Die Erzeugung von Feinstaub durch technische Prozesse und verkehrsbedingte Verschmutzungen ebenso wie partikelempfindliche Produktionstechniken und Reinräume erfordern die Reinhaltung der Luft und immer leistungsfähigere Filtermedien. Im Umfeld steigender Energiekosten und der Notwendigkeit der weltweiten CO2 Reduktion gewinnt der Energieverbrauch von Luftfiltern zunehmend an Bedeutung. Der Energieverbrauch ist zudem einer der wichtigsten Kostenfaktoren der Gebäudeluftfiltration. Um eine optimierte Energieausbeute bei maximalem Abscheidungsgrad zu erzielen, ist ein möglichst geringer Druckverlust des Luftfilters ausschlaggebend. Die zunehmende Wichtigkeit der Energieausbeute spiegelt sich auch in der industriellen Plattform EUROVENT wieder, die erstmalig ein praxisnahes und unabhängiges Energierating zulässt. Ziel des Vorhabens ist es, über virtuelle Entwicklungs- und Simulationsmethoden neuartige Filtermedien zu entwickeln. Diese ermöglichen es effizient und nachhaltig kritische Stoffe, die den Betrieb und den Komfort von Gebäuden negativ beeinflussen können, über einen längeren Zeitraum zu filtern. Dadurch werden Ressourcen und Energie am effektivsten genutzt, was automatisch zur Minderung des CO2 Ausstoßes führt. Zentrale Aufgabe des Forschungsvorhabens ist es, die bereits bestehenden Ansätze der Prozesssimulation, welche die Herstellung von synthetischen Filtermedienstrukturen beschreibt, mit der Mikrostruktursimulation zu verknüpfen. Dadurch wird es erstmalig möglich, optimierte Medienstrukturen über Simulation zu entwickeln. Über die folgende Rückkopplung kann der Prozess gezielt weiter optimiert werden. Zudem können im Umkehrschluss optimierte Vlieslegeprozesse ermöglicht werden. Diese resultieren in Filtermedien mit optimaler Performance bei effektivstem Materialeinsatz für die spezifische Filtrationsaufgabe. Somit entsteht ein nachhaltigeres Produkt und zudem eine innovative simulationsbasierte Arbeitsmethodik, die zu kürzeren Entwicklungszyklen führt.
Das Gesamtziel des Projektes ist die Entwicklung einer automatisierten Prozesssteuerung zur Quantifizierung und Regulierung der Filterfeuchte in der biologischen Stufe von Abluftreinigungsanlagen (ARA) zur Reduktion von Bioaerosolen aus Schweinemastanlagen. Dazu wird auf die bereits bestehende Time-Domain-Reflektometrie (TDR), ein sensorbasiertes Messverfahren zur Bestimmung der Feuchte zurückgegriffen, um auf der gesamten Fläche des Filters den Feuchtegehalt zu quantifizieren. Durch die Einbindung der Messdaten in einen automatisierten Regelkreis, erfolgt eine SOLL-IST-Wert Analyse wodurch eine, über dem Filter installierte Berieselungsanlage, automatisch zur Feuchteregulierung gesteuert wird. In Abhängigkeit von verschiedenen Feuchtegehalten (parametrisierende Variable) des Filters soll eine gezielte Detektion von Bioaerosolen vor Eintritt und nach Austritt aus der Abluftreinigungsanlage erfolgen. Es soll die Frage beantwortet werden, in welchem Zusammenhang der Abscheidegrad von Bioaerosolen aus Nutztierställen mit der Befeuchtung der biologischen Stufe der ARA steht. Durch die Variation der Stärke der Befeuchtung sollen Rückschlüsse auf die Effektivität der Filterleistung bezüglich der Bioaerosolabscheidung gezogen, sowie eventuelle sekundäre Emissionen vermindert werden.
Biomasse, vor allem Holz, ist im deutschen Wärmemarkt der mit Abstand wichtigste erneuerbare Energieträger, dessen Einsatz ausgebaut werden soll. Jedoch entstehen bei dem Verbrennungsprozess u. a. Feinstaubpartikel, die ein Gesundheitsrisiko darstellen. Entsprechend wurden Grenzwerte festgelegt, die an Kleinfeuerungen (kleiner als 1 MW) mit den heutigen Technologien schwer einzuhalten sind und in Zukunft voraussichtlich weiter verschärft werden. In diesem Projekt soll ein kostengünstiger Staubabscheider für Kleinfeuerungsanlagen entwickelt werden, um den gegenwärtigen und zukünftigen Grenzwerten gerecht zu werden.
Das Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik der Universität Stuttgart (IFK) hatte bereits, in Zusammenarbeit mit der LK Metallwaren GmbH in Schwabach und mit Unterstützung des externen Beraters Oskar Winkel Filtertechnik, einen Entwurf eines Gewebefilters mit allen notwendigen Komponenten für einen Filterbetrieb an einem Biomassekessel entwickelt (FNR-Projekt FKZ 22031611). Die gewählte Abreinigungsmethode erwies sich jedoch als unzureichend, weshalb in Zusammenarbeit mit der Hochschule Rottenburg (HFR) alternative Abreinigungsmethoden erprobt werden.
Zunächst werden die Abreinigungsmethoden Jet-Pulse-Abreinigung (IFK) und Ultraschallreinigung (HFR) an kleinen Feuerungen erprobt. Die Jet-Pulse-Abreinigung mittels Druckluftstößen ist eine bewährte Technologie, welche erst noch, in Kombination mit Gewebefiltern, auf kleine Biomassefeuerungen angepasst werden muss. Die Reinigung mittels Ultraschall ist eine in der Industrie ebenfalls bewährte Technik, welche in diesem Projekt erstmals zur Filterreinigung von Feinstaubfiltern getestet und optimiert werden soll.
