrauch und damit dem CO2 Ausstoß erreicht werden. Dies kann primär durch die Steigerung des Wirkungsgrades realisiert werden, was eine erhöhte Prozesstemperatur mit sich bringt. Dies ist jedoch nur mit Hilfe neuer Werkstoffe möglich. Bisher schützt eine keramische Wärmedämmschicht (WDS) aus Yttriumoxid-teilstabilisiertem Zirkoniumdioxid (YSZ) die darunterliegenden metallischen Bauteile in den heißesten Zonen der Gasturbine. Allerdings weist YSZ oberhalb von 1200 Grad Celsius nur eine begrenzte Temperaturbeständigkeit im Langzeiteinsatz auf. Eine neue vielversprechende Materialklasse für den Einsatz als WDS bei Temperaturen größer als 1200 Grad Celsius sind multikomponentige äquiatomare Oxide (multicomponent equiatomic oxides, MEOs), die aus mindestens 4 - 5 verschiedenen Kationen in äquiatomarer Konzentration bestehen und einphasig in einer einfachen Kristallstruktur vorliegen. Diese Materialklasse wird erst seit 2015 in der Literatur erwähnt und verspricht, ähnlich wie bei den metallischen multikomponentigen äquiatomaren Legierungen (oder auch Hoch-Entropie Legierungen), erfolgsversprechende Eigenschaften, vor allem hinsichtlich einer geringen Wärmeleitfähigkeit, guter mechanischer Eigenschaften und Hochtemperaturstabilität. Im Rahmen dieses Projektes soll das Potential dieser neuen Materialklasse hinsichtlich der Anwendung als Hochleistungsmaterialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit für zukünftige Wärmedämmschichten untersucht werden.
Das Projekt "Teilvorhaben stoffliche Verwertung von H2-Elektrolyseur-Stacks" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut und Lehrstuhl für metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling durchgeführt. Im diesem Teilprojekt wird eine metallurgische Prozessroute zur stofflichen Verwertung aufbereiteter Wasserstoffelektrolyseur-Stacks konzipiert. Diese beinhaltet die selektive Rückgewinnung und Raffination der metallisch oder oxidisch vorliegenden Wertstoffe durch pyro- und hydrometallurgische Verfahren. Die entwickelten Prozessrouten werden in Versuchen im Labor und kleintechnischen Maßstab mit Material aus dem Partnerprojekt des TUBAF sowie anhand von Modellmischungen untersucht und hinsichtlich der Ausbeuten an PMG, SEE und weiteren enthaltenen kritischen Metallen, wie z.B. Ni und Ti bewertet. Im Sinne einer circular economy ist dabei die Wiedernutzbarkeit der Produkte als Vorprodukt für die Verwendung in Elektrolyseuren angestrebt. Abschließendes Ziel des Teilprojektes ist es mit den Partnern Heraeus Deutschland und Nickelhütte Aue die entwickelten metallurgischen Konzepte hinsichtlich ihrer industriellen Eignung zu bewerten und gegebenenfalls an die industriellen Bedürfnisse anzupassen.
Das Projekt "PurCo - Purification of copper - Beiträge zur Kupferschmelzefiltration und Recycling von Kupferschrotten'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Keramik, Feuerfest und Verbundwerkstoffe durchgeführt. Kupfer und Kupferlegierungen gehören aufgrund der hohen elektrischen und thermischen Leitfähigkeit, der guten Korrosionsbeständigkeit, den antibakteriellen Eigenschaften und der einfachen Verarbeitbarkeit zu den strategisch wertvollen Materialien. Die Anforderungen an die Reinheit des Kupfers steigen stetig, wobei die herausragenden Eigenschaften des Kupfers von den Gehalten an gelösten Gasen (Sauerstoff und Wasserstoff), metallischen Verunreinigungen und nicht-metallischen Einschlüssen abhängig sind. Die Schmelzefiltration ist im Bereich Kupfer momentan nicht Stand der Technik. Das will die BMBF-Nachwuchsgruppe PurCo ändern. Das Ziel der BMBF-Nachwuchsgruppe PurCo ist die Entwicklung von neuartigen Filtermaterialien, mit welchen der Reinheitsgrad der Kupferschmelze erhöht und die Recyclingrate von Kupfer gesteigert werden kann. Die zu entwickelnden Filtermaterialien zielen dabei neben der Entfernung von Einschlüssen durch die Tiefenfiltration auch auf deren effiziente Entfernung durch eine gezielte Reaktion mit der funktionalisierten Filteroberfläche. Im Bereich der gasförmigen Verunreinigungen soll die Wasserstoffaufnahme mittels maßgeschneiderter Oberflächenbeschaffenheit der Filter in Kombination mit speziellen Schmelze-Behandlungen (Unterdruck und/oder Zuführung von Spülgas) reduziert werden, um so die Anzahl und Größe von Wasserstoffporen zu verringern. Ein weiterer Schwerpunkt des Nachwuchsprojektes PurCo ist die Entwicklung einer Methode zur quantitativen Charakterisierung nicht-metallischer Einschlüsse und Wasserstoff im Kupfer, da solche Methoden im Bereich Kupfer nicht etabliert sind. Dabei soll unter anderem ein Verfahren zur Konzentrierung von nicht-metallischen Einschlüssen, die Erstellung eines Kataloges der kupfertypischen Einschlüsse und ein Algorithmus zur zeiteffizienten Quantifizierung der Einschlüsse entwickelt werden.
