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International Collaboration in Chemistry: First Principles Multi-Lattice Kinetic Monte Carlo Simulations of NOx Storage Reduction Catalysts

The broad objective of the research is to gain a fundamental understanding of the surface reaction chemistry of exhaust catalysts operating under cycling conditions. Using an integrated theoretical approach we specifically target NOx abatement, with particular emphasis on the appearance and destruction of surface oxide phases as the reactor conditions cycle from oxidative to reductive during the operation of the NOx Storage Reduction (NSR) catalyst system. Methodologically this requires material-specific, quantitative and explicitly time-dependent simulation tools that can follow the evolution of the system over the macroscopic time-scales of NSR cycles, while simultaneously accounting for the atomic-scale site heterogeneity and spatial distributions at the evolving surface. To meet these challenging demands we will develop a novel multi-scale methodology relying on a multi-lattice first-principles kinetic Monte Carlo (kMC) approach. As representative example the simulations will be carried out on a PdO(101)/Pd(100) surface oxide model, but care will be taken to ensure a generalization of the multi-lattice first-principles kMC approach to other systems in which phase transformations may occur and result in a change in the surface lattice structure depending upon environmental variables.

Hocheffiziente Biogas-SCR-Systeme, Teilvorhaben 1: Experimentelle Untersuchung der Eindüsung von Harnstoff-Wasser-Lösung für SCR-Systeme von Biogas-BHKW

Entwicklung eines Methanoxidationskatalysators auf Basis von biogenem Silica für die Entfernung von Methan im Abgas von Biogas-BHKW, Teilvorhaben: Entwicklung keramischer Katalysatorträger

Das Projekt hat die Entwicklung und Untersuchung eines hinreichend aktiven sowie langzeitstabilen Katalysators zur Oxidation von Methan im Abgas von Biogas-BHKW zum Ziel. Die Basis dafür bildet pulverförmiges biogenes Silica, welches aus der energetischen Verwertung von biogenen Rest- und Abfallstoffen gewonnen wird. Zusammen mit den aktiven Komponenten wird dies einerseits als Washcoat auf a-Aluminiumoxid Hohlkugeln aufgebracht. Andererseits werden Hohlkugeln aus dem pulverförmigen Katalysator gefertigt. Im Projektverlauf wird diese Entwicklung ausgehend vom Labormaßstab nach Upscaling auch unter realen Bedingungen abgebildet. Die Untersuchungen sollen unter Realgasbedingungen durchgeführt werden. Deswegen erfolgt ein Upscaling auf Realgasuntersuchungen und es soll dabei unter Verwendung einer mobilen Katalysatortestapparatur mit Realabgas und nachfolgend direkt im BHKW-Abgasstrang der Nachweis der Praxistauglichkeit geführt werden.

Entwicklung eines Methanoxidationskatalysators auf Basis von biogenem Silica für die Entfernung von Methan im Abgas von Biogas-BHKW

Das Projekt hat die Entwicklung und Untersuchung eines hinreichend aktiven sowie langzeitstabilen Katalysators zur Oxidation von Methan im Abgas von Biogas-Blockheizkraftwerken (BHKW) zum Ziel. Die Basis dafür bildet pulverförmiges biogenes Silica, welches aus der energetischen Verwertung von biogenen Rest- und Abfallstoffen gewonnen wird. Zusammen mit den aktiven Komponenten wird dies einerseits als Washcoat auf a-Aluminiumoxid Hohlkugeln aufgebracht. Andererseits werden Hohlkugeln aus dem pulverförmigen Katalysator gefertigt. Im Projektverlauf wird die Katalysatorentwicklung ausgehend vom Labormaßstab nach Upscaling auch unter realen Bedingungen abgebildet. Die Untersuchungen sollen unter Praxisbedingungen durchgeführt werden. Dabei soll unter Verwendung einer mobilen Katalysatortestapparatur mit Realabgas und nachfolgend direkt im BHKW-Abgasstrang der Nachweis der Praxistauglichkeit geführt werden.

Untersuchungen zum Einsatz von Oxidationskatalysatoren an landwirtschaftlichen Biogasverbrennungsmotoren

In dem Projekt werden detaillierte Informationen hinsichtlich des Einsatzes von Abgaskatalysatoren auf landwirtschaftlichen Biogasanlagen erarbeitet.