Dazu werden am IFK verschiedene Metallgewebe und unterschiedliche Reinigungsparameter getestet, um diese Methode für Kleinfeuerungen zu optimieren. An der HFR liegt der Fokus auf verschiedenen Ultraschallbedingungen sowie die Untersuchung der Abfallstoffe hinsichtlich Verwendungs- und Deponiermöglichkeiten. Die Tests erfolgen an beiden Standorten mithilfe von kleineren Biomassekesseln, die sowohl für Hackgut als auch für Pellets geeignet sind. Die Methoden sollen hinsichtlich Abscheidegrad, Betriebssicherheit und Energieeffizienz optimiert werden und der Anwendungsbereich hinsichtlich der Brennstoffe eingegrenzt werden.
Nach der Optimierung der beiden Methoden sollen die Ergebnisse analysiert und unter Abwägung aller Aspekte zum Bau eines Prototypen für die 200kW-Feuerung der HFR verwendet werden. Mithilfe der gewonnenen Erkenntnisse und anhand von aussagekräftigen Langzeitversuchen soll als letzter Schritt ein Vorserienmodell des Filters entwickelt werden.
Biomasse, vor allem Holz, ist im deutschen Wärmemarkt der mit Abstand wichtigste erneuerbare Energieträger, dessen Einsatz ausgebaut werden soll. Jedoch entstehen bei dem Verbrennungsprozess u. a. Feinstaubpartikel, die ein Gesundheitsrisiko darstellen. Entsprechend wurden Grenzwerte festgelegt, die an Kleinfeuerungen (kleiner als 1 MW) mit den heutigen Technologien schwer einzuhalten sind und in Zukunft voraussichtlich weiter verschärft werden. In diesem Projekt soll ein kostengünstiger Staubabscheider für Kleinfeuerungsanlagen entwickelt werden, um den gegenwärtigen und zukünftigen Grenzwerten gerecht zu werden.
Das Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik der Universität Stuttgart (IFK) hatte bereits in Zusammenarbeit mit der LK Metallwaren GmbH in Schwabach und mit Unterstützung des externen Beraters Oskar Winkel Filtertechnik einen Entwurf eines Gewebefilters mit allen notwendigen Komponenten für einen Filterbetrieb an einem Biomassekessel entwickelt (FNR-Projekt FKZ 22031611). Die gewählte Abreinigungsmethode erwies sich jedoch als unzureichend, weshalb in Zusammenarbeit mit der Hochschule Rottenburg (HFR) alternative Abreinigungsmethoden erprobt werden.
Zunächst werden die Abreinigungsmethoden Jet-Pulse-Abreinigung (IFK) und Ultraschallreinigung (HFR) an kleinen Feuerungen erprobt. Die Jet-Pulse-Abreinigung mittels Druckluftstößen ist eine bewährte Technologie, welche erst noch, in Kombination mit Gewebefiltern, auf kleine Biomassefeuerungen angepasst werden muss. Die Reinigung mittels Ultraschall ist eine in der Industrie ebenfalls bewährte Technik, welche in diesem Projekt erstmals zur Filterreinigung von Feinstaubfiltern getestet und optimiert werden soll.
Dazu werden am IFK verschiedene Metallgewebe und unterschiedliche Reinigungsparameter getestet, um diese Methode für Kleinfeuerungen zu optimieren. An der HFR liegt der Fokus auf verschiedenen Ultraschallbedingungen sowie die Untersuchung der Abfallstoffe hinsichtlich Verwendungs- und Deponiermöglichkeiten. Die Tests erfolgen an beiden Standorten mithilfe von kleineren Biomassekesseln, die sowohl für Hackgut als auch für Pellets geeignet sind. Die Methoden sollen hinsichtlich Abscheidegrad, Betriebssicherheit und Energieeffizienz optimiert werden und der Anwendungsbereich hinsichtlich der Brennstoffe eingegrenzt werden.
Nach der Optimierung der beiden Methoden sollen die Ergebnisse analysiert und unter Abwägung aller Aspekte zum Bau eines Prototypen für die 200kW-Feuerung der HFR verwendet werden. Mithilfe der gewonnenen Erkenntnisse und anhand von aussagekräftigen Langzeitversuchen soll als letzter Schritt ein Vorserienmodell des Filters entwickelt werden.
Ziel des Gesamtvorhabens ist es ein kompaktes und modulares Biomasse-basiertes Reststoff-Verwertungssystem mit sauberen Verbrennungstechnologien für die Wärmeerzeugung zu generieren, welches sowohl feste und gasförmige Brennstoffe als auch Abwärme nutzen kann. Die generierte Nutzwärme soll in nachgeschalteten Industrieprozessen und bei der dezentralen Versorgung Gemeinden Anwendung finden. Im Teilprojekt soll ein Partikelabscheider mit verbesserten Eigenschaften bzgl. Temperaturbeständigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen abrasive Stoffe entwickelt werden. Dabei ist ein Kompromiss aus Robustheit, geringe Druckverluste, hoher Abscheidegrad und Kosten zu finden. Mit Hilfe von numerischen Berechnungen, Materialuntersuchungen und praktischen Versuchen soll die Funktionsfähigkeit gewährleistet und die Überführung zur Realanwendung vorbereitet werden. Ergebnis des Teilprojektes wird eine modulare und standardisierte Hochtemperatur-Partikelabscheideeinheit sein, die mit den anderen Komponenten der Projektpartner zum BioClinc System kombiniert und effizient betrieben werden kann.