Das Projekt "Teilprojekt 4: Evaluation von Rezyklaten aus Roheisenentschwefelungsschlacke als Substitute für Zementrohstoffe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Südbayerisches Portland-Zementwerk Gebrüder Wiesböck & Co. GmbH durchgeführt. Ziel von RESycling ist es, durch die vollständige Aufbereitung und Verwertung der bisher ungenutzten Roheisenentschwefelungsschlacke (RES) klimarelevante Prozessemissionen in drei relevanten Industriebranchen - namentlich der Stahl-, Zement- und Düngemittelindustrie - zu senken. Für die erfolgreiche Realisierung sollen in RESycling innovative Technologien zu einer wirksamen und branchenübergreifenden Prozesskette kombiniert werden. Zunächst soll mittels elektrodynamischer Fragmentierung (EDF) das in der RES enthaltene metallische Eisen zurückgewonnen und als Erz- und Schrottersatz dem Hüttenkreislauf zugeführt werden, um so Emissionen bei der Herstellung von Stahl zu senken. Mittels einer zweistufigen chemischen Behandlung des verbleibenden mineralischen Materials sollen anschließend sekundäre Rohstoffe für die Düngemittel- und Zementindustrie gewonnen werden, um auch hier Prozessemissionen zu reduzieren. Nach der erfolgreichen Ausarbeitung der Prozesskette im Labormaßstab soll auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse eine Technikumsanlage konzipiert und gebaut werden, welche zukünftig zur Weiterentwicklung der Verwertung von RES und ähnlichen Materialien verwendet werden soll. Durch die enge Einbindung industrieller Unternehmen aus der Stahl- und Zementindustrie soll dabei die Prozessentwicklung unter Berücksichtigung industrierelevanter Bedingungen sichergestellt werden und RESycling so nachhaltig zu reduzierten treibhauswirksamen Prozessemissionen beitragen. Um die positiven Effekte einer vollständigen Aufbereitung und Verwertung abschließend quantifizieren zu können, wird parallel zur technischen Projektarbeit eine Ökobilanzierung (life cycle assessment, LCA) und eine techno-ökonomische Analyse des entwickelten Verfahrens durchgeführt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung der Herstellkonzepte für PVD-Beschichtungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von KCS Europe GmbH durchgeführt. Ziel des Verbundvorhabens StacIE ist die Entwicklung industrieller Verfahren zur Hochskalierung der Produktion des sogenannten Elektrolyse-Stacks, dem Herzstück des Elektrolyseurs. Im Mittelpunkt der Forschung stehen daher die Bipolarplatten (BPP), welche das Kernelement des Stacks darstellen und mit ca. 30% erheblich zu den Gesamtkosten des Systems beitragen. Gleichzeitig stellen diese jedoch auch eine hohe technische Herausforderung dar, da die aktuell zum Einsatz kommenden graphitkomposit- oder titanbasierten Bipolarplatten aufgrund der nachteiligen Wirtschaftlichkeit und unzureichenden Verfügbarkeit des Ausgangsmaterials keinerlei Zukunftsperspektive haben. Der Ersatz dieser BPP durch metallische BPP ist infolgedessen unabdingbar. Die praktischen Einsatzmöglichkeiten metallischer BPP sind durch die ungenügende Korrosionsstabilität im Langzeitbetrieb und den hohen technischen Herausforderungen der Beschichtung jedoch zum aktuellen Zeitpunkt noch