Entwicklung eines Methanoxidationskatalysators auf Basis von biogenem Silica für die Entfernung von Methan im Abgas von Biogas-BHKW, Teilvorhaben: Applikation und Einführung eines umweltfreundlichen Oxidationskatalysators in die industrielle Fertigung für marktspezifische Anwendungen

Das Projekt hat die Entwicklung und Untersuchung eines hinreichend aktiven sowie langzeitstabilen Katalysators zur Oxidation von Methan im Abgas von Biogas-Blockheizkraftwerken (BHKW) zum Ziel. Die Basis dafür bildet pulverförmiges biogenes Silica, welches aus der energetischen Verwertung von biogenen Rest- und Abfallstoffen gewonnen wird. Zusammen mit den aktiven Komponenten wird dies einerseits als Washcoat auf a-Aluminiumoxid Hohlkugeln aufgebracht. Andererseits werden Hohlkugeln aus dem pulverförmigen Katalysator gefertigt. Im Projektverlauf wird die Katalysatorentwicklung ausgehend vom Labormaßstab nach Upscaling auch unter realen Bedingungen abgebildet. Die Untersuchungen sollen unter Praxisbedingungen durchgeführt werden. Dabei soll unter Verwendung einer mobilen Katalysatortestapparatur mit Realabgas und nachfolgend direkt im BHKW-Abgasstrang der Nachweis der Praxistauglichkeit geführt werden.

Entwicklung eines Methanoxidationskatalysators auf Basis von biogenem Silica für die Entfernung von Methan im Abgas von Biogas-BHKW, Teilvorhaben: Entwicklung von Katalysatoren auf Basis von biogenem Silica für die Totaloxidation von Methan

Das Projekt hat die Entwicklung und Untersuchung eines hinreichend aktiven sowie langzeitstabilen Katalysators zur Oxidation von Methan im Abgas von Biogas-Blockheizkraftwerken (BHKW) zum Ziel. Die Basis dafür bildet pulverförmiges biogenes Silica, welches aus der energetischen Verwertung von biogenen Rest- und Abfallstoffen gewonnen wird. Zusammen mit den aktiven Komponenten wird dies einerseits als Washcoat auf a-Aluminiumoxid Hohlkugeln aufgebracht. Andererseits werden Hohlkugeln aus dem pulverförmigen Katalysator gefertigt. Im Projektverlauf wird die Katalysatorentwicklung ausgehend vom Labormaßstab nach Upscaling auch unter realen Bedingungen abgebildet. Die Untersuchungen sollen unter Praxisbedingungen durchgeführt werden. Dabei soll unter Verwendung einer mobilen Katalysatortestapparatur mit Realabgas und nachfolgend direkt im BHKW-Abgasstrang der Nachweis der Praxistauglichkeit geführt werden.

Entwicklung eines Methanoxidationskatalysators auf Basis von biogenem Silica für die Entfernung von Methan im Abgas von Biogas-BHKW, Teilvorhaben: Katalysatorherstellung und Demonstration der Einsatzfähigkeit unter realen Bedingungen

Das Projekt hat die Entwicklung und Untersuchung eines hinreichend aktiven sowie langzeitstabilen Katalysators zur Oxidation von Methan im Abgas von Biogas-Blockheizkraftwerken (BHKW) zum Ziel. Die Basis dafür bildet pulverförmiges biogenes Silica, welches aus der energetischen Verwertung von biogenen Rest- und Abfallstoffen gewonnen wird. Zusammen mit den aktiven Komponenten wird dies einerseits als Washcoat auf a-Aluminiumoxid Hohlkugeln aufgebracht. Andererseits werden Hohlkugeln aus dem pulverförmigen Katalysator gefertigt. Im Projektverlauf wird die Katalysatorentwicklung ausgehend vom Labormaßstab nach Upscaling auch unter realen Bedingungen abgebildet. Die Untersuchungen sollen unter Praxisbedingungen durchgeführt werden. Dabei soll unter Verwendung einer mobilen Katalysatortestapparatur mit Realabgas und nachfolgend direkt im BHKW-Abgasstrang der Nachweis der Praxistauglichkeit geführt werden.

Verbesserung der katalytischen Emissionsminderung an Einzelraumfeuerungsanlagen durch die Entwicklung eines Thermomanagementsystems, Teilvorhaben 1: Experimentelle Arbeiten zur verfahrenstechnischen Bewertung und Optimierung der Minderungswirkung mit Schwerpunkt auf organische Schadstoffe

Schadstoffabtrennung und -deponie bei Kohleumwandlungsanlagen

Untersuchung des Langzeitverhaltens von Katalysatoren fuer die Stickoxidumwandlung in Abgasen aus Industrieprozessen. Ueberlegungen zur abfalltechnischen Behandlung verbrauchter Katalysatoren. Verfolgung der Schadstoffbildung und Erstellen von Stoffbilanzen bei Verbrennungsprozessen. Arbeiten zur Bewertung der Deponiefaehigkeit von Kraftwerksreststoffen. Bestimmung der Wechselwirkung zwischen den abgelagerten Materialien und der mineralischen Deponieabdeckung sowie des Auslaugverhaltens unter praxisnahen Bedingungen. Entwicklung eines Trocknersystems unter Einsatz der Pulsbrennertechnik fuer die Energiedarbietung.

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