limitiert. Die KCS Europe GmbH befasst sich innerhalb des Verbundvorhabens mit der Entwicklung eines produktionskosteneinsparenden korrosionsbeständigen Materialsystems zur Beschichtung von BPP. Dabei werden sowohl unterschiedliche PVD-Technologien als auch Materialsysteme angewandt sowie anschließend evaluiert. Für die primäre Schichtentwicklung wird eine durch KCS entwickelte, bereits vorhandene Demonstratoranlage verwendet und während des Vorhabens um zwei zusätzliche Kammern in Form eines Inline-Konzepts erweitert, sodass Querkontaminationen vermieden sowie komplexe und hochreine Mehrschichtsysteme realisiert werden können. Im Anschluss werden Konzepte zum Transfer der Hardware- und Beschichtungskonzepte auf den industriellen Maßstab validiert. Final entwickelt KCS ein Konzept zur Skalierung der Technologie auf den industriellen Großmaßstab, der die Zielvorgabe der Bundesregierung gemäß der 'Nationalen Wasserstoffstrategie' erfüllt, Wasserstoff-Erzeugungsanlagen von bis zu 5 GW Gesamtleistung bis 2030 zu erreichen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung einer offshore PtG-Prozesskette aus katalytischer Wabenmethanisierung, Gasaufbereitung und direkt gekoppelter Methanverflüssigung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie KIT, Engler-Bunte-Institut, Bereich Chemische Energieträger, Brennstofftechnologie durchgeführt. Die katalytische Methanisierung ist ein einfacher Weg, um regenerativ erzeugten Wasserstoff (H2) unter Nutzung von Kohlenstoffdioxid (CO2) aus unterschiedlichen Quellen in den vielseitig nutzbaren chemischen Energieträger Methan (CH4) umzuwandeln. Wird CH4 offshore und direkt nach der Synthese verflüssigt, so wird daraus ein im Idealfall CO2-neutraler Ersatz für fossiles LNG (Liquefied Natural Gas), welches bereits heute als Brennstoff und Kraftstoff hoher Energiedichte effizient gespeichert, transportiert und genutzt wird. Offshore aus regenerativen Einsatzstoffen erzeugtes verflüssigtes Methan könnte sofort und ohne weitere Systemanpassungen für alle etablierten LNG-Anwendungen genutzt werden (= 'Drop-In-Kraftstoff'). Weitere Anwendungen sind Gegenstand laufender Forschungsprojekte und Entwicklungen. Kann eine Möglichkeit zur direkten Kopplung und Systemintegration der drei Komponenten Wasserelektrolyse, Methanisierung und Verflüssigung ohne aufwändige Zwischenspeicher gefunden werden, so können mit solch einer Prozesskette sehr hohe Systemwirkungsgrade bei gleichzeitig geringem Platzbedarf erreicht werden. Insbesondere für offshore Anwendungen mit ihren begrenzten oder vor Ort nicht vorhandenen Einbindemöglichkeiten von Wärme- oder Nebenproduktströmen in andere Infrastrukturen oder Prozesse ist dies von großem Vorteil, da hohe Gesamteffizienz und geringer Platzbedarf hier von großer Wichtigkeit sind. Besonderes Augenmerk muss bei allen offshore Anwendungen auf eine ausreichend robuste und kompakte Technologie gelegt werden. Aus diesem Grund wird in AP 1.5.2 als Herzstück der Prozesskette eine katalytische Methanisierung an metallischen Wabenkörpern weiterentwickelt, die bereits für nicht-offshore Anwendungen bis hin zum Demomaßstab (TRL 7; EU-Projekt STORE&GO) verwirklicht wurde.
Das Projekt "NIP II: Entwicklung von Sinterpapier-Gas Diffusions Layern (GDL) für bauraum-, fertigungs- und kostenoptimierte mobile Brennstoffzellen (SinterGDL)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Papiertechnische Stiftung durchgeführt. Im Projekt soll mit Hilfe der Sinterpapier-Technologie ein hinsichtlich Einsatzeigenschaften sowie Fertigbarkeit und Montageeigenschaften verbessertes ganzmetallisches Gas Diffusion Layer (GDL) entwickelt werden. Dazu werden unter Nutzung papiertechnologischer Prozesse organische Faserstoffe, Füllstoffe und Additive zusammen mit Metallpulver zu einem flächigen, papierähnlichen Produkt verarbeitet und anschließend die organischen Bestandteile mittels Wärmebehandlung entfernt sowie die Struktur in ein rein metallisches, hochporöses Material überführt. Das Gesamt-Porenvolumen und die Porengestalt lassen sich in weiten Grenzen einstellen und auch anisotrope Eigenschaften erzeugen, die z.B. den gezielten Gas- und Wassertransport unterstützen. Eine makroskopische Strukturierung der GDL soll perspektivisch den Einsatz vereinfachter 3D-siebgedruckter Bipolarplatten ermöglichen. Das neu zu entwickelnde GDL-Material soll unter einsatzrelevanten Bedingungen in einem Shortstack über 500 h getestet werden (TRL 6). Parallel dazu soll eine strukturierte SinterGDL mit integriertem Flow Field in Kombination mit einer vereinfachten Bipolarplatte mit dem Ziel der Fertigungsvereinfachung und Baugrößenreduzierung getestet werden. Zusammenfassend sollen bei Projektende vorliegen: - Nachweis grundlegender notwendiger Materialeigenschaften wie mechanische Stabilität, elektrochemische Korrosionsbeständigkeit, Porositäten, gleichmäßige Gasverteilung, elektrische und thermische Leitfähigkeiten - Eine kostengünstige, skalierbare Fertigungsroute für eine neuartige Sinterpapier-GDL - Ein validiertes Simulationsmodell für die Optimierung der porösen Struktur von Sinterpapier-GDLs - Dauertest (500 h) der GDL aus dem neuen Werkstoff in einsatzrelevanter Umgebung (Shortstack auf Brennstoffzellen-Prüfstand, TRL 6) - Eine im Einzelzellentest validierte Kombination aus Sinterpapier-GDL mit integriertem Flow Field sowie ein dazugehöriges vereinfachtes Bipolarplattenkonzept auf Basis 3D-siebgedruckter Biopolarplatten.
Das Projekt "Teilprojekt 3: Evaluation von Rezyklaten aus Roheisenentschwefelungsschlacke als Substitute für Düngemittel" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Weihenstephan-Triesdorf, Institut für Gartenbau durchgeführt. Ziel von RESycling ist es, durch die vollständige Aufbereitung und Verwertung der bisher ungenutzten Roheisenentschwefelungsschlacke (RES) klimarelevante Prozessemissionen in drei relevanten Industriebranchen - namentlich der Stahl-, Zement- und Düngemittelindustrie - zu senken. Für die erfolgreiche Realisierung sollen in RESycling innovative Technologien zu einer wirksamen und branchenübergreifenden Prozesskette kombiniert werden. Zunächst soll mittels elektrodynamischer Fragmentierung (EDF) das in der RES enthaltene metallische Eisen zurückgewonnen und als Erz- und Schrottersatz dem Hüttenkreislauf zugeführt werden, um so Emissionen bei der Herstellung von Stahl zu senken. Mittels einer zweistufigen chemischen Behandlung des verbleibenden mineralischen Materials sollen anschließend sekundäre Rohstoffe für die Düngemittel- und Zementindustrie gewonnen werden, um auch hier Prozessemissionen zu reduzieren. Nach der erfolgreichen Ausarbeitung der Prozesskette im Labormaßstab soll auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse eine Technikumsanlage konzipiert und gebaut werden, welche zukünftig zur Weiterentwicklung der Verwertung von RES und ähnlichen Materialien verwendet werden soll. Durch die enge Einbindung industrieller Unternehmen aus der Stahl- und Zementindustrie soll dabei die Prozessentwicklung unter Berücksichtigung industrierelevanter Bedingungen sichergestellt werden und RESycling so nachhaltig zu reduzierten treibhauswirksamen Prozessemissionen beitragen. Um die positiven Effekte einer vollständigen Aufbereitung und Verwertung abschließend quantifizieren zu können, wird parallel zur technischen Projektarbeit eine Ökobilanzierung (life cycle assessment, LCA) und eine techno-ökonomische Analyse des entwickelten Verfahrens durchgeführt.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 177 |
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| Förderprogramm | 177 |
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